复合结构硬质合金制品的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种制备具有复合结构硬质合金制品的方法，包括如下步骤：A、采用粉末冶金技术分别配制内层和外层硬质合金混合料，内层、外层的材质分别独立选自WC‑Binder或WC‑MeC‑Binder中一种或两种，其中，Binder为粘结剂，选自Co、Ni、Fe或Cr中的一种或多种，MeC选自过渡族难熔金属碳化物的一种或多种；B、分别成型内层压坯和外层压坯；C、将内层和外层压坯套装在一起，烧结；D、成品加工，即得复合结构硬质合金制品。本发明专利技术制备的具有复合结构硬质合金制品，具有比重及形状容易控制，制造简单，成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】
复合结构硬质合金制品的制备方法
本专利技术属于硬质合金
，涉及一种具有复合结构的硬质合金制品的制备技术，尤其涉及一种具有复合结构的硬质合金辊环制品的制备方法，特别是一种高速线材轧机轧钢用的硬质合金辊环的制备方法。
技术介绍
硬质合金是一种采用粉末冶金技术制备的，以WC、TiC、TaC、NbC等难熔金属碳化物作硬质相，以Co、Ni、Fe等塑性金属及合金为粘结相的复合材料，具有良好的耐磨性、耐热性、耐腐蚀性能和较高的强韧性，广泛应用于国民经济的各个领域。硬质合金辊环在上世纪六、七十年代就已经成为高速线材轧机的标准消耗部件，经过近半个世纪的发展，其材质、制造工艺等都已经相当成熟，保守估计，国内高线硬质合金辊环年消耗量在1200吨左右。轧钢辊环的工作环境复杂，使用条件苛刻，轧制过程中轧辊(环)直接与高温轧件接触，需承受较大的轧制力、热应力和冲击作用。在实际使用中，与轧件接触的辊环工作层(约为整体厚度的40％)需要高的硬度和耐磨性，而传递轧制扭矩、承受装配应力的辊环内层则需要高的强度和韧性。若将辊环设计成内层采用强韧性好的材质，外层采用耐磨性好的材质的复合结构，则可同时满足实际使用对辊环内外层耐磨性和强韧性的不同要求。然而，在目前公开的技术中，这种复合结构的轧辊(环)主要用于型、棒材轧制领域，而高速线材轧机辊环，因其旋转速度快、离心力大，复合轧辊(环)的结合强度不足，因此高线轧制一般采用整体均质硬质合金辊环。事实上，高线辊环有很大部分的异常失效是因为装配锥套产生的径向张力导致的轴向断裂。为此，领域内技术人员提出了大量解决方案。专利US5044056公开了采用离心铸造技术制备硬质合金(外环)+铸铁/钢(内环)复合轧辊(环)的工艺方法。专利CN1597161A，公开了一种采用金属胶粘剂制备的硬质合金/钢复合轧辊(环)及其工艺方法。专利CN101386028A，公开了一种硬质合金/钢复合轧辊及其制备方法，这种复合轧辊由硬质合金外环、钢内环和预置钎料组成，采用真空钎焊法制备。专利CN201659142U，公开了一种线、棒轧机用机械复合辊环及制造方法，该复合辊环包括外层、内圈、压紧环和内六角螺钉，外层套在内圈外，压紧环套装在内圈上，压紧环与内圈之间通过内六角螺钉连接固定，内六角螺钉呈环形阵列排布，内圈和压紧环分别与外层的两侧台阶相接触。采用机械式组合装配而成。专利CN101716656A，公开了一种金属陶瓷复合辊环及其制备方法，该复合辊环由辊环和基体构成。其技术方案是：首先将合金粉末经模压或等静压成型为辊环压坯，在1100℃～1400℃条件下烧结10分钟～180分钟。然后将烧结制得的辊环的内壁作为铸模型腔的一部分，采用铸造工艺将钢水或铁水，浇铸到辊环内得到内层为铸钢/铁，外层为硬质合金的复合辊环。CN104475455A公开了一种复合合金辊，包括五层结构，从上向下顺序依次为：铬金属层，粘结剂层，硬质合金碳化钨辊环，镍金属层，内层球墨铸铁层，所述的五层结构之间设置有加强卡具，在所述的内层球墨铸铁层下面连接设置有减震块，在所述的减震块中间设置有凹槽。文献《轧辊环与钢套粘结试验》(《湖南冶金》，(2)：7-1)报道了采用金属胶粘剂粘结的方法制备外环为硬质合金外环，内环为钢的复合轧辊环的试验结果。文献《热等静压法制取复合硬质合金轧辊》(《稀有金属材料与工程》，27(3)：177-181)报道了选用铁基复合材料作复合辊内层，采用热等静压扩散连接法将与硬质合金外层粘结复合的试验结果。文献《复合硬质合金制造技术的开发》(《特种铸造及有色合金》增刊(1)：107-108)针对硬质合金脆性大和生产成本高，采用复合铸造工艺制备硬质合金/铸钢复合轧辊的试验结果。文献《硬质合金复合辊环的应用探讨》(《莱钢科技》，(6)47-48)报道了采用热等静压制备的内层为钢外层为硬质合金的复合轧辊的应用效果。文献《硬质合金复合辊环复合工艺的研究进展》(《粉末冶金技术》，26(1)：60-64)概述了国内外硬质合金辊环、硬质合金复合辊环的技术进展，总结了国、内外复合辊环的制备工艺主要分为机械连接，胶粘结，铸造，热等静压，焊接等方法。上述公开技术文献中所述的复合轧辊(环)是指用耐磨的硬质合金外环与强韧性好钢铁材质内环通过机械组合式、胶结式、冶金粘结式等复合方式形成复合轧辊(环)。其中，机械组合式是指用紧固螺栓等将硬质合金外环与钢(铁)质内环机械装配连接；胶结式是指采用金属胶粘剂将硬质合金外层与钢(铁)质内层粘结连接，冶金粘结式是通过铸造、焊接等的方法将内外层复合连接。前两种结合方式均因强度偏低，而无法可靠地用于高速线材轧机，而上述采用铸造法、焊接法将硬质合金与钢复合制备复合辊环的技术，因为硬质合金与钢(铁)材质的物理、力学性能，尤其是热物性差异太大，导致其获得充分冶金结合的技术难度很大，工艺成本很高。针对上述技术存在的不足，本领域内技术人员也做了大量的技术改进，如：美国专利US6511265B1公开了一种复合旋转工具，包含两个部分，两个部分由性能不同的硬质合金合成。其制备方法是采用一种特殊结构的模具，将组成两部分的硬质合金材料粉末同时装入模具的相应部位，共同压型，然后烧结致密。该专利提供了一种制备具有高强度复合结构硬质合金制品的方法，但这种方法对于两个部分所用的硬质合金材料的性能及成分限制很大，两种材料的成型性及烧结特性等必须相匹配，否则将出现烧结收缩不一致导致两部分无法粘结。同时这种方法对模具的要求较高，模具结构复杂。因此，该方法存在工艺控制难度大，成材率不高，两部分所用的材质受限等不足。专利CN1843644A公开了一种高线硬质合金复合辊环及制造方法，该复合辊环包括辊环基体及与该辊环基体的材料牌号不相同的复合工作层，辊环基体及复合工作层经烧结而成一体。其制备工艺为：将辊环基体与不掺成型剂的硬质合金粉料同时装入石墨模具，经振动装实后一同装入专用的中频液压振动烧结机中进行热压烧结，再进行二次正压烧结，经磨削加工，制得成品。该专利实现了高线辊环工作层高耐磨技术要求，同时还可以使报废辊环得到重复利用，但其工艺需先采用热压烧结，再进行二次正压烧结，工艺效率偏低，成本较高。CN103386417A公开了一种采用冶金粘结技术实现以硬质合金坯体为基础来生产无过渡层硬质合金制品的方法，依次包括：A、按常规方法制备粘结相重量百分比为8％～30％的两件相同或不同硬质合金作为坯体；B、将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度≤Ra0.04mm，其余部分进行常规加工处理；C、对坯体的待冶金粘结面进行清洁处理并涂覆一层丙酮；D、装配；E、将装配好的坯体置于真空炉中，在1200℃～1450℃温度下进行真空冶金粘结热处理1～1.5小时，真空度≤0.8Pa，冷却后即得到冶金粘结的无过渡层的硬质合金制品。该专利克服了现有技术中硬质合金与钢(铁)材质粘结或焊接过程中存在的热应力及膨胀系数不同而造成辊环使用失效的缺陷，适合大型制品的生产，但其所采用预制合金坯的加工要求很高，其粘结面加工光洁度要达到≤Ra0.04mm，还存在工艺要求高，成本较高的问题。专利CN103817150A，公开了一种梯度结构型硬质合金辊环及其制造工艺，辊环外层和辊环芯部之间形成成分梯度，辊环外层和辊环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合结构硬质合金制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、采用粉末冶金技术分别配制内层和外层硬质合金混合料，内层、外层的材质分别独立选自WC‑Binder或WC‑MeC‑Binder中一种或两种，其中，Binder为粘结剂，选自Co、Ni、Fe或Cr中的一种或多种，MeC选自过渡族难熔金属碳化物的一种或多种；B、分别成型内层压坯和外层压坯；C、将内层和外层压坯套装在一起，烧结；D、成品加工，即得复合结构硬质合金制品。

【技术特征摘要】
1.一种复合结构硬质合金制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、采用粉末冶金技术分别配制内层和外层硬质合金混合料，内层、外层的材质分别独立选自WC-Binder或WC-MeC-Binder中一种或两种，其中，Binder为粘结剂，选自Co、Ni、Fe或Cr中的一种或多种，MeC选自过渡族难熔金属碳化物的一种或多种；B、分别成型内层压坯和外层压坯；C、将内层和外层压坯套装在一起，烧结；D、成品加工，即得复合结构硬质合金制品。2.根据权利要求1所述的复合结构硬质合金制品的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，控制ΔB＝B内-B外＝2wt％～15wt％，其中，B内为内层硬质合金的粘结剂含量，B外为外层硬质合金的粘结剂含量。3.根据权利要求2所述的复合结构硬质合金制品的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，控制Ct内＜Ct外，Ct内＝5.85wt％～6.05wt％，Ct外＝5.95wt％～6.15wt％，其中，Ct内为内层硬质合金的WC总碳含量，Ct外为外层硬质合金的WC总碳含量。4.根据权利要求3所述的复合结构硬质合金制品的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，Δdα＝dα外-dα内＝0.5μm～1.0μm，其中，dα内为内层硬质合金独立烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓灵，陈勇，
申请(专利权)人：自贡硬质合金有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51