一种硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于粉末冶金领域，具体涉及一种硬质合金及其制备方法和应用。所述硬质合金制备所用原料以质量百分比计，由下述组分组成：重碳化后的碳化钨粉82～92％、钴粉8～13％、镍粉0.2～1％、超细铬粉0.2～1.0％。所述重碳化后的碳化钨粉的重碳化温度为1450℃～1650℃、优选为1480～1550℃。其制备方法为：将碳化钨进行重碳化处理；得到重碳化后的WC；将重碳化后的WC过100目的筛后，按设计组分配取重碳化后的WC、铬粉、镍粉、钴粉并用湿法球磨混合均匀；混合料经干燥处理后压制成型并烧结，得到产品；所述烧结的温度为1400

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于粉末冶金领域，具体涉及一种硬质合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]盾构法施工具有机械化程度高、安全性高、施工速度快的优点，被广泛应用于地铁、隧道、水利水电等大型工程。盾构机中的盾构刀盘和刀具是掘进时的关键工具，其使用情况通常决定了整个工程的进度。通常在砂土底层、复合底层的掘进中，盾构机刀盘中的刮刀、齿刀、贝壳刀等刀具均为硬质合金刀头。盾构刀具对硬质合金的性能要求是在具有良好的韧性前提下保证耐磨性，因此国际知名盾构机生产商(如德国海瑞克)选用的是德国BETEK公司的硬质合金牌号B40，其钴含量约为15％，硬度约为86.0HRA，属于一种高韧性合金牌号，类似于国内的YG15C牌号。因此在本世纪初，国内开始进行盾构刀具的生产时选用的硬质合金牌号就是YG15C(侯克忠，白佳声.盾构机用硬质合金刀片的研制[J]粉末冶金工业2009第19卷第3期P36-P40)。但在随后几年的工程实践中，大家发现用YG15C牌号制备的盾构机刀头在使用时非正常失效的比例几乎达到了一半，这不仅大大提高了刀具的消耗费用，也严重影响了工程的进度。因此提高硬质合金盾构刀头的综合性能显得十分必要。
[0003]专利CN 201410605871.6介绍了一种复杂地质用硬质合金盾构刀的制备方法；配方中采用大比例中颗粒原生WC、中比例的粗颗粒、搭配小比例的较细中颗粒原生WC，再添加0.2-0.5％Re，钴含量14.5-15.5％，生产出来的合金能适应国内超复杂的地质条件，减少盾构刀具故障率提高盾构效率。但该技术使用了中颗粒WC，其合金晶粒度将明显细于YG15C，因此其抗冲击性能、抗热疲劳性能也劣于YG15C，使用寿命也会大打折扣。
[0004]专利CN 107866578A介绍了一种提高盾构刀具硬质合金性能的方法：配料时加入少量的石墨烯，并采用SPS(放电等离子烧结)方式进行烧结。该方法生产出的合金硬度达到89HRA，同一般合金相比，抗弯强度提高35％、热导率提高8.3％。但该技术获得的合金断裂韧性为9.43-13.84Mpa
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0.5
(远低于YG15C的16.3Mpa
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0.5
)，热导率为62.15-67.68W/m
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K(远低于YG15C的105W/m
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K)。因此该技术获得的盾构刀具有很高的耐磨性，但不能解决因韧性不足异常损坏的问题。
[0005]唐欢(超粗晶硬质合金在盾构刀具上的应用[J]第十八届全国钎钢钎具年会论文集P157-161)研究了超粗晶粒硬质合金在盾构刀具上的应用,通过工程实践证明，超粗晶硬质合金制作的盾构刀具较之常规牌号表现了更好的抗冲击性能及耐磨性。但是，由于超粗晶粒合金中的粘结相厚度远高于常规合金，而粘结相金属的硬度和耐磨性低，当粘结相快速磨损后，WC晶粒就暴露在合金表面，失去粘结相固定的WC晶粒很容易被拔出和破坏，导致整个合金的磨损加快。为提高超粗合金的耐磨性，I.Konyashin(Konyashin I,Coopera R,et al.Novel ultra-coarse hardmetalgrades with reinforced binder for mining and construction[J].Int JRefract Met Hard Mater,2005,23(4-6):225-232.)等研究了纳米颗粒强化Co粘结相对粗晶WC-Co硬质合金组织和性能的影响，合金由圆形WC颗粒和包含纳米θ相(Co2W4C)颗粒的粘结剂组成。由于粘结相的硬化和强化，这种等级合金兼具高
硬度和抗弯强度，耐磨性是标准等级合金(相同的钴含量和WC平均晶粒尺寸)的2～3倍，但如何制取这种合金未做介绍。专利CN 102220534 B介绍了一种强化超粗合金粘结相的方法：在混合料制备过程中(采用化学包覆法)添加碳化铬和Ln(稀土)，同时对烧结态合金进行淬火热处理、深冷处理以及中温回火处理在内的集成后处理，使合金粘结相中产生纳米弥散相强化效应，从而提高粘结相的硬度，改善合金的综合性能。但由于碳化铬是一种常用的晶粒长大抑制剂，这样在制备超粗合金时不能用常规的球磨法，而必须用“化学包覆法”制备混合料，导致生产成本较高。而且该方法中的“集成后处理工艺”流程较长，也较大幅度地提高了生产成本，因此推广起来具有较大难度。
[0006]目前市售的超粗碳化钨粉，化合碳含量偏低，这导致碳化钨粉的结晶完整性不够高，颗粒的强度不够，容易在球磨过程中被破碎，不能制造出晶粒度5～6微米的超粗晶粒合金。为解决这一问题，专利CN102676902B提出的解决方案是对WC进行2100-2400℃的重碳化，然后进行筛分分级，选择粒度为-60目～+160目的部分用于超粗晶粒合金的生产。该方案成功解决了超粗碳化钨粉容易被磨细的问题，制取出了晶粒度达到5～6微米的超粗晶粒合金。但是该方案采用温度高达2100～2400℃的工艺进行重碳化，能源及设备耗材(主要是高纯石墨件)消耗较高。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种硬质合金及其制备方法和应用。
[0008]本专利技术首次尝试了利用较低温度碳化钨进行重碳化处理；然后结合组分和制备工艺，得到了优质的硬质合金。
[0009]本专利技术一种硬质合金；所述硬质合金制备所用原料以质量百分比计，由下述组分组成：
[0010]重碳化后的碳化钨粉82～92％、优选为85～90％
[0011]钴粉8～13％、优选为9～12％
[0012]镍粉0.2～1％、优选为0.4～0.6％
[0013]超细铬粉0.2～1％、优选为0.4～0.6％；
[0014]所述重碳化后的碳化钨粉的重碳化温度为1450℃～1650℃、优选为1480～1550℃。
[0015]本专利技术一种硬质合金；铬/(钴+镍)质量比为0.03～0.08。
[0016]本专利技术一种硬质合金；镍/(钴+镍)质量比为0.03～0.1。
[0017]本专利技术一种硬质合金；超细铬粉的平均费氏粒度为1～10微米。
[0018]本专利技术一种硬质合金；重碳化后的碳化钨粉的粒度为20-28微米。
[0019]本专利技术一种硬质合金的制备方法；将碳化钨进行重碳化处理；得到重碳化后的WC；将重碳化后的WC过100目的筛后，按设计组分配取重碳化后的WC、铬粉、镍粉、钴粉并用湿法球磨混合均匀；混合料经干燥处理后压制成型并烧结，得到产品；所述烧结的温度为1400～1500℃、优选为1470～1490℃。
[0020]本专利技术一种硬质合金的制备方法；所述碳化钨为市售超粗WC，其费氏粒度为18～32微米；优选为20～30微米、进一步优选为23～26微米；所述市售超粗WC中，总碳为6.10～6.17％、化合碳为6.05～6.08％。
[0021]本专利技术一种硬质合金的制备方法；湿法球磨时，原料粉末与研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金；其特征在于：所述硬质合金制备所用原料以质量百分比计，由下述组分组成：重碳化后的碳化钨粉92～82％、优选为85～90％；钴粉8～13％、优选为9～12％；镍粉0.2～1.0％、优选为0.4～0.5％；超细铬粉0.2～1.0％、优选为0.4～0.6％；所述重碳化后的碳化钨粉的重碳化温度为1450℃～1650℃、优选为1480～1550℃。2.根据权利要求1所述的一种硬质合金；其特征在于：铬/(钴+镍)质量比为0.03～0.08。3.根据权利要求1所述的一种硬质合金；其特征在于：镍/(钴+镍)质量比为0.03～0.1。4.根据权利要求1所述的一种硬质合金；其特征在于：超细铬粉的平均费氏粒度为1～10微米。5.根据权利要求1所述的一种硬质合金；其特征在于：重碳化后的碳化钨粉的粒度为20-28微米。6.一种制备如权利要求1～5任意一项所述硬质合金的方法，其特征在于：将碳化钨进行重碳化处理；得到重碳化后的WC；将重碳化后的WC过100目的筛后，按设计组分配取重碳化后的WC、铬粉、镍粉、钴粉并用湿法球磨混合均匀；混合料经干燥处理后压制成型并烧结，得到产品；所述烧结的温度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁四明，
申请(专利权)人：株洲明日硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：