一种非均匀结构硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种非均匀结构硬质合金，其制备原料包括碳化钨、钴粉和成型剂，以碳化钨和钴粉的总量计，碳化钨的用量为90wt％

【技术实现步骤摘要】
一种非均匀结构硬质合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及硬质合金领域，具体涉及一种非均匀结构硬质合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]粗晶WC
‑
Co硬质合金由于具有优异的热传导性、抗冲击性、抗热疲劳性及较高的断裂韧性，被广泛地应用于煤炭开采、巷道掘进、桩基旋挖等工程领域。粗晶WC
‑
Co硬质合金作为直接切削各类岩石的核心关键零部件，其性能对工程项目的施工成本与进度具有较大的影响。
[0003]在不同的钻掘工况下，粗晶WC
‑
Co硬质合金非正常失效主要有三种表现形式：磨损过快、碎裂及局部剥落，主要是由于在切削岩石过程中，硬质合金将受到较高的剪切应力、冲击、交变的热应力、摩粒磨损，因此对粗晶WC
‑
Co硬质合金的耐磨性、断裂韧性及抗热疲劳性能提出较高要求。要获得上述所有的优异性能，难度异常之大，唯有找到各项性能最佳的匹配来最大限度提升粗晶WC
‑
Co硬质合金的使用寿命。
[0004]常规均匀结构的粗晶WC
‑
Co硬质合金难以实现上述各项性能之间的平衡，往往顾此失彼，特别在地质岩层较坚硬且长时间作业的情况下，其硬度和强度急剧下降，将会严重影响合金的耐磨性能和使用寿命。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种非均匀结构硬质合金，本专利技术提供的硬质合金使用了三种不同粒度的碳化钨粉末，得到的硬质合金不仅具有良好的断裂韧性，而且还具有优异的耐磨性能，满足了桩基旋挖、煤炭开采及巷道掘进等方面的使用要求。本专利技术还提供了一种非均匀结构硬质合金的制备方法和应用。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种非均匀结构硬质合金，其制备原料包括碳化钨、钴粉和成型剂，以碳化钨和钴粉的总量计，碳化钨的用量为90wt％
‑
94.5wt％，
[0007]其中，碳化钨包括超粗晶碳化钨、粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨；以碳化钨的总重量计，超粗晶碳化钨的含量为40wt％
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60wt％，粗晶碳化钨的含量为20wt％
‑
30wt％，余量为中粗晶碳化钨；
[0008]所述超粗晶碳化钨的费氏粒度为18μm
‑
25μm，所述粗晶碳化钨的费氏粒度为8μm
‑
18μm，所述中粗晶碳化钨的费氏粒度为4μm
‑
8μm。
[0009]根据本专利技术的一些实施方式，所述非均匀结构硬质合金中碳化钨的含量为90wt％
‑
94.5wt％，例如90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％、94.5wt％以及它们之间的任意值。
[0010]根据本专利技术的一些实施方式，以碳化钨总重量为100％计，所述超粗晶碳化钨含量为40wt％
‑
60wt％，例如40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％，以及它们之间的任意值，优选为45wt％
‑
55wt％。
[0011]根据本专利技术的一些实施方式，以碳化钨总重量为100％计，所述粗晶碳化钨含量为20wt％
‑
30wt％，例如20wt％、22wt％、24wt％、26wt％、28wt％、30wt％，以及它们之间的任意值，优选为22wt％
‑
28wt％。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，以碳化钨总重量为100％计，所述中粗晶碳化钨含量为20wt％
‑
30wt％，例如20wt％、22wt％、24wt％、26wt％、28wt％、30wt％，以及它们之间的任意值，优选为22wt％
‑
28wt％。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，所述超粗晶碳化钨的费氏粒度为19μm
‑
24μm。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述粗晶碳化钨的费氏粒度为10μm
‑
16μm。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述中粗晶碳化钨的费氏粒度为5μm
‑
8μm。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，以碳化钨的总重量计，超粗晶碳化钨的含量为45wt％
‑
55wt％，粗晶碳化钨的含量为22wt％
‑
28wt％，余量为中粗晶碳化钨。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述超粗晶碳化钨的费氏粒度为19μm
‑
24μm，所述粗晶碳化钨的费氏粒度为10μm
‑
16μm，所述中粗晶碳化钨的费氏粒度为5μm
‑
8μm。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，以碳化钨和钴粉的总量计，所述成型剂的用量为2.0
‑
2.4wt％。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述成型剂为聚乙二醇。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述成型剂为PEG4000。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述成型剂为PEG4000和PEG1500。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，PEG1500和PEG4000的重量比为(0
‑
3):1。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，PEG1500和PEG4000的重量比为(1
‑
3):1。
[0024]本专利技术中加入成型剂PEG1500能够降低压坯压制的废品率。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述硬质合金的晶粒尺寸分布范围为0.8μm
‑
17μm。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述硬质合金的晶粒尺寸例如可以为0.8μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm、4.0μm、5.0μm、6.0μm、7.0μm、8.0μm、9.0μm、10.0μm、11.0μm、12.0μm、13.0μm、14.0μm、15.0μm、16μm、17μm，以及它们之间的任意值。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述硬质合金的晶粒尺寸分布范围为2μm
‑
14μm。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述硬质合金的平均晶粒尺寸为3.2μm
‑
7.2μm。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述硬质合金的平均晶粒尺寸例如可以为3.2μm、4.0μm、4.8μm、5.6μm、6.4μm、7.2μm，以及它们之间的任意值。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述硬质合金的平均晶粒尺寸为4.0μm
‑
6.4μm。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，晶粒尺寸小于3μm的晶粒占晶粒总数的10％
‑
25％。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，晶粒尺寸介于3μm
‑
6μm之间的晶粒占晶粒总数的35％
‑
65％。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非均匀结构硬质合金，其特征在于，其制备原料包括碳化钨、钴粉和成型剂，以碳化钨和钴粉的总量计，碳化钨的用量为90wt％
‑
94.5wt％，其中，碳化钨包括超粗晶碳化钨、粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨；以碳化钨的总重量计，超粗晶碳化钨的含量为40wt％
‑
60wt％，粗晶碳化钨的含量为20wt％
‑
30wt％，余量为中粗晶碳化钨；所述超粗晶碳化钨的费氏粒度为18μm
‑
25μm，所述粗晶碳化钨的费氏粒度为8μm
‑
18μm，所述中粗晶碳化钨的费氏粒度为4μm
‑
8μm。2.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，以碳化钨的总重量计，超粗晶碳化钨的含量为45wt％
‑
55wt％，粗晶碳化钨的含量为22wt％
‑
28wt％，余量为中粗晶碳化钨；优选地，所述超粗晶碳化钨的费氏粒度为19μm
‑
24μm，所述粗晶碳化钨的费氏粒度为10μm
‑
16μm，所述中粗晶碳化钨的费氏粒度为5μm
‑
8μm。3.根据权利要求1或2所述的硬质合金，其特征在于，以碳化钨和钴粉的总量计，所述成型剂的用量为2.0
‑
2.4wt％；优选地，所述成型剂为聚乙二醇，优选为PEG4000；优选地，所述聚乙二醇还包括PEG1500；优选地，PEG1500和PEG4000的重量比为(0
‑
3):1；优选地，PEG1500和PEG4000的重量比为(1
‑
3):1。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金的晶粒尺寸分布范围为0.8μm
‑
17μm，优选晶粒尺寸分布范围为2μm
‑
14μm，和/或，所述硬质合金的平均晶粒尺寸为3.2μm
‑
7.2μm，优选平均晶粒尺寸为4.0μm
‑
6.4μm；优选地，晶粒尺寸小于3μm的晶粒数量占晶粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘槟赫，邹德良，张颢，洪海侠，周行，
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：