梯度硬质合金复合棒材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种梯度硬质合金复合棒材，其包括如下质量份的各组分：WC粉末81.5份~87.5份、Co粉末6份~10份、炭粉5.5份~6.5份以及石蜡1份~2份，本发明专利技术还提供了一种梯度硬质合金复合棒材的制备方法，其包括研磨、干燥、混磨、二次干燥、筛分、制坯、预烧结及高温渗碳等步骤。上述梯度硬质合金复合棒材，通过添加炭粉调节WC‑Co基硬质合金各层的碳含量，减小了硬质合金各层的硬度差及韧性差，其硬度及韧性同步提高，达到改善硬质合金切削性能的目的；该梯度硬质合金复合棒材的制备方法，通过选择性渗碳法及液相烧结调控梯度硬质合金圆棒的WC重结晶程度和其近表面层和芯部中的碳含量，制备的梯度硬质合金圆棒硬度高，断裂韧性佳，提高了硬质合金的切削加工性能。

Gradient cemented carbide composite bar and its preparation

【技术实现步骤摘要】
梯度硬质合金复合棒材及其制备方法
本专利技术涉及硬质合金
，特别是涉及一种梯度硬质合金复合棒材及其制备方法。
技术介绍
硬质合金是一种常见的工业材料，其由均匀分布的碳化物陶瓷相骨架与金属粘结交错形成，具有高硬度、高强度、高弹性模量、耐磨损和耐腐蚀等性能，因而广泛用于制造各种切削工具、矿用工具及耐磨耐蚀零部件。然而，由于传统的硬质合金为碳化物陶瓷相骨架与金属粘结交错形成的均匀结构，硬质合金的耐磨性变化和断裂韧性变化呈现负相关关系，也就是说，硬质合金的硬度与韧性难以同步提升，进而限制了硬质合金材料在高硬度、难加工材料切削加工中的应用。
技术实现思路
基于此，有必要针对硬质合金的硬度及韧性不高的技术问题，提供一种梯度硬质合金复合棒材及其制备方法。一种梯度硬质合金复合棒材，该梯度硬质合金复合棒材包括如下质量份的各组分：WC粉末81.5份~87.5份、Co粉末6份~10份、炭粉5.5份~6.5份以及石蜡1份~2份。在其中一个实施例中，WC粉末的平均晶粒尺寸介于2.5μm至10.6μm之间。本专利技术还提供了一种梯度硬质合金复合棒材的制备方法，该梯度硬质合金复合棒材的制备方法包括以下步骤：研磨：将WC粉末置于球磨机中进行研磨。干燥：对研磨后的WC粉末进行干燥。混磨：将81.5份~87.5份质量份的干燥WC粉末、6份~10份质量份的Co粉末、5.5份~6.5份质量份的炭粉及1份~2份质量份的石蜡添加至球磨机中混合研磨。二次干燥：对研磨后的混合粉体进行干燥。筛分：将二次干燥后的混合粉体通过筛网进行筛分。制坯：将筛分作业的筛下物送入压机中压制成梯度硬质合金圆棒坯样。预烧结：将坯样置入真空管式炉中加热，对坯样预烧结，制得试样。高温渗碳：将预烧结后的试样置入高压气氛炉中，在氢-甲烷气体混合物中碳化，碳化后即得到梯度硬质合金复合棒材。在其中一个实施例中，研磨作业中向球磨机中添加浓度为95%的酒精。在其中一个实施例中，混磨作业持续0.8h~1.2h。在其中一个实施例中，混磨作业中向球磨机中添加浓度为99%的己烷。在其中一个实施例中，混合粉体在旋转蒸发皿中进行干燥。在其中一个实施例中，将筛分作业的筛上物在研钵中研磨，研磨后的粉体再次经过筛网筛分，直至筛上物全部通过筛网。在其中一个实施例中，真空管式炉的预烧结温度介于700oC至900oC之间。在其中一个实施例中，高温渗碳作业持续0.8h~1.2h。上述梯度硬质合金复合棒材，通过向WC粉末与Co粉末的混合物中添加炭粉，为预烧结作业生成的WC-Co基硬质合金提供了碳元素，有利于调节硬质合金内部的碳含量，形成梯度分布的贫CO无η相的表层、富CO无η相的过渡层及含η相的芯部等层级，以调节各层的硬度差及韧性差，从而使得梯度硬质合金复合棒材的硬度及韧性同步提高，达到提升梯度硬质合金复合棒材切削性能的目的；该梯度硬质合金复合棒材的制备方法，通过选择性渗碳法及液相烧结调控梯度硬质合金圆棒的WC重结晶程度和其近表面层和芯部中的碳含量，制备了具有既不包含η相也不包含晶粒生长抑制剂的梯度硬质合金圆棒，制备的梯度硬质合金圆棒硬度高，断裂韧性佳，可有效解决硬质合金圆棒在后续加工时无法兼顾硬度与韧性等问题，从而扩大硬质合金材料的应用范围。附图说明图1为实施例1中梯度硬质合金复合棒材的制备方法的工艺流程图；图2为一个实施例中WC-Co基硬质合金各层级的Co含量与硬度的分布图；图3为实施例2中梯度硬质合金复合棒材的制备方法的工艺流程图；图4为实施例3中梯度硬质合金复合棒材的制备方法的工艺流程图；图5为实施例4中梯度硬质合金复合棒材的制备方法的工艺流程图；图6为实施例5中梯度硬质合金复合棒材的制备方法的工艺流程图；图7为一实施例中梯度硬质合金复合棒材上不同部位晶粒度的变化趋势图；图8为一实施例中梯度硬质合金复合棒材上不同部位Co含量的变化趋势图；图9为一实施例中梯度硬质合金复合棒材上不同部位的硬度的变化趋势图；图10为一实施例中梯度硬质合金复合棒材与传统硬质合金的硬度及韧性对比关系图；图2中：X轴表示WC-Co基硬质合金内部至其表面的距离，X1：表层，X2：中间层，X3表示芯部；Y1轴表示Co含量值，Y2轴表示硬度值；图7中：X轴表示表面距离，Y轴表示晶粒度值；图8中：X轴表示表面距离，Y轴表示Co含量值；图9中：X轴表示表面距离，Y轴表示硬度值；图10中：X轴表示硬度值，Y轴表示韧性值。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。实施例1本专利技术提供了一种梯度硬质合金复合棒材，该梯度硬质合金复合棒材包括如下质量份的各组分：WC粉末81.5份、Co粉末10份、炭粉6.5份以及石蜡2份。上述梯度硬质合金复合棒材，通过向WC粉末与Co粉末的混合物中添加炭粉，为预烧结作业生成的WC-Co基硬质合金提供了碳元素，有利于调节硬质合金内部的碳含量，形成梯度分布的贫CO无η相的表层、富CO无η相的过渡层及含η相的芯部等层级，以调节各层的硬度差及韧性差，从而使得梯度硬质合金复合棒材的硬度及韧性同步提高，达到提升梯度硬质合金复合棒材切削性能的目的。请参阅图1，上述梯度硬质合金复合棒材的制备方法10包括以下步骤：步骤S101：将WC粉末置于球磨机中进行研磨。具体的，取平均晶粒尺寸为10.6μm的超粗晶粒WC粉末，将超粗晶粒WC粉末与浓度为95%的酒精添加至球磨机中进行研磨，超粗晶粒WC粉末在球料比为6:1的条件下持续研磨120h，即得到细晶粒WC粉末。通过将超粗晶粒WC粉末研磨成细晶粒WC粉末，增大了WC粉末的比表面积，换言之，增大了WC粉末与Co粉末的接触面积和作用面积，这样，在预烧结作业中，WC粉末更易与Co粉末结合生成WC-Co基硬质合金，也就是说，WC粉末与Co粉末结合生成的WC-Co基硬质合金的量增大，参与高温渗碳作业的WC-Co基硬质合金的量同步增大，通过WC粉末与Co粉末制备梯度硬质合金的转化率明显上升。需要说明的是，本实施例中，酒精为超粗晶粒WC粉末的研磨提供润滑，也就是说，超粗晶粒WC粉末采用湿法研磨，如此，超粗晶粒WC粉末与球料研磨产生的热量将传递至酒精溶液里，防止出现超粗晶粒WC粉末在研磨过程中急剧升温，进而引发的球磨机爆炸问题，提高了超粗晶粒WC粉末研磨作业的安全性。步骤S102：对研磨后的WC粉末进行干燥。具体的，研磨后的WC粉末表面残留着大量的酒精及水分，也就是说，研磨作业的产物为WC浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度硬质合金复合棒材，其特征在于，该梯度硬质合金复合棒材包括如下质量份的各组分：WC粉末81.5份~87.5份、Co粉末6份~10份、炭粉5.5份~6.5份以及石蜡1份~2份。/n

【技术特征摘要】
1.一种梯度硬质合金复合棒材，其特征在于，该梯度硬质合金复合棒材包括如下质量份的各组分：WC粉末81.5份~87.5份、Co粉末6份~10份、炭粉5.5份~6.5份以及石蜡1份~2份。


2.根据权利要求1所述的梯度硬质合金复合棒材，其特征在于，所述WC粉末的平均晶粒尺寸介于2.5μm至10.6μm之间。


3.一种梯度硬质合金复合棒材的制备方法，包括以下步骤：
研磨：将WC粉末置于球磨机中进行研磨；
干燥：对研磨后的WC粉末进行干燥；
混磨：将81.5份~87.5份质量份的干燥WC粉末、6份~10份质量份的Co粉末、5.5份~6.5份质量份的炭粉及1份~2份质量份的石蜡添加至所述球磨机中混合研磨；
二次干燥：对研磨后的混合粉体进行干燥；
筛分：将二次干燥后的混合粉体通过筛网进行筛分；
制坯：将筛分作业的筛下物送入压机中压制成梯度硬质合金圆棒坯样；
预烧结：将坯样置入真空管式炉中加热，对坯样预烧结，制得试样；
高温渗碳：将预烧结后的试样置入高压气氛炉中，在氢-甲烷气体混合物中碳化，碳化后即得到梯度硬质合金复合棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨康宁，陈曼可，
申请(专利权)人：株洲美特优硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43