一种硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种硬质合金及其制备方法和应用。硬质合金的制备原料包括碳化钨、粘结剂、添加剂和成型剂，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为89wt％～94.5wt％，其中，碳化钨包括粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨，以碳化钨的总重量计，粗晶碳化钨的含量为65wt％～85wt％；粗晶碳化钨的费氏粒度为16μm～26μm，中粗晶碳化钨的费氏粒度为2μm～10μm。采用本发明专利技术的硬质合金进而制备的路面铣刨刀头，所述刀头的断裂韧性、耐磨性和抗热疲劳性均得到了明显改善。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料制备领域，具体涉及一种硬质合金及其制备方法和应用。
技术介绍
硬质合金由于其较高的耐磨性能、导热性能和良好的韧性，被广泛应用于矿用及工程领域。硬质合金是路面铣刨刀具的关键材料，其性能决定了铣刨刀具的服役性能及使用寿命。作为铣刨刀具前端的硬质合金的主要失效形式除了磨损外，还包括由裂纹引起的龟裂、破碎和局部剥落，主要是由于路面铣刨的作业工况条件较为恶劣，合金需要承受反复冲击、冷热交替和磨粒磨损，因此路面铣刨工具对硬质合金硬度、耐磨性、热疲劳性能、冲击疲劳等方面的性能要求更为严苛。随着市政路面养护的日益现代化，对硬质合金性能提出更高的要求，改善硬质合金的断裂韧性、耐磨性及抗热疲劳性，避免因碎齿、过快磨损、热疲劳而提前失效的问题，减少最终用户设备停机检查、更换铣刨齿的频率，从而有效提高最终用户生产效率、降低运营成本。常规方法通过调节WC的晶粒尺寸及粘结剂含量来平衡硬质合金的硬度与韧性，从而满足不同工作条件对材料性能的要求，但是往往顾此失彼，难以实现性能之间良好的平衡。此外路面铣刨工况下合金发生磨粒磨损较为严重，且铣刨作业时硬质合金工作尖端温度可达到400℃，在此温度下粘结剂非常容易发生晶型转变，硬度下降，导致粘结剂首先被磨损，进而导致硬质相发生剥落或破碎，工具的整体性能下降，常规的WC-Co组合难以找到兼顾各方面性能的有效方案。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种硬质合金及其制备方法、及上述硬质合金在路面铣刨中的应用。采用本专利技术的硬质合金进而制备的路面铣刨刀头，所述刀头的断裂韧性、耐磨性和抗热疲劳性均得到了明显改善。本专利技术第一方面提供一种硬质合金，其制备原料包括碳化钨、粘结剂、添加剂和成型剂，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为89wt％～94.5wt％，其中，碳化钨包括粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨，以碳化钨的总重量计，粗晶碳化钨的含量为65wt％～85wt％；粗晶碳化钨的费氏粒度为16μm～26μm，中粗晶碳化钨的费氏粒度为2μm～10μm。本专利技术中，所述粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨的判断标准或判断方法为：费氏粒度介于2μm～10μm之间为中粗晶碳化钨，费氏粒度大于10μm为粗晶碳化钨。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，所述粘结剂的用量5wt％～8wt％，添加剂的用量为0.5wt％～3.0wt％。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述添加剂与粘结剂的重量比不大于0.1，优选为0.001～0.1。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述粘结剂为钴，例如钴粉等。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述添加剂含有W、Nb、Re和Si中的一种或多种元素，优选所述添加剂为钨粉、铌粉、铼粉和硅粉中的一种或多种。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述成型剂为PEG2000以及任选的石蜡，优选石蜡和PEG2000的重量比为(0～2):1。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述硬质合金的晶粒尺寸为1μm～15μm。例如1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm、5.0μm、5.5μm、6.0μm、6.5μm、7.0μm、7.5μm、8.0μm、8.5μm、9.0μm、9.5μm、10.0μm、10.5μm、11.0μm、11.5μm、12.0μm、12.5μm、13.0μm、13.5μm、14.0μm、14.5μm、15.0μm，以及它们之间的任意值，优选为2μm～12μm。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述硬质合金的平均晶粒尺寸1.8μm～5.5μm。例如1.8μm、2.0μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm、3.0μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm、3.8μm、4.0μm、4.2μm、4.4μm、4.6μm、4.8μm、5.0μm、5.2μm、5.4μm、5.5μm，以及它们之间的任意值，优选平均晶粒尺寸为2.4μm～4.6μm。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述硬质合金中晶粒尺寸≤2.8μm的晶粒占晶粒总数的40％～60％。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述硬质合金中晶粒尺寸≤2.8μm的晶粒占晶粒总数的45％～55％。本专利技术中，所述晶粒尺寸指的是金相照片中观察到的主要晶粒的尺寸。本专利技术中，所述平均晶粒尺寸指的是通过GB/T6394-2017金属平均晶粒尺寸测定方法测得的晶粒尺寸。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述硬质合金制成的标准合金试样的孔隙度不大于A04B00。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述硬质合金制成的标准合金试样的孔隙度为A02B00。根据本专利技术所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述硬质合金用于铣刨刀头，优选用于路面铣刨刀头。本专利技术第二方面提供了上述硬质合金的制备方法，包括：S1、将硬质相碳化钨、粘结剂、添加剂和成型剂放入球磨机中进行球磨；S2、将球磨后的原料进行干燥制粒，并压制成型为生胚；S3、将所述生胚烧制成型为硬质合金；S4、将烧制成型的硬质合金进行热处理。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，所述成型剂为PEG2000以及任选的石蜡，优选石蜡和PEG2000的重量比为(0～2):1。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，所述成型剂的用量具有较宽的选择范围，以能够成型为目的。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，步骤S1中，所述球磨的条件包括：球料比为(1.5～3):1，球磨时间20h～40h。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，步骤S1中，还加入酒精，优选酒精与制备原料的固液比为0.14L/kg～0.24L/kg。在本专利技术中，所述球料比指的是碳化钨、粘接剂和添加剂重量总和与研磨体的重量之比；所述固液比指的是碳化钨、粘接剂和添加剂重量总和与酒精体积之比。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，步骤S2中，所述干燥的条件具有较宽的选择范围，例如可以为80～120℃，时间为2～12h。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，步骤S3中，所述烧制的条件包括：温度1360℃～1580℃，时间为1h～5h。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，步骤S3中，所述烧制的条件包括：温度1440℃～1520℃，时间为1h～2h。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，步骤S3中，所述烧制为加压烧结。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，步骤S3中，在氮气和/或惰性气体中进行加压烧结。根据本专利技术所述的制备方法的一些优选实施方式，步骤S3中，以Ar气为压力介质，优选Ar气分压为50MPa～200MPa。根据本专利技术所述的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质合金，其制备原料包括碳化钨、粘结剂、添加剂和成型剂，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为89wt％～94.5wt％，/n其中，碳化钨包括粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨；以碳化钨的总重量计，粗晶碳化钨的含量为65wt％～85wt％；/n粗晶碳化钨的费氏粒度为16μm～26μm，中粗晶碳化钨的费氏粒度为2μm～10μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金，其制备原料包括碳化钨、粘结剂、添加剂和成型剂，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为89wt％～94.5wt％，
其中，碳化钨包括粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨；以碳化钨的总重量计，粗晶碳化钨的含量为65wt％～85wt％；
粗晶碳化钨的费氏粒度为16μm～26μm，中粗晶碳化钨的费氏粒度为2μm～10μm。


2.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，粘结剂的用量为5wt％～8wt％，添加剂的用量为0.5wt％～3.0wt％；
优选地，所述添加剂与粘结剂的重量比不大于0.1，优选为0.001～0.1；
优选地，所述粘结剂为钴；
优选地，所述添加剂含有W、Nb、Re和Si中的一种或多种元素，进一步优选所述添加剂为钨粉、铌粉、铼粉和硅粉中的一种或多种；
优选地，所述成型剂为PEG2000以及任选的石蜡；更优选地，石蜡和PEG2000的重量比为(0～2):1。


3.根据权利要求1或2所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金的晶粒尺寸为1μm～15μm，优选晶粒尺寸为2μm～12μm；所述硬质合金的平均晶粒尺寸为1.8μm～5.5μm，优选平均晶粒尺寸为2.4μm～4.6μm；
优选地，晶粒尺寸≤2.8μm的晶粒占晶粒总数的40％～60％，优选为45％～55％；
优选地，采用所述硬质合金制成的标准合金试样的孔隙度不大于A04B00，优选为A02B00。


4.根据权利要求1-4中任意一项所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金用于铣刨刀头，优选用于路面铣刨刀头。


5.权利要求1-4中任意一项所述的硬质合金的制备方法，包括：
S1、将硬质相碳化钨、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖林，刘槟赫，张颢，曾珂，
申请(专利权)人：株洲硬质合金集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43