一种氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金制造技术

为了改善再生硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金。采用废旧的WC‑16Co硬质合金为原料，氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金，碳元素添加量对硬质合金的力学性能有很大的影响，因为碳元素的添加能够抑制烧结过程中WC晶粒的异常长大，使制得的硬质合金具有均匀的物相组成及内部结构，所制得的硬质合金，其断裂韧性为35.27MPa·m

Recovery and Regeneration of High Performance Cemented Carbide by Redox Carbonization

In order to improve the hardness and wear resistance of regenerated cemented carbide, a high performance cemented carbide recycled by redox carbonization method was prepared. The high performance cemented carbide recycled by redox carbonization process is made from scrap WC_16Co cemented carbide. The addition of carbon has a great influence on the mechanical properties of the cemented carbide, because the addition of carbon can inhibit the abnormal growth of WC grains in the sintering process, and make the cemented carbide have uniform phase composition and internal structure. The fracture toughness is 35.27 MPa.m.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金。
技术介绍
硬质合金是利用粉末冶金的方法，以WC、TiC、TaC等难熔化合物为基体，以过渡族金属为粘结金属制备而成的合金。WC-Co硬质合金由于其具有独特的性能，如高强度、高硬度、高杨氏模量及耐磨损等优点，被广泛应用于各种工业领域，包括切削工具、矿山工具、耐磨零部件等。传统的硬质合金以Co为粘结相；但金属Co是一种战略性稀缺材料，价格逐年上涨。随着制造技术的进步，机械加工不断向高精化、高速化方向发展，因此对切削刀具在强度、耐高温、耐磨损和使用寿命等方面的性能要求也不断提高。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。硬质合金的主要成分钨是极为重要的战略资源。然而，随着钨矿持续开采和用钨量的不断增加，全球钨资源储量已越来越少。装备制造业作为国家基础性和支柱性产业，其中的高效切削加工占重要地位，而高性能刀具材料是实现高效切削加工的基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善再生硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金的制备原料包括：废旧的WC-16Co硬质合金。氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为50℃，随后进行原位还原碳化反应制得再生复合粉末，并进行压制成形。将制好的压坯放入低压烧结炉中烧结，烧结温度为1350℃下，保温时间60min。氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金的检测步骤为：质量采用J0300型电子天平称量，密度采用排水法测定，物相分析采用D/max-3c型X射线衍射仪，显微形貌采用OLYMPUSBX51型金相显微镜观察，显微组织采用JEOLJSM6500型高分辨扫描电镜观察，微观结构采用JEM2100型透射电子显微镜分析，断裂强度采用三点弯曲法测试。所述的氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金，原位还原碳化反应能够制得粒度均匀、性能良好的再生WC-Co复合粉。采用再生复合粉末制备的硬质合金具有良好的综合性能。所述的氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金，碳元素添加量对硬质合金的力学性能有很大的影响，因为碳元素的添加能够抑制烧结过程中WC晶粒的异常长大，使制得的硬质合金具有均匀的物相组成及内部结构，所制得的硬质合金，其断裂韧性为35.27MPa·m1/2，断裂强度为4279MPa。所述的氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金，WC晶粒具有可动位错，这使得制得的硬质合金还具有一定的塑性变形能力，这是采用常规工艺制得的硬质合金所不具备的。本专利技术的有益效果是：采用废旧的WC-16Co硬质合金为原料，经过配料、球磨、干燥、原位还原碳化、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金。其中，原位还原碳化法能够制备粒度均匀、性能优异的再生复合粉末，而硬质合金中碳元素的添加则对其力学性能的提升起关键作用。所制得的氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金，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再生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：氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金的制备原料包括：废旧的WC-16Co硬质合金。氧化还原碳化法回收再生高性能硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨时间为23h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为54min，干燥温度为48℃，随后进行原位还原碳化反应制得再生复合粉末，并进行压制成形。将制好的压坯放入低压烧结炉中烧结，烧结温度为1380℃下，保温时间55min。氧化还原碳化法回收再生高性能硬质合金的检测步骤为：质量采用J0300型电子天平称量，密度采用排水法测定，物相分析采用D/max-3c型X射线衍射仪，显微形貌采用OLYMPUSBX51型金相显微镜观察，显微组织采用JEOLJSM6500型高分辨扫描电镜观察，微观结构采用JEM2100型透射电子显微镜分析，断裂强度采用三点弯曲法测试。实施案例2：氧化物粉末颗粒多数呈球形，表面光滑，最大颗粒粒径约为4.10μm，最小颗粒粒径约为0.35μm，平均颗粒粒径为1.48μm。粉末中只存在WO3和CoWO4两相，主相CoWO4相的含量约为72.99%。氧化废旧硬质合金得到的无其它杂相的氧化物粉末，为合成物相纯净的再生WC-Co复合粉奠定了基础。实施案例3：再生复合粉中WC颗粒尺寸较均匀，平均粒径约580nm。氧化后得到的钨钴氧化物粉末分别配碳15.80%和16.65%时，经过原位还原碳化反应合成的再生WC-16%Co复合粉，不同配碳量下合成的再生复合粉的主相均为WC和Co相。配碳量为16.30%时，再生复合粉中除WC和Co两相外，还存在一定量的η(Co6W6C)相；当配碳量为16.75%时，再生复合粉的物相仅由WC相和Co相组成。不同配碳量下再生复合粉中的Co含量相差不大，且均符合WC-16%Co复合粉中Co含量的要求；配碳量为16.75%时合成的再生复合粉中游离碳含量和总碳含量均偏高，而配碳量为16.30%时再生复合粉中总碳含量在理论碳含量范围内，且其游离碳含量较少。在氧化物粉末与碳的反应过程中，反应的充分与否可能与炭黑含量、各元素的分布和原位反应时的扩散程度等有关。粉末中的碳含量较多，炭黑的实际分布程度相对较均匀，氧化物更容易被碳充分还原碳化成WC和Co；在较少的配碳量下，炭黑在原料粉末中的分散均匀程度相对偏低，导致部分氧化物未能与炭黑进行充分的反应，造成复合粉中游离碳与缺碳相共存的现象。粉末中的总碳含量达到了WC-16%Co复合粉的要求，但粉末中仍有缺碳相出现。实施案例4：2种配碳量下制备所得再生硬质合金的物相均仅由WC相和Co相组成。复合粉中同时存在一定量的游离碳和η相，而在低压烧结过程中，复合粉中的游离碳与η相可发生反应：Co6W6C+C→WC+Co，在生成WC相和Co相的同时消除了再生复合粉中共存的的游离碳和η相，使得制备的再生硬质合金的物相纯净。再生复合粉中游离碳和η相共存，经过低压烧结后也可获得物相纯净的硬质合金块体材料。实施案例5：当配碳量为16.30%时，再生合金金相组织纯净，无游离碳或η相；当原料粉中配碳量为16.75%时，再生合金表面存在明显的游离碳和孔隙，在此种配碳量下合成的再生复合粉在烧结时，生成的气体未完全排出，残留在合金中成为孔洞；此时再生硬质合金中游离碳的存在说明：配碳16.75%较多，再生复合粉中的游离碳和氧反应消耗后仍然有余量，在再生合金中成为游离碳。不同配碳量时制得再生合金中的Co相分布都很均匀，WC平均晶粒尺寸基本一致。配碳量为16.30%时所制备再生合金的WC晶粒尺寸分布较为均匀，WC晶粒尺寸的均匀分布有利于合金综合性能的提高。实施案例6：配碳量为16.30%时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金的制备原料包括：废旧的WC‑16Co硬质合金。

【技术特征摘要】
1.一种氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金的制备原料包括：废旧的WC-16Co硬质合金。2.根据权利要求1所述的氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金，其特征是氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨时间为24h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为50℃，随后进行原位还原碳化反应制得再生复合粉末，并进行压制成形，将制好的压坯放入低压烧结炉中烧结，烧结温度为1350℃下，保温时间60min。3.根据权利要求1所述的氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金，其特征是氧化还原碳化法回收再生的高性能硬质合金的检测步骤为：质量采用J0300型电子天平称量，密度采用排水法测定，物相分析采用D/max-3c型X射线衍射仪，显微形貌采用OLYMPUSBX51型金相显微镜观...

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