为了改善WC‑Co硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种含碳化物抑制剂的WC‑2．5TiC‑10Co超细晶硬质。采用WC粉末、TiC粉末、Co粉末、Cr3C2、VC、TaC、NbC纳米粉末为原料，碳化物的添加能够抑制晶粒在烧结过程中的长大现象，使硬质合金具有更均匀的内部结构及更高的致密度。添加碳化物所制备的硬质合金，其致密度可达到99%以上。所制得的含碳化物抑制剂的WC‑2.5TiC‑10Co超细晶硬质，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明专利技术能够为制备高性能的WC‑10Co超细晶硬质提供一种新的生产工艺。
A WC-2.5TiC-10Co Ultrafine Crystal with Carbide Inhibitor
In order to improve the hardness and wear resistance of WC_Co cemented carbide, a superfine WC_2.5TiC_10Co crystal containing carbide inhibitor was prepared. Using WC powder, TiC powder, Co powder, Cr3C2, VC, TaC, NbC nano-powder as raw materials, the addition of carbides can inhibit the growth of grains in the sintering process, and make the cemented carbide have more uniform internal structure and higher density. The density of cemented carbide prepared by adding carbide can reach more than 99%. The hardness, compactness and flexural strength of WC_2.5TiC_10Co ultrafine crystals containing carbide inhibitors have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high-performance WC_10Co ultrafine-grained hard materials.
【技术实现步骤摘要】
一种含碳化物抑制剂的WC-2．5TiC-10Co超细晶硬质所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质。
技术介绍
硬质合金是由1种或多种高硬度、高模量的间隙化合物(通常是WC与过渡金属Fe、Co、Ni或其合金)组成的复合材料，WC-Co硬质合金中WC相硬度极高，且粘结相Co对碳化物的润湿性非常好(润湿角为0°)，WC与Co良好的兼容性使得WC-Co硬质合金具有优良的综合性能。WC-Co硬质合金也被誉为“工业的牙齿”，如何有针对性的依用途研究或开发高性能材料是该领域的研究热点。超细硬质合金是WC晶粒度≤0.5μm的硬质合金，这类合金因具有高强度和高硬度等优异性能而成为高效精密刀具的理想材质，也是硬质合金的发展方向。超细硬质合金在烧结过程中WC晶粒会迅速长大，随着晶粒的长大，合金机械强度降低，粗大的WC晶粒会导致合金断裂。为了控制WC晶粒的异常长大，VC和Cr3C2是经常使用的晶粒生长抑制剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善WC-Co硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质的制备原料包括：直径为1.2mm的WC粉末，直径为0.5mm的TiC粉末，直径为0.3mm的Co粉末及Cr3C2、VC、TaC、NbC纳米粉末。含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质的制备步骤为：将原料粉末按照实验设计方案进行配料，然后加入到硬质合金罐中进行球磨，球磨分散介质为无水酒精和液体石蜡，球料比为10：1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为30h。为了避免在高能球磨过程中产生巨大的热量导致温度升高，因此将环境温度设为-10℃。将球磨后的粉料进行干燥处理，倒入内径为50mm的石墨模具中进行压制成形，冷压后再把模具放入真空热压炉中，抽真空至1.0×10-2Pa后升温，升温速率10℃/min。采用的热压温度为1410℃，压力为20MPa，并保温保压1h，随后炉冷。含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质的检测步骤为：硬度检测采用KB3000万能硬度计，抗弯强度采用Instron3液压伺服万能材料实验机，物相分析采用XD5型X射线衍射仪，微观组织采用Supra35场发射扫描电镜。所述的含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质，球磨工艺能够显著减小原料粉末的粒径，这为制备高性能的超细WC-Co硬质合金提供了基础。因为，随着原料粉末粒度的增加，硬质合金的性能会降低。而且，粒度较小的粉末也很难获得。所述的含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质，碳化物的添加能够抑制晶粒在烧结过程中的长大现象，使硬质合金具有更均匀的内部结构及更高的致密度。添加碳化物所制备的硬质合金，其致密度可达到99%以上。所述的含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质，烧结温度对硬质合金的性能同样产生影响。烧结温度过高则会导致硬质合金内部的晶粒发生烧蚀，在硬质合金内部产生孔隙，使其力学性能降低。烧结温度过低则会导致硬质合金内部的晶粒不能充分生长，降低硬质合金的力学性能。所述的含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质，所采用的最佳工艺参数为：烧结温度1410℃，烧结压力20MPa，保温时间为60Min。所制得的硬质合金相比于常规方法制备的硬质合金，其力学性能提高了约20%。本专利技术的有益效果是：采用WC粉末、TiC粉末、Co粉末、Cr3C2、VC、TaC、NbC纳米粉末为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质。其中，球磨工艺能够制备符合制备超细晶硬质合金的原料粉末，碳化物的添加能够抑制烧结过程中硬质合金晶粒的长大，合适的烧结工艺则保证了硬质合金具有均匀的内部结构及更高的致密化程度，这些因素的综合作用使得硬质合金具有良好的综合性能。所制得的含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的WC-10Co超细晶硬质提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质的制备原料包括：直径为1.2mm的WC粉末，直径为0.5mm的TiC粉末，直径为0.3mm的Co粉末及Cr3C2、VC、TaC、NbC纳米粉末。含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质的制备步骤为：将原料粉末按照实验设计方案进行配料，然后加入到硬质合金罐中进行球磨，球磨分散介质为无水酒精和液体石蜡，球料比为10：1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为30h。为了避免在高能球磨过程中产生巨大的热量导致温度升高，因此将环境温度设为-10℃。将球磨后的粉料进行干燥处理，倒入内径为50mm的石墨模具中进行压制成形，冷压后再把模具放入真空热压炉中，抽真空至1.0×10-2Pa后升温，升温速率10℃/min。采用的热压温度为1410℃，压力为20MPa，并保温保压1h，随后炉冷。含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质的检测步骤为：硬度检测采用KB3000万能硬度计，抗弯强度采用Instron3液压伺服万能材料实验机，物相分析采用XD5型X射线衍射仪，微观组织采用Supra35场发射扫描电镜。实施案例2：原始粉末中含有少量粒径大于1.2mm的WC颗粒。由于硬质合金的制备温度较高，不可避免材料制备过程中晶粒的长大，为了获得粒径小于1.2mm的硬质合金，减小原材料粉末粒径是一个有效的手段。采用高能球磨法对硬质合金进行了处理。经过15h球磨处理后，仍然残留少量粒径约为2mm的颗粒；延长球磨时间至36h后，复合粉末粒径减小到0.3mm以下且粒径比较均匀。考虑到球磨对TiC和WC颗粒的粉碎效果可能存在差异。大部分粉末的粒径约为0.45μm，其能谱分析中几乎没有Ti元素的特征峰，其主要成分为WC和Co；但也可以发现少量粒径约为0.05~0.15μm的颗粒。经过41h球磨后，TiC粉末的粒径略大于WC粉末的粒径，由于TiC和WC粉末的耐磨、冲击韧性等特性差异造成的。实施案例3：在真空热压工艺相同的条件下，硬质合金的密度和力学性能展现了较大的差异。随着微量Cr3C2和VC的添加，硬质合金的密度和致密度都明显增加，说明作为晶粒生长抑制剂的Cr3C2和VC添加有利于提高硬质合金的密度和致密度。含有NbC硬质合金的密度和致密度均高于含有TaC的硬质合金。在粉末冶金过程中适度产生少量的液相有利于提高材料的热压成形和致密度，由于少量的液相可以改善粉末的塑性变形性能并填充空隙。1370℃的烧结温度略低于Co的熔点，而这时硬质合金中的Co粘结剂可以被认为是一种理想溶液，Cr3C2和VC等碳化物的添加会降低Co溶液的液相线温度；而在高温烧结的初期阶段，Co溶液中Cr3C2和VC等碳化物的浓度分布并不均匀，在局部溶质浓度较高的区域可能有少量的固-液相平衡区域产生，添加微量的Cr3C2和VC提高了硬质合金的密度和致密度。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含碳化物抑制剂的WC‑2．5TiC‑10Co超细晶硬质的制备原料包括：直径为0.6mm的WC粉末，直径为0.5mm的TiC粉末，直径为0.3mm的Co粉末及Cr3C2、VC、TaC、NbC纳米粉末。
【技术特征摘要】
1.一种含碳化物抑制剂的WC-2．5TiC-10Co超细晶硬质的制备原料包括：直径为0.6mm的WC粉末，直径为0.5mm的TiC粉末，直径为0.3mm的Co粉末及Cr3C2、VC、TaC、NbC纳米粉末。2.根据权利要求1所述的含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质，其特征是含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质的制备步骤为：将原料粉末按照实验设计方案进行配料，然后加入到硬质合金罐中进行球磨，球磨分散介质为无水酒精和液体石蜡，球料比为10：1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为30h，为了避免在高能球磨过程中产生巨大的热量导致温度升高，因此将环境温度设为-10℃，将球磨后的粉料进行干燥处理，倒入内径为50mm的石墨模具中进行压制成形，冷压后再把模具放入真空热压炉中，抽真空至1.0×10-2Pa后升温，升温速率10℃/min，采用的热压温度为1410℃，压力为20MPa，并保温保压1h，随后炉冷。3.根据权利要求1所述的含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质，其特征是含碳化物抑制剂的WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质的检测步骤为：硬度检测采用KB3000万能硬度计，抗弯强度采用Instron3液压伺服万能材料实验机，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰飞，
申请(专利权)人：刘冰飞，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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