一种硬质合金工件的热处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及硬质合金材料制造技术领域，提供一种硬质合金工件热处理工艺，包含步骤：通过感应加热的方式将所述硬质合金工件加热升温至500℃～1300℃，再进行冷却。本发明专利技术所提供的热处理工艺无需进行保温，简单、耗费时间短，效率高，可推动热处理在硬质合金中的广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬质合金材料制造
，特别是涉及一种硬质合金工件的热处理工艺。
技术介绍
硬质合金主要是由碳化钨硬质相和钴(镍、铁)等铁族金属粘结相共同构成，自上世纪三十年代开始，硬质合金被广泛应用于金属加工、工程机械、模具制造等工业领域。随着现代工业的发展，硬质合金工具和结构件的性能需求日益提高。自上世纪40年代，WC-Co基硬质合金热处理的可行性被提出以来，有关硬质合金热处理的研究就没有中断过。诸多研究工作表明，热处理能够改善硬质合金的组织结构和性能，造成对合金的体积强化效应。经热处理后，硬质合金的抗弯强度可提高5～15％，冲击韧性提高15～30％，特别是会使合金的性能提高1～3倍。一般认为热处理强化硬质合金的机理主要有如下几个方面：(1)可有效降低合金中WC晶粒的邻接度；(2)能够抑制粘结相钴相的马氏体相变，增加粘结相中的面心立方相钴(fcc-Co)的含量，改善合金的塑性和强度；(3)增加粘结相的固溶化程度，达到对粘结相的合金化强化。传统的硬质合金热处理工艺是借助于真空双室炉进行，在中国专利申请“钻探、凿岩用硬质合金的真空热处理方法”(公开号CN1827828A，公开日2006年9月6日)中公开，或专用的真空淬火炉进行，在中国专利“硬质合金刀片基体的热处理方法”(公开号CN101838727B，公开日2010年9月22日)中公开，再辅以气冷或油淬而实现，这些方法采用电阻加热方式，升温速度缓慢(～10℃/min)，且炉温与被加热样品之间存在温度差，必需通过保温处理，才能使得被加热样品加热升温到目标温度，由此可见，传统的热处理工艺不仅升温缓慢而且还需进行保温处理，不仅加工时间长，而且在热处理过程中硬质合金易被氧化，必需在加热过程中通入保护性气体进行抗氧化处理，步骤复杂，效率低下，能耗高，生产成本高，从而抑制了热处理在硬质合金中的广泛应用。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中提及的传统热处理工艺中存在的问题，本专利技术提出一种硬质合金工件的热处理工艺，包含步骤：通过感应加热的方式将所述硬质合金工件加热升温至500℃～1300℃，再进行冷却。所述感应加热是利用电磁感应在硬质合金工件内产生涡流的方式对其进行加热。具体而言，感应加热需借助感应器来进行，将被加热硬质合金工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在硬质合金工件中相应地产生了感应电动势，硬质合金工件表面形成感应电流，即涡流，这种涡流在硬质合金工件的电阻作用下，电能转化为热能，从而实现硬质合金工件的快速加热，本专利技术的实施例中，感应加热时的升温速度大于或等于5℃/s。由此可见，感应加热可直接作用于硬质合金工件，使被加热工件直接升温到目标温度，无需经过保温处理，加热速度快，耗时短，且被加热工件的表面氧化烧损低，无需保护气体，从而节省了工艺步骤，简化了工艺流程，由此可见感应加热较传统的热处理方式而言，效率高、能耗低，简化了工艺流程，节省了生产成本。本专利技术中的硬质合金是指碳化钨钴基(WC-Co)硬质合金，由前文可知，热处理一般是针对硬质合金中的粘结相即Co相进行，本专利技术将硬质合金工件加热升温至500℃～1300℃的原因为，第一，500℃正好高于Co由密排六方向面心立方(hcp→fcc)发生相变的温度点，所以将硬质合金工件加热至500℃以上可保持Co相的fcc相结构，第二，1300℃附近正好是WC-Co合金开始有大量液相出现的温度，此温度点即满足了过饱和状态的产生，又不至于使合金出现变形。由此可见，将硬质合金加热至500℃～1300℃，一方面可保持Co相的fcc相结构，从而提升合金性能；另一方面可促进WC在Co相中的溶解，尽量在热处理中形成过饱和的状态，从而借助于后续的回火处理促进第三相出现，进而提升Co的性能，也就是合金的性能。通过感应加热的方式将硬质合金工件加热升温至目标温度后，可直接对其进行冷却，无需进行传统工艺中的保温处理。本专利技术中所使用的冷却方式为气冷，即直接通过空气冷却的方式也可以是通入保护性气体的方式，其中，保护性气体可选自氩气等惰性气体或氮气。值得注意的是，在本专利技术所提供的热处理工艺中，对硬质合金工件的加热是通过感应加热的方式，在感应加热时，感应电流在硬质合金工件上的分布是不均匀的，所述不均匀表现为感应电流在硬质合金工件表面强，越往芯部越弱，即趋肤效应，因此在感应加热时被加热工件表面升温迅速，越靠近芯部温度升高越慢，在对升温后的硬质合金工件进行冷却时，工件表面散热快，而内部温度本来就较低于表面，所需下降的温度幅度较小，固较于传统的热处理工艺中的冷却速率而言，本专利技术中的冷却速率较高。本专利技术的实施例中，在所述冷却过程中，通过控制所述气冷中使用的气体的温度可以实现对所述硬质合金工件的回火处理。在本专利技术所揭露的热处理工艺中，通过感应加热的方式将硬质合金工件加热至500℃～1300℃，所使用的电源频率小于或等于2500Hz，加热的时长为0.5min～5min。在此范围内，可通过调整加热电流和/或加热时长等参数，来达到不同的加热温度，从而获取所需的产品性能，例如断裂韧性、矫顽磁力和硬度等；当电源频率小于或等于2500Hz时，通过调整感应加热时所使用的电源频率，可获得不同的热处理厚度，电源频率越高，热处理厚度越小，电源频率越低，热处理厚度越大，从而可满足不同的产品处理需求。附图说明图1绘示本专利技术的实施例中感应加热温度-性能关系曲线图。具体实施方式以下将通过具体实施例来对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例一一种WC-Co(碳化钨钴)基硬质合金块体，其Co含量为10wt.％，WC晶粒径为0.8μm，块体尺寸为5mm×5mm×20mm。所述硬质合金块体基体在烧结完成后，先对其进行性能测试并记录，所述性能测试的内容包括对断裂韧性K1C、矫顽磁力Hcj和硬度HRA等性能的测试。测试完成后，采用本专利技术所提供的热处理工艺对所述块体进行处理：先将所述块体放置于感应器中进行感应加热，本实施例中所使用的感应器为热处理设备BJT-18KW感应钎焊机，其中感应钎焊机所设置的电源频率为50Hz，电流200A，加热时长为4min，目标温度为1200℃，升温速度为5℃/s；完成加热后，通过空气冷却的方式对所述块体进行冷却，冷却后，对所述块体进行回火处理，具体方式为：将所述块体在真空一体炉中以10℃/min的方式加热至500℃，并保温3h，自然冷却后获得最终热处理样品，本实施例中采用的回火方式为本领域常用技术手段，故不再赘述。经过回火处理后，可消除部分冷却过程产生的应力残留，提高硬质合金块体的韧性与柔性。经过上述处理后，同样的，对热处理后的所述块体进行性能测试。本实施例中的硬质合金块体在热处理前和热处理后的性能测试数据详见表1，表1内容如下：测试标的K1C(Mpa·m1/2)Hcj(Oe)HRA热处理前的块体表面10.425291.6热处理后的块体表面11.123791.5由表1可知，本实施例中，硬质合金块体经过热处理后，断裂韧性K1C数值升高，表明所述块体抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能变好，也就是说经过热处理后的棒材抵抗脆性破坏的韧性增强；矫顽磁力Hcj稍有降低，这有可能是由于高温淬火时硬质合金中细小WC晶粒溶解造成，硬质合金中细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质合金工件的热处理工艺，其特征在于，包含步骤：通过感应加热的方式将所述硬质合金工件加热升温至500℃～1300℃，再进行冷却。

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金工件的热处理工艺，其特征在于，包含步骤：通过感应加热的方式将所述硬质合金工件加热升温至500℃～1300℃，再进行冷却。2.如权利要求1所述的硬质合金工件的热处理工艺，其特征在于，所述感应加热时的升温速度≥5℃/s。3.如权利要求1所述的硬质合金工件的热处理工艺，其特征在于，将所述硬质合金工件加热升温至800℃～1300℃。4.如权利要求1所述的硬质合金工件的热处理工艺，其特征在于，所述感应加热所使用的电源频率≤2500Hz。5.如权利要求3所述的硬质合金工件的热处理工...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄华，聂洪波，文晓，鲁攀，
申请(专利权)人：厦门钨业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35