一种硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种硬质合金及其制备方法，该硬质合金包括WC硬质相和粘结相，所述WC硬质相中粗晶粒WC和细晶粒WC共存且均匀分布，所述粗晶粒WC为板条状且粗晶粒WC的长宽比大于3:1；所述粘结相为Co+Ni3Al。本发明专利技术的硬质合金在保持硬度的前提下，提高了合金的韧性，且合金的高温综合性能优异。

A hard alloy and its preparation method

The present invention provides a hard alloy and a preparation method. The hard alloy includes WC hard phase and bond phase. The coarse grain WC and fine grain WC coexist and evenly distributed in the hard phase of the WC. The coarse grain WC is a strip shape and the ratio of the width to width of coarse grain WC is greater than that of 3:1; the bond phase is Co+Ni3Al. The cemented carbide of the invention improves the toughness of the alloy under the premise of keeping the hardness, and the comprehensive properties of the alloy at high temperature are excellent.

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金及其制备方法
本专利技术涉及粉末冶金
，尤其是涉及一种硬质合金及其制备方法。
技术介绍
硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的硬质合金材料主要是由基体WC和粘结相Co金属组成。由于Co对WC的润湿性好使其室温综合力学性能好，但Co属于战略资源，价格较为昂贵，且其在高温条件下容易出现软化、氧化、高温腐蚀等情况使得普通硬质合金材料在高温条件下出现易磨损而出现失效的情况。因而，在一定程度上限制了以Co作为粘结相的硬质合金的应用。而金属间化合物Ni3Al是镍基耐热合金的重要强化组元(即γ′相)，在抗氧化、耐腐蚀、防渗碳和耐磨方面具有优越性。尤为突出的是，在800℃以下，Ni3Al强度随温度升高不是连续下降，而是先随温度的升高而升高，到达一定的高温后再下降，即屈服强度在峰值温度以下具有正温度效应，它可使耐热合金得到强化并提高其耐磨性。由于Ni3Al金属间化合物具有较高的高温强度、蠕变抗力和高的比强度，且Ni3Al对WC、TiC的润湿性与Co相当。因此，以Ni3Al对WC-Co硬质合金的Co粘结相进行强化后，可使合金性能在保持高强度、高韧性的前提下，提高合金的高温综合性能。WC晶体具有P6m2晶体结构。晶胞尺寸a＝0.2906nm，c＝0.2837nm，其中c/a＝0.976。碳原子在晶胞的轴对称(1/3，2/3，1/2)的位置，如图1所示。由于碳原子的轴对称位置把棱柱面分成两种惯习面，这两种惯习面上的原子的排列方式不同。WC晶体含有三个致密的晶面，即{0001}和两个棱柱面{1010}与{0110}，如图1所示。由于两种棱柱惯习面上具有不同的数量的W-C键，因而两个棱柱惯习面对碳原子具有不同的亲和力。与碳原子具有更强亲和力的惯习面在饱和碳气氛条件下会发生优先生长，充分生长后最终消失而形成截三棱柱形状。在{1010}惯习面上，每个W原子仅形成两个W-C键，而在{0110}惯习面上，每个W原子形成四个W-C键。这使得{1010}惯习面上的表面能高于{0110}惯习面。因而，在烧结过程中，WC晶粒发生优先生长形成截三棱柱形状。不同形貌的WC晶粒对合金的性能有影响，主要体现在WC晶粒的{0001}基面硬度为棱柱面{10-10}硬度的两倍，而不同形貌WC晶粒的{0001}基面和棱柱面{10-10}的面积比是不同的，从而影响合金的硬度和耐磨性。然而，现有技术中的硬质合金的制备方法，均存在一定的问题。CN1990888A公开了一种纤维状WC晶体的钨钴硬质合金的制造方法，其采用纳米晶的W(Co，C)超饱和固溶体粉末为原料，通过对相变过程的控制，原位生产纤维状WC晶体或WC晶须，达到纤维增强和增韧的效果。通过对相变过程的控制，导致纳米晶WC晶粒发生一维优先长大，形成WC纤维状晶体或WC晶须，抑制了纳米WC晶粒的三维粗化。钨钴硬质合金(YG)中生成的WC纤维状晶体或WC晶须可以发挥纤维或晶须对合金的强化和韧化(即阻止裂纹的扩展)，YG合金的综合力学性能可望得到大幅度改善。然而，在该YG合金的制造方法中，由于纳米超饱和固溶粉末原材料昂贵，且制造中相变过程难以控制，从而导致该种制造方法并保证硬质合金产品的一致性和稳定性，且量产成本较高。CN102912206A公开了一种制造粗晶粒WC硬质合金的方法，选取粗晶WC为原料的基础上，先将配比中粗晶WC重量的5-15％进行充分研磨，以获得活性高的细晶WC，然后将配比中其余WC和Co粉加入球磨机中，调整湿磨工艺参数，使剩余的WC与Co在混合均匀的情况下，避免过度破碎WC晶粒，通过在烧结过程中活性高的细晶WC的溶解—析出现象，使产品收缩完全致密，同时合金中WC晶粒进一步长大，从而制备出晶粒度达4.0-8.0μm的高性能粗晶硬质合金的方法。然而，在该粗晶粒碳化钨硬质合金的制造方法中，少量粗晶WC在预磨中被充分破碎成细晶WC并完全溶解在粘结相中，在其后的烧结过程中会促进其他粗颗粒WC的长大，实际最终的合金中细晶WC基本被完全消耗掉，从而影响了合金硬度和耐磨性。CN104611598A公开了一种具有WC晶粒特征晶面取向分布的硬质合金制备方法，以钨氧化物、钴氧化物和碳材料的混合物为原料，在较低的温度下制备出含有缺碳相成分的WC-Co复合粉末，将制备的复合粉末置于可以施加烧结压力的烧结系统中对粉末进行原位反应烧结致密化，制备出具有WC晶粒特征晶面取向分布的硬质合金块体材料。然而，在该硬质合金的制造方法中，工艺复杂，对缺碳相的控制较为严格。CN102433488A公开了一种硬质合金、用该硬质合金制成的辊环及该辊环的制备方法。该硬质合金虽然具有优异的高温抗氧化性和抗腐蚀性能以及抗热疲劳性能，但该硬质合金的断裂韧性并没有达到比较好的状态。CN102383021A公开了一种Ni3Al强化Co粘结相的增韧增强的硬质合金，该硬质合金虽然采用了Ni3Al对Co粘结相进行强化，使得合金的高温综合性能得到了提升，但该硬质合金的断裂韧性仍有较大的提升空间。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种硬质合金，该种硬质合金中粗晶粒WC和细晶粒WC共存且均匀分布，粗晶粒WC为板条状且粗晶粒WC的长宽比大于3:1，该种硬质合金可以在不影响硬度的同时，提高合金的断裂韧性。同时，本专利技术还提供了该种硬质合金的制备方法，通过预先制备WC+Ni3Al粉末，以Ni3Al对硬质合金Co粘结相进行强化后，可使硬质合金在保持高强度、高韧性的前提下，提高合金的高温性能。根据本专利技术的一方面，提供了一种硬质合金，所述硬质合金成分包括：WC硬质相，所述WC硬质相中粗晶粒WC和细晶粒WC共存且均匀分布，所述粗晶粒WC为板条状且粗晶粒WC的长宽比大于3:1；粘结相，所述粘结相为Co+Ni3Al。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制备上述硬质合金的方法，包括以下步骤：S1、制备WC+Ni3Al预合金粉末；S2、将粗颗粒WC粉末、细颗粒WC粉末、Co粉和WC+Ni3Al预合金粉末进行混合得到混合粉末，并将所述混合粉末进行湿磨得到均匀细化的湿磨混合料；S3、将所述湿磨混合料进行干燥处理；S4、将干燥处理后的湿磨混合料冷压成坯，并进行液相烧结，然后随炉冷却至室温。优选地，所述粗颗粒WC粉末、细颗粒WC粉末和Co粉分别占所述混合粉末的重量百分比为30％～50％、3～5％、和16％～20％，余量为WC+Ni3Al预合金粉末。优选地，所述WC+Ni3Al预合金粉末中Ni3Al的重量百分比为20％。优选地，所述粗颗粒WC粉末的平均粒径为4.0～10.0微米，所述细颗粒WC粉末的平均粒径为0.8～1.2微米，所述WC+Ni3Al预合金粉末中的WC颗粒的平均粒径为0.8～1.2微米。优选地，所述混合粉末的湿磨时间为24～48小时。优选地，所述液相烧结的烧结温度为1420℃～1500℃，所述液相烧结的保温时间为1小时～3小时。优选地，所述湿磨混合料采用真空干燥箱进行干燥处理。优选地，所述步骤S1具体包括：S11、按镍-铝金属间化合物Ni3Al的成份比例，把镍粉、铝粉和WC粉末混合均匀；S12、将混合均匀后的镍粉、铝粉和WC粉末在非氧化性气氛下进行加热并保温，然后自然冷却，得到W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金成分包括：WC硬质相，所述WC硬质相中粗晶粒WC和细晶粒WC共存且均匀分布，所述粗晶粒WC为板条状且粗晶粒WC的长宽比大于3:1；粘结相，所述粘结相为Co+Ni3Al。

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金成分包括：WC硬质相，所述WC硬质相中粗晶粒WC和细晶粒WC共存且均匀分布，所述粗晶粒WC为板条状且粗晶粒WC的长宽比大于3:1；粘结相，所述粘结相为Co+Ni3Al。2.一种制备根据权利要求1所述的硬质合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备WC+Ni3Al预合金粉末；S2、将粗颗粒WC粉末、细颗粒WC粉末、Co粉和WC+Ni3Al预合金粉末进行混合得到混合粉末，并将所述混合粉末进行湿磨得到均匀细化的湿磨混合料；S3、将所述湿磨混合料进行干燥处理；S4、将干燥处理后的湿磨混合料冷压成坯，并进行液相烧结，然后随炉冷却至室温。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粗颗粒WC粉末、细颗粒WC粉末和Co粉分别占所述混合粉末的重量百分比为30％～50％、3～5％、和16％～20％，余量为WC+Ni3Al预合金粉末。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述WC+Ni3Al预合金粉末中Ni3Al的重量百分比为20％。5.根据权利要求2-4中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙坚战，陆必志，夏艳萍，
申请(专利权)人：株洲硬质合金集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43