成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金及制备方法技术

本发明专利技术公开了成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金及制备方法，高钴YG硬质合金中加入微量TiN，利用Ti和N之间强烈的热力学耦合作用，在硬质合金烧结过程中形成表层无TiN相、芯部含TiN相的成分梯度结构。在硬质合金混合料球磨之前，预先将混合料进行搅拌辅助超声分散均匀化处理，减少硬质合金微观组织中的TiN相簇集。所制备的梯度硬质合金梯度表层厚度足够大，可以采用磨削加工去除表层氧化皮、微裂纹等表面缺陷；用作成形模具材料时，可以抵抗成形模具在使用过程中长期冲击作用下的塑性变形，阻碍模具成形精度稳定性降低；与传统的高钴YG硬质合金相比，表层具有同样高的韧性而芯部具有更高的硬度和抗塑性变形能力。部具有更高的硬度和抗塑性变形能力。

【技术实现步骤摘要】
成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金及制备方法


[0001]本专利技术属于硬质合金材料领域，涉及一种硬质合金材料及其制备方法，具体涉及成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金及制备方法。

技术介绍

[0002]模具的工作环境对模具材料的性能要求越来越高。硬质合金由于高的硬度、耐磨性和低的热膨胀系数，在模具领域得到了广泛应用，比如粉末压制成形模具。YG硬质合金(WC
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Co)具有较高的横向断裂强度和冲击韧性，尤其当硬质合金中钴含量较高时，其强度和韧性更高，高的韧性可以抵抗模具压制过程中冲击造成的裂纹形成和扩展，因此高钴YG硬质合金适合于在受冲击和振动条件下使用。但是，高钴YG硬质合金硬度偏低、抗塑性变形能力不够，在使用过程中长期冲击作用下会发生塑性变形，从而导致模具成形精度稳定性降低。
[0003]提高YG硬质合金的硬度和抗塑性变形的技术主要是通过细化晶粒的方法。申请公布号为CN108165861A的专利技术专利公开了一种以添加Co粉的纳米WC
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6Co复合粉末为原料制备超细硬质合金的方法，其是以纳米WC
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6Co复合粉末为原材料，添加Co粉、抑制剂和石蜡，经酒精湿磨、喷雾造粒，获得Co含量在8～15％的硬质合金混合料；然后以该硬质合金混合料为原料，经掺成型剂捏合、挤压成型、毛坯干燥、压力烧结各工序，制得超细硬质合金，所制备的超细硬质合金强度高、硬度高、抗塑性变形能力强。申请公布号为CN108624772A的专利技术专利提供了一种超细晶碳化钨基硬质合金材料及其制备方法，以重量百分数计，合金成分中钴占8％，碳化钨占90.2％～90.8％，碳化钒占0.2％～0.8％，立方氮化硼占1％。其采用放电等离子烧结技术，在真空气氛保护下，以100
±
20℃/min的升温速率持续升温到1250～1300℃，控制压力为30
±
2MPa。所专利技术的硬质合金硬度达到20.17
±
0.20GPa，与商用YG8硬质合金相比硬度提高了10～20％。申请公布号为CN102766795A的专利技术专利公布了无磁模具材料及其制备方法，其合金配料成分中含4wt％～15wt％的TiC及/或TiN或Ti(C,N)，含70wt％～85wt％的WC，含1.0wt％～3.0wt％的TaC或NbC，含6wt％～13wt％的Ni及0.5wt％～2.0wt％的Cr或Mo。合金硬度达HRA91.5～94.5，抗弯强度达2500N/mm2，组织轻微脱碳，具有硬度高、无磁性、抗塑性变形能力好等优点。
[0004]但是，当制备纳米或者超细硬质合金时，由于纳米或超细粉末原料比表面积大、表面能高，在硬质合金制备过程中粉末颗粒表面容易吸附氧或形成化合氧，造成原料粉末氧化，致使烧结时硬质相和粘结剂的润湿性降低从而阻碍烧结致密化，且纳米或超细原料粉末制备与储存困难。

技术实现思路

[0005]为了克服上述问题，本专利技术人对高钴YG硬质合金的材料组成及其制备方法进行了锐意研究，研究出成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金及制备方法。在制备高钴YG硬质合金的原料Co粉、W粉和WC粉中加入微量TiN粉，通过第二硬质相TiN提高高钴YG硬质合金的硬
度和抗塑性变形能力，同时利用Ti和N之间强烈的热力学耦合作用获得具有成分梯度结构的硬质合金，使硬质合金表层仍然保持WC
‑
Co两相组织并保持高的韧性，而且，将烧结后的梯度硬质合金作深冷处理，补偿因TiN的引入导致的YG硬质合金横向断裂强度的降低，从而制备了硬度高、抗塑性变形能力强、强度高的梯度结构高钴YG硬质合金，从而完成了本专利技术。
[0006]具体来说，本专利技术的目的在于提供以下方面：
[0007]第一方面，提供成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金，所述硬质合金包括表层和芯部，表层为碳化钨
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钴两相组织，芯部为碳化钨
‑
钴
‑
氮化钛三相组织。
[0008]第二方面，提供成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金的制备方法，所述方法包括：
[0009]步骤1，粉末混合制得悬浊液，将悬浊液均匀化处理，获得混合料；
[0010]步骤2，将混合料制备成生坯；
[0011]步骤3，将生坯烧结，并深冷处理。
[0012]第三方面，提供第一方面所述的硬质合金或第二方面所述的方法制得的硬质合金在粉末压制成形模具方面的应用。
[0013]本专利技术所具有的有益效果包括：
[0014](1)本专利技术提供的梯度结构高钴YG硬质合金含有氮化钛，利用Ti和N之间强烈的热力学耦合作用，形成表层无TiN相、芯部含TiN相的成分梯度结构，在不降低YG硬质合金材料表层韧性的前提下，提高了梯度YG硬质合金材料芯部的硬度和抗塑性变形能力。
[0015](2)本专利技术提供的梯度结构高钴YG硬质合金用作成形模具材料时，能够抵抗成形模具在使用过程中长期冲击作用下的塑性变形，阻碍模具成形精度稳定性降低。
[0016](3)本专利技术提供的梯度结构高钴YG硬质合金的制备方法，在粉末球磨之前，预先将粉末混合，进行搅拌辅助超声分散均匀化处理，减少硬质合金微观组织中的TiN相簇集，制得的硬质合金梯度表层厚度足够大，可以采用磨削加工去除表层氧化皮、微裂纹等表面缺陷。
[0017](4)本专利技术提供的梯度结构高钴YG硬质合金的制备方法，通过深冷处理补偿因TiN的引入导致的YG硬质合金横向断裂强度的降低，制得梯度结构高钴YG硬质合金的硬度高、抗塑性变形能力强、强度高。
附图说明
[0018]图1
‑
(a)示出实施例1制得的梯度结构高钴YG硬质合金近表层区域微观组织SEM表征图片；
[0019]图1
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(b)示出实施例1制得的梯度结构高钴YG硬质合金近表层区域Ti元素面分布EDS图；
[0020]图1
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(c)示出实施例1制得的梯度结构高钴YG硬质合金芯部区域高倍显微组织图；
[0021]图1
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(d)示出实施例1制得的梯度结构高钴YG硬质合金表层元素EDS图；
[0022]图1
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(e)示出实施例1制得的梯度结构高钴YG硬质合金芯部元素EDS图；
[0023]图2示出实施例2制得的梯度结构高钴YG硬质合金近表层区域微观组织SEM表征图片；
[0024]图3示出对比例1制得的梯度结构高钴YG硬质合金近表层区域微观组织SEM表征图
片；
[0025]图4示出对比例2制得的梯度结构高钴YG硬质合金近表层区域微观组织SEM表征图片；
[0026]图5示出对比例3制得的梯度结构高钴YG硬质合金芯部区域高倍显微组织图。
具体实施方式
[0027]下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0028]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金，其特征在于，所述硬质合金包括表层和芯部，表层为碳化钨
‑
钴两相组织，芯部为碳化钨
‑
钴
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氮化钛三相组织。2.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金的芯部硬度高于表层硬度，芯部硬度为1250～1600MPa，表层硬度为1200～1500MPa。3.根据权利要求1所述的硬质合金材料，其特征在于，所述硬质合金以Co粉、W粉、WC粉和TiN粉为原料，经均匀化处理、烧结和深冷处理制得。4.根据权利要求3所述的硬质合金材料，其特征在于，所述Co粉占原料13.2～25.0wt％，TiN粉占原料0.1～1.4wt％，W粉占原料0.1～3.0wt％，余量为WC粉。5.成形模具用梯度结构高钴YG硬质合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，粉末混合制得悬浊液，将悬浊液均匀化处理，获得混合料；步骤2，将混合料制备成生坯；步骤3，将生坯烧结，并深冷处理。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述粉末包括Co粉、W粉、WC粉和TiN粉；所述均匀化处理是悬浮液中的粉末在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天恩，石先刻，夏旭，梁磊，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：