一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金制造技术

为了改善梯度结构硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金。采用WC粉、Co粉及碳含量为5.19%的WC‑10Co混合粉末为原料，烧结法制备的梯度结构硬质合金，烧结时间能够影响所制备的梯度层的厚度。梯度层的厚度随着烧结之间的增加而增加。但烧结时间过程会导致硬质合金晶粒的烧蚀，使其力学性能降低。所以，合理的控制烧结时间是制备过程的关键。所制得的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，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梯度结构硬质合金提供一种新的生产工艺。

A Gradient Structure Cemented Carbide Prepared by One Step Sintering Method

In order to improve the hardness and wear resistance of gradient structure cemented carbide, a gradient structure cemented carbide prepared by one-step sintering method was prepared. Gradient structure cemented carbide was prepared by sintering with WC powder, Co powder and WC_10Co powder with 5.19% carbon content. The sintering time can affect the thickness of gradient layer. The thickness of gradient layer increases with the increase of sintering. However, the sintering time process will lead to the ablation of cemented carbide grains, which will reduce the mechanical properties of cemented carbide. Therefore, reasonable control of sintering time is the key to the preparation process. The hardness, densification degree and flexural strength of gradient cemented carbide prepared by one-step sintering method have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high performance gradient structure cemented carbide.

【技术实现步骤摘要】
一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金。
技术介绍
硬质合金具有高硬度、高耐磨性、高弹性模量、耐腐蚀和成型性好等特点，在工具材料、耐磨材料、耐高温和耐腐蚀材料、交通运输业、建筑、金属成型等领域有广泛应用。然而，作为难加工材料，其脆性高、断裂韧性低、材料弹性极限和强度非常接近，导致切削力大、切削温度高、刀具磨损严重，采用传统的加工方法已难以满足精密及超精密加工技术的要求。硬质合金烧结是将混合料压制成一定形状后，在合适的气氛下加热至适当的温度并保持一定的时间使其强化，达到最终要求的产品性能的过程。然而在烧结过程中如果不能有效抑制WC晶粒长大，合金的强度与韧性明显下降。工业上WC-Co硬质合金的烧结温度常常高于1400℃，而在如此高的温度下，WC-Co硬质合金的晶粒容易在烧结过程中长大，进而影响WC-Co硬质合金的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善梯度结构硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的制备原料包括：WC粉，Co粉，碳含量为5.19%的WC-10Co混合粉末。一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的制备步骤为：将原始粉末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，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为90r/min，球料比为6:1，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50min，干燥温度为40℃，随后加入石蜡作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为90min。一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的检测步骤为：密度采用JA2003型分析天平测定，显微结构采用LeniCaMeF3A偏光金相显微镜观测，晶粒尺寸采用Image-ProPlus软件分析。所述的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，其表层WC晶粒的粒度要大于富钴层及芯部区域WC晶粒的粒度。所述的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，烧结温度对硬质合金的力学性能有较大的影响，随着烧结温度的升高，硬质合金内部的WC晶粒尺寸也随着变大，致密化程度逐渐升高。所述的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，烧结时间能够影响所制备的梯度层的厚度。梯度层的厚度随着烧结之间的增加而增加。但烧结时间过程会导致硬质合金晶粒的烧蚀，使其力学性能降低。所以，合理的控制烧结时间是制备过程的关键。本专利技术的有益效果是：采用WC粉、Co粉及碳含量为5.19%的WC-10Co混合粉末为原料，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一步烧结法制备的梯度结构硬质合金。其中，烧结温度和烧结时间对硬质合金性能的提升有较大影响，WC晶粒会随着烧结温度的升高而增大，梯度层的厚度也会随着烧结时间的延长而增大。所制得的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，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梯度结构硬质合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的制备原料包括：WC粉，Co粉，碳含量为5.21%的WC-10Co混合粉末。一步烧结法制备梯度结构硬质合金的制备步骤为：将原始粉末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，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为85r/min，球料比为9:2，球磨时间为22h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为45min，干燥温度为35℃，随后加入石蜡作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为85min。一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的检测步骤为：密度采用JA2003型分析天平测定，显微结构采用LeniCaMeF3A偏光金相显微镜观测，晶粒尺寸采用Image-ProPlus软件分析。实施案例2：合金表层的缺碳相已完全消除，中间形成了一层富钴区。当炉内压力及填料中石墨含量足够时，平衡向右移动，样品表面即可发生渗碳反应。真空炉中的渗碳主要依靠填料中的石墨粒子向样品表面迁移。在烧结初期，样品还没完全致密，仍存在一定数量的表层开孔，此时炉内的CO气体可通过表层孔隙快速向内迁移，在合金内表面发生渗碳反应，加快渗碳速度。随着烧结的进行，样品孔隙逐渐消失，气体只能在样品表面发生反应。实施案例3：在较低温度下，合金内部已形成缺碳相。当烧结温度为1432～1459℃时，合金属于液相烧结阶段。合金表面的C原子可通过液相Co向内部扩散，C在液相Co中的扩散符合菲克第二定律，由表及里呈梯度分布。实施案例4：随着反应向内进行，表层的缺碳相逐渐分解成WC和Co。此时表层区域的Co含量及C含量均高于芯部，故表层的渗透压低于芯部，液态Co会向内部迁移。反应所析出的WC则会附着在原有W颗粒周围长大。合金表层的WC晶粒明显大于芯部和富钴区的WC晶粒，且在芯部及富钴层的显微组织图中可看到大量细小的球形WC晶粒。硬质合金中C含量较高会使W/Co和WC/WC界面能降低，加速细小WC颗粒的溶解过程。而在C含量较低的区域，WC晶粒的长大主要来源于缺碳相的分解。表层的WC晶粒在两个过程的共同作用下长大较为明显。芯部及富钴区的的WC晶粒由于C含量较低，小颗粒的溶解-再结晶过程受到抑制，晶粒度较小。表层与芯部WC晶粒度的差异反过来也会促进Co相的流动。实施案例5：烧结温度越高，样品表层的WC晶粒长大越明显。W和C原子在液相Co中的溶解度均随着温度的升高而升高，促进了WC晶粒的长大。更高的烧结温度会加快气体分子的扩散速度，加速合金的渗碳过程。烧结温度越高，合金表层的C含量也会越高。较高的C含量会促进细小WC晶粒的溶解，使得WC平均晶粒度提高。随着温度的升高，样品的密度先升高后下降。由于样品在升温过程中形成了缺碳相，Co相含量大幅减少，液相不足。这导致当烧结温度较低时，样品未能完全致密化。当烧结温度达到1400℃左右时，合金致密化完成，此时样品的密度不会再大幅提高。当烧结温度达到1425℃时，样品的密度开始下降，这是因为烧结温度升高后渗碳过程进行得更迅速，单位时间内进入到样品内部的C原子增多，使得样品总体密度下降。实施案例6：烧结时间越长，表面形成的梯度区域越厚。当烧结时间越长时，C原子在液相Co中有更多的时间扩散，使得更多的缺碳相得以消除。经测量，样品在1460℃下分别烧结85、110、125min后，合金表层形成的两相区厚度分别为765、950、1165μm。随着烧结时间的延长，样品的密度逐渐降低。这是由于烧结时间延长后，样品渗碳过程进行得更加充分，渗碳层厚度增加，使样品密度降低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的制备原料包括：WC粉，Co粉，碳含量为5.19%的WC‑10Co混合粉末。

【技术特征摘要】
1.一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的制备原料包括：WC粉，Co粉，碳含量为5.19%的WC-10Co混合粉末。2.根据权利要求1所述的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，其特征是一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的制备步骤为：将原始粉末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，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为90r/min，球料比为6:1，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50min，干燥温度为40℃，随后加入石蜡作为成形剂进行制粒，将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为90min。3.根据权利要求1所述的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，其特征是一步烧结法制备的梯度结构硬...

【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