一种粘结相的碳化钨硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种粘结相的碳化钨硬质合金及其制备方法，其中硬质合金包括作为硬质相的碳化钨粉末和作为粘结相的Fe3Al合金粉末，碳化钨的粒径范围为3~5μm，Fe3Al粉末占硬质合金的质量百分比为5.5%~15%，粒径范围为1~3μm。本发明专利技术制备方法，首先将提前过筛选好均匀粒度的WC和粘结剂Fe3Al粉末按需要质量分数配好，并添加添加剂，在球磨机中混合研磨；然后经真空干燥后筛分去除团聚体，然后制粒压制；最后将制好的压坯置于真空烧结炉中真空烧结、热等静压处理，制成硬质合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐磨部件的硬质合金领域，涉及一种以Fe3Al为粘结相的碳化钨硬质I=1-Wl O
技术介绍
硬质合金是一种以难熔金属化合物(WC、TaC、TiC、NbC等)为基体，以过渡族金属(Co,Fe,Ni)为粘结相，通过粉末冶金方法制备的金属陶瓷工具材料，具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小以及化学性质较为稳定等优点，被广泛应用于切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领域。硬质合金的粘结相在合金整体性能中扮演很重要的角色。现阶段常见的WC基硬质合金的粘结相主要分为Co粘结相和非Co粘结相，其中Co粘结相的WC基硬质合金牌号为YG系列，已经广泛应用于切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领域。YG系列硬质合金在使用过程中一旦被破坏时硬质相WC基本上是脆性断裂而粘结相Co则具有大的变形能力。虽然粘结相Co在合金中所占的体积百分数不大但它却消耗了绝大多数的断裂能，故合金的强度和韧性在很大程度上取决于粘结相的强度和韧性。在YG系列硬质合金中硬度和韧性呈矛盾存在，硬质合金的韧性可以通过提高粘结相Co的含量来提高，但粘结相Co含量提高的同时也会造成合金整体硬度下降，耐磨性降低，另一方面YG系列硬质合金也具有材质脆硬、韧性差而且价格高等缺陷，其这些缺陷使其难以被制成大尺寸、形状复杂的构件加以应用。实际使用中硬质合金与钢体材质的焊接是弥补其不足的主要方法，但是钎焊的过程难以避免高温加热，甚至焊接后的热处理。这些高温处理对线膨胀系数相差比较大的硬质相WC和粘结相Co来说很容易产生很大的内应力，造成微裂纹，降低硬 质合金的各方面性能。因此期望YG系列硬质合金的硬质相和粘结相能有较小的线膨胀系数差，粘结相不仅具有更好的力学性能和粘结性能的同时还能够降低成本。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提供一种以金属间化合物Fe3Al为粘结相、可以提高材料耐磨性的粘结相的碳化钨硬质合金及其制备方法。技术方案:本专利技术的粘结相的碳化钨硬质合金，包括作为硬质相的碳化钨粉末和作为粘结相的Fe3Al合金粉末，碳化钨的粒径范围为3 5 μ m，Fe3Al粉末占硬质合金的质量百分比为5.5% 15%，粒径范围为I 3 μ m，Fe3Al合金的成分包括:Al 14% 17% ；Cr 1.3% 6.0% ；Nb 2.0% 2.4% ；Zr 0.3% 0.5%;B 0.1% 0.3%;Ce 0.2% 0.5%;Fe 75% 80%。本专利技术的制备粘结相的碳化钨硬质合金的方法，包括如下步骤:a)首先将提前过筛选好粒度均匀的碳化钨粉末和Fe3Al合金粉末按85:15 94.5:5.5比例范围配好，并添加占碳化钨粉末与Fe3Al合金粉末混合物总质量0.5% 1%的硬脂酸配料作为添加剂，在球磨机中进行混合并研磨45 50小时；b)将混合并研磨后的原料经真空干燥后筛分去除团聚体，然后制粒，再在900 1200kg/cm2的压力下进行压制,制成压还；C)将制好的压坯置于真空度为4X 10_4MPa 5X 10_4MPa的真空烧结炉中加热至1250°C 1350°C真空烧结I 2小时，接着在1250°C 1350°C和100 120MPa下进行I 2小时的热等静压处理，制成硬质合金。有益效果:本专利技术与现有技术相比，具有以下优点:本专利技术提出了一种以金属间化合物Fe3Al为粘结相的WC新型硬质合金及其真空烧结工艺。通过用Fe3Al作为新的粘结相替代Co，从而提高硬质合金的硬度及耐磨性能，同时降低了硬质相与粘结相之间的线膨胀系数差，并且还使硬质合金制备成本降低。经新粘结相真空烧结后制备的硬质合金，获得硬质相与粘结相的良好粘合，如图1所示，从图中可以看出，硬质相WC与粘结相Fe3Al能良好粘合,硬质相WC的颗粒大小在3 5 μ m左右。通过这种方法获得的硬质合金，性能改进如下:I)提高硬度和耐磨性。粘结相Co的硬度为HB=125 ;粘结相Fe3Al的硬度为HRC 彡 29。 2)缩小粘结相与硬质相之间热膨胀系数差。硬质相WC热膨胀系数为:4.50 X 10_6/K ；粘结相Co热膨胀系数为:12.5 X 10_6/Κ，热膨胀系数之差为:8 X 10_6/Κ ；粘结相Fe3Al热膨胀系数为:11.5X 10_6/K，热膨胀系数之差为:7Χ 10_6/Κ。3)降低成本。由于粘结相Co的密度为:8.9g/cm3,而粘结相Fe3Al的密度为:6.7g/cm3。以Fe3Al为粘结相的硬质合金可以降低合金本身自重，并且金属件化合物Fe3Al价格更是低于金属Co的价格，因此Fe3Al作为粘结相可以减少生产成本。综上所述，本专利技术的硬质合金具有优异的硬度及耐磨性能，可以提高合金的硬度及耐磨性能，在耐磨硬件中可以提供优异耐磨性，例如:钻地，铣刨路面，油气钻探及挖掘等耐磨部件。降低了硬质相与粘结相之间的线膨胀系数差，降低合金烧结时产生的内应力，还使同类型的硬质合金制备成本降低，并且制备方法工艺简单，成本相对较低，可以大规模生产。附图说明图1为真空烧结制备以Fe3Al为粘结相的WC新型硬质合金SEM照片。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术做进一步具体说明。实施例1: a)首先将提前过筛选好均匀粒度为3 5 μ m的WC粉末和粒度为I 3 μ m的粘结剂Fe3Al粉末按质量百分数85%、15%配好，其中Fe3Al合金的成分为(占Fe3Al合金得质量百分比):A117% ；Cr5.2% ；Nb2.0% ；Zr0.3% ；B0.1% ；Ce0.5% ;Fe75%。并添加 1% 硬脂酸配料作为添加剂，在球磨机中进行混合并研磨45小时；b)将混合并研磨好的原料经真空干燥后筛分去除团聚体，然后制粒，再在900kg/cm2的压力下进行精密压制，制成压坯；c)将制好的压坯置于真空度为4X 10_4MPa的真空烧结炉中加热至1250°C真空烧结I小时，接着在1250°C和IOOMPa下进行I小时的热等静压处理，制成硬质合金。待冷却后取出即得到成品。实施例2:a)首先将提前 过筛选好均匀粒度为3 5 μ m的WC和粒度为I 3 μ m粘结剂Fe3Al粉末按质量分数92%、8%配好，其中Fe3Al合金的成分为(占Fe3Al合金得质量百分比):Al 15.6% ；Crl.3% ；Nb2.2% ；Zr0.4% ；B0.2% ；Ce0.3% ;Fe80%。并添加 0.8% 硬脂酸配料作为添加剂，在球磨机中进行混合并研磨48小时；b)将混合并研磨好的原料经真空干燥后筛分去除团聚体，然后制粒，再在IOOOkg/cm2的压力下进行压制，制成压坯；c)将制好的压坯置于真空度为4.5X IO^4MPa的真空烧结炉中加热至1300°C真空烧结1.5小时，接着在1300°C和IlOMPa下进行1.5小时的热等静压处理，制成硬质合金。待冷却后取出即得到成品。实施例3:a)首先将提前过筛选好均匀粒度为3 5 μ m的WC和粒度为I 3 μ m粘结剂Fe3Al按质量分数94.5%、5.5%配好，其中Fe3Al合金的成分为(占Fe3Al合金得质量百分比):Al 14% ；Cr6% ；Nb2.4% ；Zr0.5% ；B0.3% ；Ce0.2% ；Fe76.6%。并添加 0.5%添加剂硬脂酸配料，在球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘结相的碳化钨硬质合金，其特征在于，该硬质合金包括作为硬质相的碳化钨粉末和作为粘结相的Fe3Al合金粉末，所述碳化钨粉末的粒径范围为3~5μm，所述Fe3Al合金粉末占硬质合金的质量百分比为5.5%~15%，粒径范围为1~3μm，Fe3Al合金的成分包括：Al??14%~17%；Cr??1.3%~6.0%；Nb??2.0%~2.4%；Zr??0.3%~0.5%；B???0.1%~0.3%；Ce??0.2%~0.5%；Fe??75%~80%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛烽，周健，巨佳，白晶，孙扬善，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：