高强度超硬合金烧结工具制造技术

本发明专利技术提供一种具有良好耐磨损性、韧性、耐缺损性、耐热龟裂性的ＷＣ－Ｃｏ系（本发明专利技术中的ＷＣ－Ｃｏ系是指不仅包括以ＷＣ为主体的硬质粒子和包括Ｃｏ的铁族金属粉末构成的物质，作为硬质粒子还包括选自元素周期表中Ⅳａ、Ⅴａ、Ⅵａ族元素的除了ＷＣ之外的碳化物、氮化物、碳氮化物以及硼化物中的至少一种）的高强度.高韧性的超硬合金。对以Ｍ↓［１２］Ｃ型～Ｍ↓［３］Ｃ型复合碳化物（Ｍ表示Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ的任意一种或多种以及Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ的任意一种或多种）为表层部分主要成分的ＷＣ－Ｃｏ系粉末压制成型体进行渗碳处理，之后进行液相烧结，以液相烧结温度为指标，调整表层ＷＣ平均粒度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及WC-Co系高强度、高韧性的超硬合金及其制造方 法，该超硬合金具有较高的耐磨损性、韧性、耐缺损性、耐热龟裂 性，适用于冷锻造用工具、辊、矿山工具用確f头(或钻头)、賴^争 机、切割刀、其他耐磨损工具。本专利技术中的WC-Co系是指除了以 WC为主体的》更质粒子和包括Co的铁》臭金属4分末构成的物质外， 作为硬质粒子还包括选自元素周期表IVa、 Va、 Via族元素除WC 之外的碳化物、氮化物、碳氮化物以及硼化物中的至少一种。
技术介绍
一般出售的耐磨损用超硬合金是WC硬质相和Co金属相的复 合材料，是分散型合金的代表。它的机械特性依赖于WC石更质相的 粒度和Co结合金属相的量，尤其是硬度和韧性具有二律背反的关 系。为了充分利用其极其出色的硬度，公开有多个有关高强度、高 韧性的超硬合金的技术d例如，特公昭47-23049号公报中公开了最大尺寸小于等于 50ym,且最大尺寸为最小尺寸的至少3倍的不同尺寸的,友化鴒片状 粒子和Fe族金属构成的高强度合金。但是，不同尺寸的片状碳化 鴒是起始原料采用微细的碳化鵠，进行加热的同时通过压延加工施 加剪切力，从而获得经取向的WC晶粒生长组织(或结构)，其很 难适用于需要同时复合成型的产品形状的各种耐磨损超硬产品中。并且，特开平02-274827号公报中公开了有关具有较高的耐龟 裂传播特征、或韧性的各向异性(或非均质性)超硬合金成形体的 制造方法，氧化经烧结的超硬合金，还原之后，进行碳化，获得具 有各向异性的WC和Co的混合粉末的方法，但是，该方法是再利 用已经使用过的超硬合金的方法，需要专用设备，因此，很难应付。这些专利技术是作为硬质相采用特殊的粒子形状，例如，各向异性 WC粒子或片状晶粒石友化钨，乂人而产品整体具有均匀组织结构的高 硬度、高韧性的超硬合金的制造方法。与此相对应，还公开有作为 复合材料的高强度超硬合金的制造方法。也就是说，特开平08-127807号公报乂^开了从成形体表面浸渍 促进晶粒生长的材料，干燥后，进行烧成(或灼烧)，从而表层部 分(或表层部)变为陶瓷晶粒生长组织，内部变为富金属相的梯度复合材料。并且，在特开2002-249843号公报中公开了将被氧化物陶瓷粒 子和金属粒子的混合4分末成型为成形体，在成形体表面涂lt含有硼 化合物的溶液，烧结，乂人而获得表层部分具有粒子生长组织和三维 交联网状结构的、具有高硬度以及高强度和高韧性的复合材料。但 是，在这些公开的内容中只是提到使表层部分的晶粒生长组织强韧 化，并未提及例如使表层部分粒度小于体相部分(或内质部)粒度 的技术。另一方面，在特开平04-128330号公报中公开了一种将以金属 碳化物为主要成分的硬质层和铁系金属作为结合层的烧结合金，在 烧结前的加压成形体的表面涂lt各种扩散元素之后进^亍液相》克结， 4吏扩散元素和结合层在石更质相的表面进4于反应，乂人而形成具有结合 相的浓度从表面向内部逐渐增大，同时硬质相的平均粒径逐渐增大 的梯度组成组织的烧结合金。专利文献l:特乂>昭47-23049号^>净艮 专利文献2:特开平02-274827号/>报 专利文献3:特开平08-127807号/>才艮 专利文献4:特开2002-249843号/>才艮 专利文献5:特开平04-128330号/>才艮作为超硬合金主要用途的切削 车削刀片是通过模具成型来决 定形状，因此非常容易适用上述的片状晶粒WC或各向异性(或异 方性)WC等，〗旦是^^艮难适用于具有复杂形状且通过各种成型加工 制造的耐磨损超硬合金制品中。并且，现在公开的梯度组成组织的 烧结合金是从表面到内部，结合层的浓度差比较小，硬质相的平均 粒径的增大率却较大的物质，因此，不但没有提高表层部分的破坏 韧性，而且发现在组织内部形成孔洞(或巢或空穴)的在夬点，并不 实用。
技术实现思路
为此，本专利技术是以对于复杂形状的产品，同样实现表层部分的 高硬度 高韧性化，将内部形成为高强度化的复合结构为目的、专 心研究的结果，发现通过不同时进行硬质粒子的粒度倾斜和结合层 的浓度倾斜，分别进行控制，可以精确控制硬度粒子的粒度梯度和 结合层的浓度梯度，从而提供所需的超硬质原材料。本专利技术人鉴于对以下事实进行专心研究的结果，得到了本发 明理想的高韧性超硬合金需要表层部分是由粗粒的硬质粒子构成 的结合金属较少的骨架结构组织，内部是由细粒的硬质粒子构成的 结合金属较多的粒子分散组织，另一方面，理想的高强度超硬合金的表层部分为超细微粒(或超微粒)、微粒的硬质粒子构成的结合 金属量较少的骨架结构组织，内部为细粒的硬质粒子构成的结合金 属较多的粒子分散组织构成。即，第一专利技术是超硬合金原材料的制造方法，其特征在于，以M12C型 M3C型复合碳化物(M表示Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 W的任意一种或多种和Fe、 Co、 Ni的4壬意一种或多种) 为表层部分主要成分的WC-Co系粉末压制成型体进行渗碳处理， 之后进4亍液相烧结，以液晶烧结温度为指标，调整表层WC平均粒度。本专利技术将使用同一起始原料，以液相烧结温度为指标对经烧结 的表层部分的细粒进行更加微粒化或相反的粗粒化，在粉末压制成 型体的表层部分形成M12C型 MgC组成的复合碳化物，对其进行渗 碳处理后分解复合碳化物，生成才及其孩i细.活性的WC粒子，因此， 在最终的液相烧结中，以液晶烧结温度为指标，在烧结体表层部分 生成比体相部分#1细0.3-0.7倍的WC粒子到1.5-10倍粗粒的wc粒子。并且，本专利技术人以提高表层部分硬度和施加压缩残留应力为目 的，在烧结体表层部分涂覆硼化物或硅化物，在小于等于液相烧结温度的1200~ 1350。C的温度区域中进行扩散热处理，发现可以获得擦系数较低的表层部分的高强度超硬合金。从而，第二专利技术提供一 种高强度超硬合金的制造方法，该方法的特征在于在对以M12C 型 M3C型复合碳化物(M表示Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 W的任意一种或多种和Fe、 Co、 Ni的任意一种或多种)为表层部 分主要成分的WC-Co系一分末压制成型体进4亍液相烧结后获4寻的烧 结体表面上涂敷包括降低熔点的元素硼或硅的化合物，在小于等于 液相烧结温度的1200~ 135(TC的温度范围内进行扩散热处理。根据第二专利技术，可以获得一种高强度超硬合金烧结材料，其特征在于 以M12C型 MgC型复合石灰化物(M表示Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 W的任意一种或多种和铁族元素Fe、 Co、 Ni的任意一种 或多种)为表层部分主要成分的WC-Co系烧结工具，包括表层部 分，该表层部分包括以重量计0.010-1.0%范围的硼B或硅Si,该 表层部分还具有分布密度高于体相部分的-更质粒子。并且，第三专利技术是第一专利技术和第二专利技术的组合，用于提供兼具 从表层部分到内部的硬质粒子的粒度梯度和结合相的浓度梯度的 超硬合金原材冲+,其特征在于在对以M12C型 M3C型复合》友化物 (M表示Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 W的Y壬意一种或多 种和Fe、 Co、Ni的任意一种或多种)为表层部分主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超硬合金原材料的制造方法，其特征在于，对以Ｍ↓［１２］Ｃ型～Ｍ↓［３］Ｃ型复合碳化物（Ｍ表示Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ的任意一种或多种和Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ的任意一种或多种）为表层部分主要成分的ＷＣ－Ｃｏ系粉末压制成型体进行渗碳处理，之后进行液相烧结，以液相烧结温度为指标进行调整，以便随着液相烧结温度的上升使表层ＷＣ平均粒度增大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩崎政弘，柳田秀文，池边政昭，
申请(专利权)人：桑阿洛伊工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]