一种高Cr含量粗晶硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种高Cr含量粗晶硬质合金及其制备方法和应用。高Cr含量粗晶硬质合金以质量百分比计，其组分包括10～15wt％的Co、10～15wt％的Ni、2.1～4.2wt％的Cr3C2和余量的WC，晶粒尺寸为2

【技术实现步骤摘要】
一种高Cr含量粗晶硬质合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种高Cr含量粗晶硬质合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的硬质合金材料主要是由硬质相WC和粘结相Co金属组成。由于Co对WC的润湿性好使其室温综合力学性能好，但其在高温条件下容易出现软化、氧化、高温腐蚀等情况使得普通硬质合金材料在高温条件下易磨损从而出现失效的情况，因而，在一定程度上限制了以Co作为粘结相的硬质合金的应用。
[0003]硬质合金轧辊作为钢铁行业棒线材轧制所需的关键耐磨零件，在轧制使用过程中受冲击、热疲劳、腐蚀等因素影响，轧辊极易形成热疲劳、磨损、腐蚀等失效情况，其材质目前普遍为WC
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Co
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Ni
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Cr粗晶硬质合金。随着轧制技术的发展，特别是对被轧制优特钢的表面质量要求越来越高，对硬质合金轧辊材料的高耐热性和高耐断裂性提出了更高的要求。
[0004]为此，现有技术中从粘结相角度去改善硬质合金性能的途径主要是通过添加Cr/Mo元素来对粘结相性能进行调控。如授权公告号CN105861903B的专利技术专利公示了一种硬质合金，包括硬质相和Co粘结相，其中Co粘结相中含有Cr或/和Mo。优选的，所述Co粘结相中不含Ni。所述Co粘结相中不含有Ni会降低HCP转化为FCC相变点；Co粘结相中含有Cr或/和Mo，可以提高该相变点，保证粘结相在高温下仍然为HCP结构，提高硬质合金的切削性能与力学性能。
[0005]授权公告号CN111386355 B的专利技术专利公示了提供了一种硬质合金，该硬质合金包含第一硬质相和结合相，第一硬质相由WC组成，结合相由Co、Ni和Cr这三种元素构成，或Co、Ni、Cr和Mo这四种元素构成，当将硬质合金的Co含量表示为M1，将硬质合金中Cr和Mo的总含量表示为M2，将硬质合金中Ni、Cr和Mo的总含量表示为M3，并且将硬质合金中Co、Ni、Cr和Mo的总含量表示为M4时，比率M1/M4为15％至50％，比率M2/M3为15％至40％，富含Cr/Mo的颗粒的面积比率低于1％，其中富含Cr/Mo的颗粒为构成这样的区域的颗粒，在该区域中，在硬质合金的截面元素映射中，Cr和Mo中的至少一者的浓度高于M1与M4的比率。
[0006]以上的方法都是添加高含量的Cr/Mo含量，从而达到提高粘结相的性能，但普遍存在以下几个方面的问题，(1)Cr和Mo添加量高，制备过程控制难度大。如专利CN105861903B中提到，Co粘结相中Cr的质量含量为15％，Mo的质量含量为5％，其余为Co。主要是由于当Cr和Mo的总含量(质量％)不足时，对合金的性能改善作用不大；而当Cr和Mo添加量高，大于粘结相含量的10wt％时，Cr和Mo中的难以完全固溶在粘结相Ni和Co中，而是以碳化物和/或金属间化合物的形式析出，从而导致耐热性降低以及耐断裂性降低。
[0007](2)采用NiCr粉末和NiCrMo预合金粉末添加方式，造成烧结性差的问题。为了解决(1)中的析出问题，专利CN111386355 B给出了Cr和Mo采用NiCr粉末和NiCrMo粉末形式添加，避免了以Cr粉末或Mo粉末的形式，或者以碳化物形式Cr3C2粉末或Mo2C粉末的形式添加
造成的Cr/Mo化合物明显析出的问题。但采用NiCr和NiCrMo粉末形式添加造成了合金较差的烧结性。因此，仅将这些合金粉末用作原料粉末会导致硬质合金的烧结性降低，从而无法得到足够的耐断裂性。现有技术采用了将这些合金粉末与Co粉末一起使用。与合金粉末相比，Co粉末在烧结期间的液相出现温度较低。因此可以部分解决烧结性差的问题。
[0008](3)采用NiCr粉末和NiCrMo预合金粉末添加方式，给制备过程带来难度。预合金粉末由于是合金化的，粉末比重大，在湿磨过程中容易造成粉末下降沉底，容易产生粉末混合不均匀，从而造成最终合金成分不均匀。
[0009](4)采用NiCr粉末和NiCrMo预合金粉末硬度低，塑性好，球磨过程中不容易破碎而容易磨成片状，容易在合金中形成粘结相池，以及容易堵塞过滤筛网，给生产带来难度。
[0010]目前以碳化物形式Cr3C2粉末形式添加的报道中，Cr3C2添加量均在2.0％以下，主要用于超细晶硬质合金的制备。用于棒线材预精轧轧制用硬质合金轧辊主要采用高粘结相含量的WC
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Co
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Ni
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Cr粗晶硬质合金，但Cr3C2添加量在2.0％以上未见报道。添加Cr3C2会对Co、Ni复合粘结相硬质合金两相区宽度范围产生影响,使两相区碳含量上限降低，造成C化合物明显析出等问题。

技术实现思路

[0011]为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种高Cr含量粗晶硬质合金及其制备方法和应用。解决现有技术中采用NiCr粉末和NiCr预合金粉末添加造成的烧结性差的问题，以及以碳化物形式Cr3C2粉末形式添加造成的C化合物明显析出的问题。
[0012]第一方面，本专利技术提出了一种高Cr含量粗晶硬质合金，以质量百分比计，其组分包括10～15wt％的Co、10～15wt％的Ni、2.1～4.2wt％的Cr3C2和余量的WC，晶粒尺寸为2.2～2.6μm。
[0013]作为本专利技术的具体实施方式，以质量百分比计，其组分包括12～15wt％的Co、12～15wt％的Ni、2.5～3.7wt％的Cr3C2和余量的WC。
[0014]作为本专利技术的具体实施方式，以质量百分比计，其组分包括12wt％的Co、12wt％的Ni、2.8wt％的Cr3C2和余量的WC组成。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种第一方面所述的高Cr含量粗晶硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1：将WC粉末、Co粉、Ni粉和Cr3C2粉混合研磨得到混合料；
[0017]S2：将步骤S1得到的混合料压制成型、烧结得到所述高Cr含量粗晶硬质合金。
[0018]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S1中，所述WC粉末的粒径为15～25μm；
[0019]所述Co粉的粒径为1.2～1.7μm；
[0020]所述Ni粉的粒径为2.0～2.5μm；
[0021]所述Cr3C2粉的粒径为1.2～1.7μm。
[0022]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S1中，所述混合研磨为湿法研磨，湿法研磨的条件包括：球料比为(3～5):1，球磨时间为24h
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30h，湿磨介质包括酒精、石蜡，石蜡用量为配料总质量的2％～2.2％，酒精用量与配料总量的质量体积比为(0.28～0.3)L：1Kg；例如100kg混合料需要酒精28L～30L。
[0023]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S1还包括在湿法研磨之后进行喷雾干燥。
[0024]作为本专利技术的具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高Cr含量粗晶硬质合金，其特征在于，以质量百分比计，其组分包括10～15wt％的Co、10～15wt％的Ni、2.1～4.2wt％的Cr3C2和余量的WC，晶粒尺寸为2.2～2.6μm。2.根据权利要求1所述的高Cr含量粗晶硬质合金，其特征在于，以质量百分比计，其组分包括12～15wt％的Co、12～15wt％的Ni、2.5～3.7wt％的Cr3C2和余量的WC；优选地，其组分包括12wt％的Co、12wt％的Ni、2.8wt％的Cr3C2和余量的WC。3.根据权利要求1或2所述的高Cr含量粗晶硬质合金，其特征在于，所述高Cr含量粗晶硬质合金的硬度(HRA)为80.0～82.0，抗弯强度为2700～2900MPa。4.一种权利要求1
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3任一项所述的高Cr含量粗晶硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将WC粉末、Co粉、Ni粉和Cr3C2粉混合研磨，得到混合料；S2：将步骤S1得到的混合料压制成型、烧结得到所述高Cr含量粗晶硬质合金。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述WC粉末的粒径为15～25μm；和/或，所述Co粉的粒径为1.2～1.7μm；和/或，所述Ni粉的粒径为2.0～2.5μm；和/或，所述Cr3C2粉的粒径为1.2～1.7μm。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述混合研磨为湿法研磨，湿法研磨的条件包...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔焱茗，龙坚战，曹群，彭英彪，金鹏，
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：