一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条及其制备方法，该硬质合金板条具有高韧性表层和高硬度里层，表层粘结相含量是里层的1.2倍以上且只由WC相和粘结相组成、厚5～100μm，里层由WC相、粘结相、立方碳化物相组成，此外板条外表面由粘结相包覆且包覆层厚度为1～5μm。该硬质合金板条由如下组成构成：WC含量80～96wt.％且WC平均粒度0.1～6μm，粘结相含量占2.0～16.5wt.％，立方碳化物含量占0.5～8wt.％。制备方法包括湿磨、干燥、成型、烧结和热处理。该板条具有优异的抗焊接开裂性和耐磨性，在金属和木材加工领域有很好的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条及其制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金领域，涉及一种硬质合金及其制备方法，尤其涉及一种金属加工和木材加工领域用的硬质合金板条的制备方法。

技术介绍

[0002]硬质合金具有耐磨性好、强度和韧性高、刃口锋利、耐高温、化学性能稳定等优良性能，因此广泛应用于切削加工领域。工业上，金属件精密加工和高效高速加工领域，普遍采用带有耐磨涂层的硬质合金刀具。在金属的低速加工、精度要求不高的领域，以及非金属如塑料、木材、布匹的加工或切割领域，都采用不带耐磨涂层的硬质合金刀具。大多数情况下，这些不带耐磨涂层的硬质合金刀具采用焊接的方式固定在刀盘上，相比机械式装夹能保证较好的精度。在刀具刃口磨损变钝后，可以直接用砂轮修刃后继续使用，方便且经济。
[0003]大部分工具是将硬质合金焊接在碳素钢基体上使用，焊接质量的好坏直接影响到硬质合金工具的使用效果和寿命。硬质合金线(热)膨胀系数一般为钢的1/2左右，而且硬质合金的导热率较低，所以焊接后由于不能同步冷却收缩，焊缝区会形成很大的应力，导致硬质合金变形、开裂或焊缝开裂甚至硬质合金脱落。
[0004]通过改善焊剂、改进焊接工艺能较大程度地减少上述问题，如采用低熔点的银基焊料(650℃～700℃)、采用中频感应加热的方式代替火焰钎焊或在焊接后采用一定程度的保温措施。可这些措施需要在设备、焊剂成本上增加新的投入，很多中小工厂难以有足够的资金来进行升级。传统的焊接方法如火焰钎焊、气相钎焊虽然难以控制焊接温度和温升，要求操作者具备较高的焊接水平，但操作简单，大多数厂家仍然在使用；而感应钎焊虽然工艺稳定性好，但工件以及工装的体积较大，会导致热影响区域的增大，中小工厂接受度不高。因此，仍然有必要研究如何才能做到既不改变现有焊接方法又能减少焊接后硬质合金出现变形、开裂的问题。
[0005]文献“WC
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5TiC
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9Co硬质合金表面形貌对焊接性能的影响”指出，真空烧结时产品表面富Co，能有效降低产品焊接后出现焊接裂纹的几率；文献“YG6硬质合金化学镀Ni
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P研究”指出，焊锡对YG6合金是不可润湿的，但在YG6合金表面镀了Ni
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P镀层后，明显改善了焊锡对硬质合金的润湿性。这充分说明硬质合金表面的成分对焊接性能影响很大。
[0006]文献“梯度硬质合金与45钢的TIG焊研究”将不同Co含量的硬质合金以扩散烧结的方式制备梯度硬质合金，这种四层结构梯度合金可以实现缓解焊接应力的目的，与45钢TIG焊可以获得硬质合金侧无开裂接头。该文中，与45钢直接焊接的硬质合金的粘结剂含量高达30％，这说明硬质合金的粘结剂含量提高有助于减少焊接开裂。梯度合金的概念最初是用在带涂层的数控车刀片上，迄今仍然在使用。例如专利CN 111378885 B提供的一种具有表层富粘结相梯度结构的硬质合金，在表层富含粘结相从而韧性更好，可吸收在化学气相沉积涂层(CVD)时由于涂层和基体之间热膨胀系数的不同而在冷却过程中产生的热应力。该梯度合金的结构对解决焊接开裂的问题提供了新的思路，但该技术手段目前所应用的领域和解决的技术问题与本专利技术完全不同。

技术实现思路

[0007]现在大多数用户普遍采用火焰钎焊、气相钎焊将硬质合金板条焊接在碳素钢基体上使用，但要求操作者具备较高的焊接水平，操作不当时容易出现焊接后硬质合金开裂的问题。
[0008]本专利技术针对这一技术不足，采用以下技术方案：一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，其特征在于：
[0009]硬质合金板条具有高韧性表层和高硬度里层，所述高韧性表层中粘结相含量是高硬度里层中粘结相含量的1.2倍以上；
[0010]高韧性表层由WC相和粘结相组成，高硬度里层由WC相、粘结相、立方碳化物相组成；
[0011]硬质合金板条的外表面由粘结相包覆，包覆层厚度为1～5μm；
[0012]高韧性表层厚度5～100μm，优选后厚度为10～60μm。
[0013]其中，进一步所述抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，由如下组份构成：WC含量80～96wt.％且WC平均粒度0.1～6μm，粘结相含量占2.0～16.5wt.％，立方碳化物含量占0.5～8wt.％。
[0014]组份优选后，WC含量86～94wt.％且WC平均粒度0.4～2.0μm，粘结相含量占4.5～12.0wt.％，立方碳化物含量占0.5～5wt.％。
[0015]其中，进一步所述粘结相由Co、Ni、Fe、Mo、Cr、V中一种或多种金属组成。
[0016]其中，进一步所述立方碳化物指的是TaC、NbC、TiC、TiCxNy或它们的固溶体，其中TiCxNy的含量为0.5～3.5wt.％，优选后为0.5～1.5wt.％；x与y的关系为：0.1≤x：y≤0.9，优选后x与y的关系为：3:7≤x：y≤7:3。
[0017]本专利技术关于TiCxNy的创新具体是，市场上的板条产品基本不含有立方碳化物，少数会引入含量在0.5％以下的立方碳化物，且只会引入TaC、NbC，不含有TiC，更不会含有TiCxNy。主要原因是立方碳化物虽然能提高板条的耐磨性或高温性能，但会显著降低其强度和焊接性能。本放中在引入TaC或NbC或TiC的同时，引入TiCxNy，这样产品在制备过程中，TiCxNy离解使得表层不含有TaC或NbC或TiC。这一技术手段还会使表层的粘结相含量升高，进一步提升了表层的强度和焊接性能。产品使用时，将其先与钢制刀体焊接，开刃磨除非焊接面的表层后，再用于金属或木材的切削。因此，本专利技术所设计的产品结构同时满足了高的焊接性能和高的耐磨性。
[0018]本专利技术采用的另外一种技术方案，一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条的制备方法，包括配料、湿磨、干燥、成型、烧结、热处理这几个步骤，其特征在于具体步骤如下：
[0019](1)配料和湿磨：将WC粉、粘结相粉、立方碳化物粉末按规定比例称取好后，再称取1.6～3.5wt.％的成型剂，上述物料投入卧式球磨机后，加入物料重量3～7倍的硬质合金球磨球及物料重量16％～22％的工业无水酒精，混合湿磨20～80小时；
[0020](2)干燥：采用真空干燥或喷雾干燥的方式进行干燥；
[0021](3)成型：分为模压成型和挤出成型；模压成型是在模具中进行压制，得到压坯；挤出成型是先将干燥后的粉体进行处理，加入能改善挤出性能的有机物和润滑油，混合均匀后再用挤压机通过长方孔模具挤成长条状坯体；
[0022](4)烧结：先在氢气、氩气、氮气或真空条件下以1～6℃/min速度升至成型剂脱除
温度，保温并脱除成型剂；再在真空气氛下以1～6℃/min速度升温至1250℃并保温20～70min，通入惰性气体使炉压升至2mbar～10mbar，继续以1～6℃/min速度升温至烧结温度并保温30～90min，通入Ar气加压烧结10～40min后，随炉冷却至室温；
[0023](5)热处理：将步骤(4)得到的合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，其特征在于：硬质合金板条具有高韧性表层和高硬度里层，所述高韧性表层中粘结相含量是高硬度里层中粘结相含量的1.2倍以上；高韧性表层由WC相和粘结相组成，高硬度里层由WC相、粘结相、立方碳化物相组成；硬质合金板条的外表面由粘结相包覆，包覆层厚度为1～5μm；高韧性表层厚度5～100μm。2.根据权利要求1所述的一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，其特征在于：所述抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，由如下组份构成：WC含量80～96wt.％且WC平均粒度0.1～6μm，粘结相含量占2.0～16.5wt.％，立方碳化物含量占0.5～8wt.％。3.根据权利要求1所述的一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，其特征在于：所述抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，优选组份后，由如下组份构成：WC含量86～94wt.％且WC平均粒度0.4～2.0μm，粘结相含量占4.5～12.0wt.％，立方碳化物含量占0.5～5wt.％。4.根据权利要求1所述的一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，其特征在于：所述立方碳化物指的是TaC、NbC、TiC、TiCxNy或它们的固溶体，其中TiCxNy的x与y的关系为：0.1≤x：y≤0.9。5.根据权利要求4所述的一种抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条，其特征在于：x与y的关系或为：3:7≤x：y≤7:3。6.一种根据权利要求1所述的抗焊接开裂的高硬度硬质合金板条的制备方法，其特征在于：包括配料、湿磨、干燥、成型、烧结、热处理这几个步骤，具体步骤如下：(1)配料和湿磨：...

【专利技术属性】
技术研发人员：程登峰，孙东平，冯志，刘娜娜，余向阳，
申请(专利权)人：九江金鹭硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：