一种高强韧硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术第一方面提供了一种高强韧硬质合金，以重量份计，包括如下组分：85‑90重量份的碳化钨粉、20‑25重量份的长大抑制剂、10‑15重量份粘接剂和3‑6重量份的抗腐蚀剂，所述碳化钨粉由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为三级，依次为第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉；本发明专利技术第二方面提供了上述高强韧硬质合金的制备方法；本发明专利技术第三方面提供了上述高强韧硬质合金的应用；该高强韧硬质合金在硬度不降低的前提下具有良好的冲击韧性能够保证所制得的金属制件不易发生脆性断裂。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧硬质合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属材料
，具体而言，涉及一种高强韧硬质合金及其制备方法和应用。
技术介绍
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作密封制件和刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。目前市面上的硬质合金大多存在硬度和冲击韧性相互矛盾的情况，硬度越大，其冲击韧性越低，使得所制得的金属制件在外界冲击力的作用下容易发生脆性断裂。申请内容本专利技术的目的在于提供一种高强韧硬质合金，并且同时提供了其制备方法和应用，该高强韧硬质合金在硬度不降低的前提下具有良好的冲击韧性，能够保证所制得的金属制件不易发生脆性断裂。本专利技术的实施例通过以下技术方案实现：本专利技术第一方面提供了一种高强韧硬质合金，以重量份计，包括如下组分：85-90重量份的碳化钨粉、20-25重量份的长大抑制剂、10-15重量份粘接剂和3-6重量份的抗腐蚀剂，所述碳化钨粉由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为三级，依次为第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉。本专利技术第二方面提供了上述高强韧硬质合金的制备方法，包括如下步骤：S1、制备不同晶粒度的钨粉以仲钨酸铵为原料煅烧得氧化钨，将所得氧化钨进行氢还原反应得到钨粉，在氧化钨进行氢还原反应阶段通过加入不同添加剂分别得到晶粒度不同的第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉，然后将所述第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉按质量比复配；S2、制备碳化钨粉将步骤S1复配后的钨粉经配碳、球磨混料后加热，得到碳化钨粉；S3、制备高强韧硬质合金将步骤S2所制得的碳化钨粉与长大抑制剂、粘接剂和抗腐蚀剂混合后经球磨、干燥、成型、烧结以及后处理制得高强韧硬质合金；其中，烧结分为四个阶段，分别为第一烧结阶段、第二烧结阶段、第三烧结阶段和炉内降温阶段，第一烧结阶段以20℃/min的升温速率从室温升至2400℃，然后进入第二烧结阶段，第二烧结阶段以80℃/min的升温速率从2400℃升温至2800℃，保温5分钟后进入第三烧结阶段，第三烧结阶段以30℃/min的降温速率从2800℃降温至1600℃，保温2小时后进入炉内降温阶段，炉内降温阶段以20℃/min的降温速率从1600℃降温至200℃，取出在空气中自然冷却至常温。本专利技术第三方面提供了上述高强韧硬质合金的应用，用于制造硬质合金制品，所述硬质合金制品包括喷嘴、密封环、阀座、轴密封衬套和刀具中的一种或几种。本专利技术所提供的高强韧硬质合金中的主要成分碳化钨粉由钨粉碳化制得，钨粉按晶粒度大小分为三级，由大致小依次为第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉。上述三级单晶钨粉进行复配后，所得到的钨粉混合物中晶粒度分布广，晶粒度最大的第一级单晶钨粉颗粒相互接触形成初始的骨架结构，在该骨架结构中(即各第一级单晶钨粉颗粒之间)存在若干空隙，晶粒度次之的第二级单晶钨粉颗粒填充至上述空隙中，使得空隙进一步变小，晶粒度最小的第三级单晶钨粉颗粒继续填充至变小后的空隙中，利用颗粒紧密堆积效应使得钨粉混合物初步变得致密，其内部空间(孔隙、空腔等)较少，在配碳后进行焙烧的过程中，上述三级钨粉颗粒与碳发生反应生成碳化钨，即形成了晶粒度不同的三级复配的碳化钨粉混合物，在后续烧结的过程中，晶粒度较小的碳化钨粉以及其他添加剂熔化成液相，一方面对内部的孔隙和空腔进行填充，使得材料整体更加致密，硬度更高，另一方面在晶粒度较大的碳化钨颗粒的表面形成保护隔离层，由于晶粒度较大的碳化钨颗粒在烧结过程中仅表面部分熔化，熔化部分与保护隔离层相互融合，当保护隔离层完全形成后未熔化完的碳化钨颗粒不再继续熔化，当烧结完成后，所得到的金属材料内部存在若干呈球形的晶粒度较大的碳化钨颗粒，且各碳化钨球形晶粒相互之间以及其表面存在由大量晶粒度较小的碳化钨以及其他添加剂组成的保护隔离层，保护隔离层中的碳化钨颗粒的晶粒度较小，且排列紧密，一方面通过紧密堆积使得碳化钨的加量增多从而提升了合金金属材料的强度和硬度，另一方面填充在各晶粒度较大的碳化钨颗粒之间形成缓冲带，当金属材料受到外界的冲击力时，缓冲带将冲击力的塑性变形功和断裂功削弱后再传递给金属材料内部的晶粒度较大的碳化钨颗粒，晶粒度较大的碳化钨颗粒发生轻微振动即可将弱化后的塑性变形功和断裂功完全吸收，使得冲击力不会对金属材料的内部产生破坏，由此使得该合金金属材料具备了较强的冲击韧性。另外，由于在烧结过程中，晶粒度较小的碳化钨粉以及其他添加剂熔化成液相将内部空间填充满，使得最终制得的金属材料的内部不存在孔隙或者空腔，即材料的内部不存在细微缺陷，同样提升了金属材料的冲击韧性。本专利技术实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本专利技术所提供的高强韧硬质合金通过晶粒度大小不同的碳化钨颗粒进行复配，通过紧密堆积使得碳化钨的加量增多从而提升合金金属材料的强度和硬度，在烧结过程中通过控制温度使得晶粒度小的碳化钨颗粒熔化后在晶粒度大的碳化钨颗粒表面形成保护隔离层，使得该合金金属材料具备了较强的冲击韧性，在使得材料保证了较大的硬度和强度的同时还具备有优良的冲击韧性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1提供的高强韧硬质合金烧结时的时间-温度对应图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本具体实施方式提供了一种高强韧硬质合金，以重量份计，包括如下组分：85份-90份的碳化钨粉、20份-25份的长大抑制剂、10份-15份粘接剂和3份-6份的抗腐蚀剂，所述碳化钨粉由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为三级，依次为第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉。优选地，一种高强韧硬质合金，以重量份计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧硬质合金，其特征在于，以重量份计，包括如下组分：85-90重量份的碳化钨粉、20-25重量份的长大抑制剂、10-15重量份粘接剂和3-6重量份的抗腐蚀剂，所述碳化钨粉由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为三级，依次为第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强韧硬质合金，其特征在于，以重量份计，包括如下组分：85-90重量份的碳化钨粉、20-25重量份的长大抑制剂、10-15重量份粘接剂和3-6重量份的抗腐蚀剂，所述碳化钨粉由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为三级，依次为第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉。


2.根据权利要求1所述的高强韧硬质合金，其特征在于，所述长大抑制剂包括碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼和碳化钛中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的高强韧硬质合金，其特征在于，所述粘接剂包括镍粉和/或钴粉。


4.根据权利要求1所述的高强韧硬质合金，其特征在于，所述抗腐蚀剂包括钽铌固溶体和/或铬粉。


5.根据权利要求1所述的高强韧硬质合金，其特征在于，所述第一级单晶钨粉的晶粒度为6.2微米-6.4微米，所述第二级单晶钨粉的晶粒度为2微米-2.2微米，所述第三级单晶钨粉的晶粒度为0.1微米-0.3微米；所述第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉与第三级单晶钨粉的质量比为1：(2-4)：(4-6)。


6.根据权利要求1所述的高强韧硬质合金，其特征在于，由钨粉碳化制得的碳化钨中，碳的原子百分数为0.01at％。


7.如权利要求1-6任一项所述的高强韧硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备不同晶粒度的钨粉
以仲钨酸铵为原料煅烧得氧化钨，将所得氧化钨进行氢还原反应得到钨粉，在氧化钨进行氢还原反应阶段通过加入不同添加剂分别得到晶粒度不同的第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三级单晶钨粉，然后将所述第一级单晶钨粉、第二级单晶钨粉和第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宗发，卢俊，杨剑忠，周保华，
申请(专利权)人：四川川钨硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51