一种矿山工具用硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术的矿山工具用硬质合金通过调整镍粉，钴粉，铁粉，氧化锰，钨粉，钽粉，碳粉的比例，科学地将上述原料通过经过混合、真空高温压制成型与烧结后，得到强度与硬度优良的硬质合金。本发明专利技术制备的矿山工具用硬质合金晶粒分布均匀，粗晶含量少，粒径离差系数低，材料的抗冲击疲劳能力和使用寿命更高。本发明专利技术的硬质合金制备方法简单易行，可方便用于大批量生产。

A cemented carbide for mining tools and its preparation method

By adjusting the proportion of nickel powder, cobalt powder, iron powder, manganese oxide, tungsten powder, tantalum powder and carbon powder, the cemented carbide used for mining tools of the present invention can scientifically obtain cemented carbide with excellent strength and hardness through mixing, vacuum high temperature pressing and sintering. The cemented carbide prepared by the invention has uniform grain distribution, less coarse grain content, low particle size deviation coefficient, and higher impact fatigue resistance and service life of the material. The preparation method of the cemented carbide of the invention is simple and feasible, and can be conveniently used for mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种矿山工具用硬质合金及其制备方法
本专利技术涉及一种合金工艺，特别是硬质合金，更具体地，涉及一种矿山工具用硬质合金及其制备方法。
技术介绍
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，被誉为“工业牙齿”，广泛用于刀具材料、机械加工、航空航天、高压高温试验等领域。国内市场上普遍应用的硬质合金硬度可达HRA86-93，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍保持高硬度。各种矿用截齿及刀具，都是使用矿用硬质合金材料制作，在现有的矿用硬质合金材料中，主要由硬度较高、耐温性较好的碳化钨和耐温性较好的粘结剂钴均匀混合后烧结而成，使硬质合金具有较好的耐温、耐磨及冲击韧性等特性。但易出现龟裂、塌块等情况而使报废，使用寿命短，工具更换、维修费用高，易影响使用企业的生产效率和生产成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种矿山工具用硬质合金，提供了一种热作矿山工具用硬质合金及其生产方法，本专利技术的硬质合金具有极好的耐温、耐磨及冲击韧性等特性。使用寿命长，使用矿山工具作业生产效率高。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：公开的矿山工具用硬质合金，按重量份数计，所述硬质合金通过以下原料制备得到：镍粉2-5份、钴粉5-15份、铁粉5-10份、氧化锰8-15份、钨粉30-60份、钽粉15-30份、碳粉15-30份，除渣剂、球化剂1-3份，成型剂6-10份，按比列混合，其中碳粉：(钨+坦)＝0.1-1。镍、钴、铁作为联合粘结剂，总含量不超过30％，其中镍不超过5％，本专利技术硬质合金无磁性，镍的加入能够提高材料的防腐防锈性能。氧化锰起细化晶粒，提高材料韧性的作用，钨、坦与碳粉在高温下反应，生成碳化钨和碳化钽，主要为硬质合金提供高硬度、耐磨性和高强度。本专利技术中，碳与钨、坦在高温下发生反应，低温下混合均匀，这样有利于提高碳化钨、碳化钽在粘结剂中的分布均匀性以及粘结强度，可以达到原子级别的结合，从而提高整体材料的力学性能。同时，多余的碳粉在高温下沸腾、冷却，然后均匀分散在各颗粒之间的间隙，起到润滑增韧作用，从而提高材料韧性以及耐磨性能。进一步地，所述钴粉的粒径为0.5-1μm，铁粉的粒径为3-8μm，镍粉的粒径为2-5μm，钨粉的粒径为6-7μm，氧化锰的粒径为5-15μm，碳粉的粒径为1.0-2.0μm，钽粉的粒径为4-6μm。传统的硬质合金制备选用碳化钨粉末做原料，需要先进行制备或购买碳化钨粉末和碳化钨粉末，再将上述粉末与镍粉等原料一起混合，高温烧结成硬质合金；因为生产高质量硬质合金制品，必须严格控制合金中的总碳。虽然影响硬质合金制品总碳因素很多，但在碳化钨原材料品质稳定的情况下，成形剂的应用对产品总碳的影响是一个非常重要的方面。本申请采用碳粉，钨粉，镍粉为主要原料，添加铁粉，氧化锰、钴粉、钽粉等原料，不但省去了碳化钨粉末的繁杂的制备工序，且碳化钨的质量能有效控制。本专利技术公开上述矿山工具用硬质合金的制备方法，包括以下制备步骤：S1将上述硬质合金原料加入球磨机，并注入球磨介质后混合1-3h，然后进行真空干燥；其中球磨比为4-6：1；所述真空干燥的真空度为0-0.3Pa，干燥温度为400-500℃，干燥时间为1-3h；S2.将干燥好的材料放入捏合机中，保持温度小于等于250℃，密炼1-2h，然后模压成块；将料块在真空状态下，加温到3000-3500℃，保持2-4h进行烧结；S3.缓慢降温到1400-1500℃，保温1-2h，同时外加超声波作用，超声波强度大于等于1KW/m2，使材料分散均，细化结晶、促进结晶取向；然后快速冷却到1100-1300℃，保温0.5-1h；然后急速冷却到700-800℃,保温1-2h，然后放入0-4℃的水中急速冷却至常温。进一步地，所述缓慢降温的冷却速度为8-10℃/min，所述快速冷却的冷却速度为20-30℃/min，所述急速冷却的冷却速度为40-50℃/min。进一步地，所述球磨机用球磨介质为无水乙醇，转速为100～200r/min。进一步地，成型剂为橡胶、石蜡和聚乙二醇的任意一种。进一步地，所述步骤S2的烧结为阶段性升温，具体步骤为：Y1.预热阶段：将温度升到600-800℃，升温速率为80-100℃/min，保温0.5-0.8min；Y2.低温烧结阶段：将温度升到1050-1200℃，升温速率为110-130℃/min，保温1.0-1.5min；Y3.高温烧结阶段：将温度升到3000-3500℃，升温速率为130-150℃/min，保温0.7-1.0min。进一步地，所述烧结在氮气的保护气氛下进行。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的矿山工具用硬质合金通过调整镍粉，钴粉，铁粉，氧化锰，钨粉，钽粉，碳粉的比例，科学地将上述原料通过经过混合、真空高温压制成型与烧结后，使硬质合金的强度与硬度得到提高，得到的硬质合金具有较好的强度与硬度。本专利技术中，碳与钨、坦在高温下发生反应，低温下混合均匀，这样有利于提高碳化钨、碳化钽在粘结剂中的分布均匀性以及粘结强度，可以达到原子级别的结合，从而提高整体材料的力学性能。本专利技术制备的矿山工具用硬质合金晶粒分布均匀，粗晶含量少，粒径离差系数低，材料的抗冲击疲劳能力和使用寿命更高。本专利技术的硬质合金制备方法简单易行，可方便用于大批量生产。具体实施方式以下结合说明书和具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本实施例所用的原料和设备均为本
常规市购的原料和设备。实施例1本实施例的硬质合金，通过表1的原料制备得到，其中，钴粉的粒径为0.5-1μm，铁粉的粒径为3-8μm，镍粉的粒径为2-5μm，钨粉的粒径为6-7μm，成型剂为石蜡，氧化锰的粒径为5-15μm，碳粉的粒径为1.0-2.0μm，钽粉的粒径为4-6μm。其制备方法，包括以下制备步骤：S1.将上述硬质合金原料加入球磨机，转速为100r/min，并注入球磨介质无水乙醇后混合3h，然后进行真空干燥；其中球磨比为4：1；所述真空干燥的真空度为0-0.3Pa，干燥温度为400℃，干燥时间为1h；S2.将干燥好的材料放入捏合机中，保持温度250℃，密炼2h，然后模压成块；将料块在真空状态下，加温到3000℃，保持4h进行烧结；S3.缓慢降温到1400℃，保温2h，同时外加超声波作用，超声波强度1KW/m2，使材料分散均；然后快速冷却到1300℃，保温0.5h；然后急速冷却到800℃,保温1h，然后放入0-4℃的水中急速冷却至常温。烧结采用阶段性升温：具体步骤为：Y1.预热阶段：将温度升到600-800℃，升温速率为80-100℃/min，保温0.5-0.8min；Y2.低温烧结阶段：将温度升到1050-1200℃，升温速率为110-130℃/min，保温1.0-1.5min；Y3.高温烧结阶段：将温度升到3000-3500℃，升温速率为130-150℃/min，保温0.7-1.0min。镍、钴、铁作为联合粘结剂，总含量不超过30％，其中镍不超过5％，专利技术硬质合金无磁性。氧化锰起细化晶粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿山工具用硬质合金，其特征在于，按重量份数计，所述硬质合金通过以下原料制备得到：镍粉2‑5份、钴粉5‑15份、铁粉5‑10份、氧化锰8‑15份、钨粉30‑60份、钽粉15‑30份、碳粉15‑30份，除渣剂、球化剂1‑3份，成型剂6‑10份，按比列混合，其中碳粉：(钨+坦)＝0.1‑1。

【技术特征摘要】
1.一种矿山工具用硬质合金，其特征在于，按重量份数计，所述硬质合金通过以下原料制备得到：镍粉2-5份、钴粉5-15份、铁粉5-10份、氧化锰8-15份、钨粉30-60份、钽粉15-30份、碳粉15-30份，除渣剂、球化剂1-3份，成型剂6-10份，按比列混合，其中碳粉：(钨+坦)＝0.1-1。2.根据权利要求1所述矿山工具用硬质合金，其特征在于，所述钴粉的粒径为0.5-1μm，铁粉的粒径为3-8μm，镍粉的粒径为2-5μm，钨粉的粒径为6-7μm，氧化锰的粒径为5-15μm，碳粉的粒径为1.0-2.0μm，钽粉的粒径为4-6μm。3.一种由权利要求1或权利要求2所述矿山工具用硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：S1.将上述硬质合金原料加入球磨机，并注入球磨介质后混合1-3h，然后进行真空干燥；其中球磨比为4-6：1；所述真空干燥的真空度为0-0.3Pa，干燥温度为400-500℃，干燥时间为1-3h；S2.将干燥好的材料放入捏合机中，保持温度小于等于250℃，密炼1-2h，然后模压成块；将料块在真空状态下，加温到3000-3500℃，保持2-4h进行烧结；S3.缓慢降温到14...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾广胜，曾雁琳，曾昭杰，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43