一种含(W，Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金制造技术

为了改善WC‑Co硬质合金的硬度、耐磨性，研制了一种含(W，Ta)C复合碳化物的WC‑10Co硬质合金。采用(W，Ta)C粉末为原料，(W，Ta)C复合碳化物的添加量对硬质合金性能的影响很大。(W，Ta)C复合碳化物的添加量过多，会导致硬质合金内部晶粒产生部分溶解，使得硬质合金内部的孔隙度变大，致密化程度下降，导致硬质合金力学性能的降低。(W，Ta)C复合碳化物的添加量过少，则不能很好的抑制硬质合金晶粒在烧结过程中的长大，同样会导致硬质合金力学性能的降低。所制得的含(W,Ta)C复合碳化物的WC‑10Co硬质合金，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‑Co硬质合金提供一种新的生产工艺。

A WC-10Co Cemented Carbide Containing (W, Ta) C Composite Carbide

In order to improve the hardness and wear resistance of WC_Co cemented carbide, a WC_10Co cemented carbide containing (W, Ta)C composite carbide was developed. Using (W, Ta) C powder as raw material, (W, Ta) C composite carbide has a great influence on the properties of cemented carbide. The excessive addition of (W, Ta) C composite carbides will result in partial dissolution of the internal grains of cemented carbides, which will increase the porosity of the cemented carbides and decrease the degree of densification, resulting in the decrease of the mechanical properties of cemented carbides. The addition of (W, Ta) C composite carbide is too little, which can not inhibit the growth of cemented carbide grains in sintering process, and will also lead to the decrease of mechanical properties of cemented carbide. The hardness, densification degree and flexural strength of WC_10Co cemented carbide containing (W, Ta) C composite carbide have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high performance WC_Co cemented carbide.

【技术实现步骤摘要】
一种含(W，Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种含(W，Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金。
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，由于其具有高硬度、耐磨性、红硬性及强韧性等特点，广泛应用于各种切削工具、矿用工具和耐磨耐蚀零部件。WC-Co硬质合金被誉为“工业的牙齿”，如何有针对性地依用途研究或开发高性能材料是该领域的研究热点。硬质合金属于脆性材料，硬度和强度即耐磨性和韧性之间的矛盾一直是困扰其发展的主要因素。细小的WC晶粒不仅可以提高合金的强度，还可以提高合金的韧性，使合金拥有较好的综合力学性能。超细WC-Co硬质合金具有比普通WC-Co硬质合金更高的硬度、更好的耐磨性、更高横向断裂强度以及更良好的断裂韧性等优越性能，被广泛应用于金属切削加工、耐磨零件等领域，具有巨大的市场需求。
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(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的制备原料包括：粉末。含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的制备步骤为：将原料粉末按实验设计方案进行混合配料，随后加入球磨机中进行球磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间为72h。将球磨后的粉料进行真空干燥，随后造粒、模压成样条，最后在低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为30min，烧结炉内压力为3MPa。含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的检测步骤为：微观形貌采用扫描电镜，抗弯强度采用AG10TA万能实验机，密度采用阿基米德排水法，硬度采用VA维氏硬度仪，断裂韧度通过压痕裂纹尖端产生的裂纹长度计算。所述的含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金，复合碳化物的添加可以硬质合金的力学性能，其作用机理是所添加的复合碳化物可以抑制硬质合金内部晶粒在烧结过程中长大，而且还能够对硬质合金晶粒产生细化作用。所述的含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金，复合碳化物的添加量对硬质合金性能的影响很大。复合碳化物的添加量过多，会导致硬质合金内部晶粒产生部分溶解，使得硬质合金内部的孔隙度变大，致密化程度下降，导致硬质合金力学性能的降低。复合碳化物的添加量过少，则不能很好的抑制硬质合金晶粒在烧结过程中的长大，同样会导致硬质合金力学性能的降低。在未达到最佳添加量之前，硬质合金的力学性能随着固溶体添加量的增多而增大。所述的含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金，复合碳化物的添加量应控制在一个合理范围之内。合理的复合碳化物的添加量能够大幅提升硬质合金的力学性能，其抗弯强度、硬度、密度均随着复合碳化物的添加量增多而增大。复合碳化物最佳的添加量为0.6%，此时硬质合金具有最优的综合性能。相比与常规方法制备的硬质合金，其抗弯强度、密度、硬度和断裂韧度分别达到4356MPa、17.89/cm3、1785HV和25.33MPa·m1/2。本专利技术的有益效果是：采用粉末为原料，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(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金。其中，复合碳化物能够提升硬质合金力学性能的机理是其能够抑制硬质合金晶粒在烧结过程中的长大，使得硬质合金具有更均匀的内部结构及致密化程度，这是硬质合金力学性能提升的关键。所制得的含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金，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-Co硬质合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的制备原料包括：粉末。含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的制备步骤为：将原料粉末按实验设计方案进行混合配料，随后加入球磨机中进行球磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间为72h。将球磨后的粉料进行真空干燥，随后造粒、模压成样条，最后在低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为30min，烧结炉内压力为3MPa。含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的检测步骤为：微观形貌采用扫描电镜，抗弯强度采用AG10TA万能实验机，密度采用阿基米德排水法，硬度采用VA维氏硬度仪，断裂韧度通过压痕裂纹尖端产生的裂纹长度计算。实施案例2：随着添加量的增加，WC颗粒逐渐细化，合金晶粒由未添加时的7.1μm减小到5.4μm，液相Co对固溶体的润湿角大于其对WC的润湿角，固溶体优先溶解于液相Co中，W原子和Ta原子在液相Co中的溶解，阻碍了WC晶粒的溶解析出长大，从而细化了晶粒；虽然固溶体在Co中的溶解度较小，但过量的固溶体析出在WC/WC晶界，降低了Co对WC晶粒的润湿性，阻碍WC晶粒的溶解，从而进一步细化合金的晶粒。实施案例3：随着固溶体含量的增加，合金的密度呈先增高后减小的趋势，在添加剂含量为2%时，合金的密度达到最大值。而当固溶体含量较小时，固溶体优先溶解于液相Co中，W原子与Ta原子的溶解，填充了合金的内部孔隙，使合金的孔隙度下降，因此合金的密度增高；当固溶体添加量较高时时，会有部分的固溶体析出在WC晶界，使液相Co对WC晶粒的的润湿性降低，阻碍WC晶粒的溶解，孔隙得不到填充，同时易产生微观组织缺陷，使合金的孔隙度增加，反而导致合金的密度降低。实施案例4：合金的抗弯强度随固溶体添加量的增加呈先增大后减少的趋势。当添加量为2%时，合金的抗弯强度达到最大值3500MPa。随着重金属W、Ta原子固溶到液相Co中，产生固溶强化作用，使合金的抗弯强度提高。随着固溶体的加入，WC晶粒得到细化，塑性粘结相层中的塑性约束减少，塑性流动较容易，局部应力集中得到松弛，从而阻止裂纹的产生和扩展，使合金的抗弯强度提高。实施案例5：当合金中复合碳化物含量大于其在液相Co中的溶解度时，会有部分在WC晶粒表面析出，导致WC/WC晶界的脆化；固溶相与合金的硬质相之间存在明显的差异，析出的导致液相Co对WC晶粒的润湿性下降，使孔隙增多，同时易产生微观组织缺陷。所以，当质量分数大于2%时。合金的抗弯强度呈逐渐下降的趋势。金的硬度随添加量的增多呈先增大后减少的趋势，当添加量为2%时，合金的硬度达到最大值1600HV。实施案例6：影响合金硬度的主要因素有合金的致密度、Co的体积分数和WC晶粒尺寸。随着添加量的增加，合金的晶粒逐渐细化，同时合金的孔隙逐渐减少，合金的硬度提高。W原子和Ta原子在Co中的溶解，使合金产生固溶强化作用，也会提高合金的硬度。合金的硬度随着固溶体添加量的升高而升高。当固溶体添加量进一步增加时，部分析出在WC晶界表面，使合金的孔隙度增大；孔隙度的增大使合金的硬度降低。因此，当固溶体的质量分数大于2%时，合金的硬度逐渐下降。实施案例7：WC-10Co硬质合金的断裂韧度随添加量的增多呈逐渐下降的趋势。合金的断裂韧度主要指材料抵抗裂纹扩展的能力，硬质合金的断裂韧度主要受合金中的粘结相含量和WC晶粒大小的影响。本试验中，合金的粘结相Co本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含(W，Ta)C复合碳化物的WC‑10Co硬质合金的制备原料包括：(W，Ta)C粉末。

【技术特征摘要】
1.一种含(W，Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的制备原料包括：(W，Ta)C粉末。2.根据权利要求1所述的含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金，其特征是含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的制备步骤为：将原料粉末按实验设计方案进行混合配料，随后加入球磨机中进行球磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间为72h，将球磨后的粉料进行真空干燥，随后造粒、模压成样条，最后在低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为30min，烧结炉内压力为3Mpa。3.根据权利要求1所述的含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金，其特征是含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金的检测步骤为：微观形貌采用扫描电镜，抗弯强度采用AG10TA万能实验机，密度采用阿基米德排水法，硬度采用VA维氏硬度仪，断裂韧度通过压痕裂纹尖端产生的裂纹长度计算。4.根据权利要求1所述的含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金，其特征是所述的含(W,Ta)C复合碳化物的WC-10Co硬质合金，(W，Ta)C复合碳化物的添加可以硬质合金的力学性能，其作用机理是所添加的(W，Ta)C复合碳化物可以...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振文，
申请(专利权)人：杨振文，
类型：发明
国别省市：辽宁,21