具有近球形WC晶粒的硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有近球形WC晶粒的硬质合金及其制备方法。该硬质合金由Co、立方相和WC组成，Co的质量分数为3%～15%，立方相的质量分数为0.1%～12%，余量为WC，所述硬质合金的C/W比为0.78～0.89；WC晶粒为近球形，球形度为0.7～1。制备方法包括将Co粉、立方相粉和WC粉混合，将混合粉料进行滚筒球磨，所得料浆经干燥、制粒和压制，得半成品，再经烧结，得到硬质合金。本发明专利技术的硬质合金具有相对高的硬度、韧性和强度，制备方法工艺简单、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
具有近球形WC晶粒的硬质合金及其制备方法
本专利技术涉及一种以碳化物为基础的硬质合金及其制备方法，具体涉及一种具有近球形WC晶粒的硬质合金及其制备方法。
技术介绍
制造金属切削刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，以及良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，且不易变形。然而，材料硬度越高，其韧性就越低，即材料的硬度和韧性很难同时兼备。常用作刀具材料的硬质合金是一种以WC为硬质相，Co为粘结相的金属合金，其WC晶粒为三棱柱结构，各晶面形成锐利的夹角，这些锐利的夹角容易造成应力集中，使得合金的强度和韧性降低；晶粒之间的平面接触，在剪切力的作用下容易发生相对滑移，使得合金的硬度和抗塑性变形能力降低。专利CN101397615A公开了一种近等轴WC晶粒的硬质合金的制备方法，先将WC和Co的混合粉料在无水乙醇中进行湿磨、干燥、压制后在1400~1440°C进行真空烧结；烧结完成的同时往炉中通入氮气进行真空淬火，氮气压力为0.1~0.4MPa，淬火时间为5~10分钟；然后出炉在液氮中进行深冷处理，处理温度为-150~-196°C，保温时间为:硬质合金的重量X重量系数+硬质合金的Co百分含量X成分系数，其中重量系数为5~25min/g，成分系数为10~20min ;并在真空炉中在120~200°C进行回火处理，保温时间为I~3h。这种方法是控制烧结过程中WC的溶解析出，改变其三棱柱状形貌，获得近等轴的WC晶粒，这样的WC晶粒引起的应力集中及对基体的割裂作用减小，且处理后合金表面应力状态为压应力，因此硬质合金的韧性和抗冲击能力提高。但是该专利技术的制备方法比较麻烦，过程比较复杂，合金在1400~1440°C进行真空烧结完成后直接往炉中通入氮气进行真空淬火，可能对合金渗氮，也可能造成立方相在合金表面富集，降低合金的性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种与普通硬质合金相比具有相对高的硬度、韧性和强度的具有近球形WC晶粒的硬质合金，还提供一种工艺简单、成本低廉的具有近球形WC晶粒的硬质合金的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为一种具有近球形WC晶粒的硬质合金，所述硬质合金由Co、立方相和WC组成，所述Co在所述硬质合金中的质量分数为3%~15%,所述立方相在所述硬质合金中的质量分数为0.1%~12%,余量为WC,所述硬质合金的C/W比为0.78~0.89 ;所述硬质合金中WC晶粒为近球形，所述WC晶粒的球形度为0.7~1上述的硬质合金中，优选的，C/W比为0.8~0.86。上述的硬质合金中，当WC原料为单一粒度等级时，所述硬质合金为均匀硬质合金，当WC原料为非单一粒度等级时，所述硬质合金为非均匀硬质合金。上述的硬质合金中，优选的，所述立方相为T1、Zr、Ha、V、Nb、Ta、Cr、Mo中一种或多种的碳化物、氮化物和/或碳氮化物(即碳化物、氮化物、碳氮化物中的一种或多种)。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述具有近球形WC晶粒的硬质合金的制备方法，包括以下步骤:将Co粉、立方相粉和WC粉混合,按质量分数计，Co粉为3%~15%,立方相粉为0.1%~12%,余量为WC粉；将所得混合粉料进行滚筒球磨,球磨完成后,所得料浆经干燥、制粒和压制，得到半成品；将半成品进行烧结，得到具有近球形WC晶粒的硬质合金。上述的制备方法中，所述滚筒球磨的球磨时间优选I小时~10小时，更优选3小时~9小时。[0011 ] 在硬质合金的制备方法中，通常采用搅拌球磨和行星球磨等球磨方式，对WC的破碎效率高，WC的活性高，烧结后易于生长为三棱柱结构。本专利技术的制备方法采用了滚筒球磨的球磨方式。滚筒球磨，一般要求球磨时间最少12个小时，使得WC有足够的活性，在随后的烧结中容易致密，然而当球磨时间超过12小时后，由于WC的活性高，烧结后易于生长为三棱柱结构。在本专利技术中，发现当滚筒球磨时间为I~10小时，C/W比在0.78~0.89时，WC易于生长为近球形的结构；在压力烧结时，合金较容易致密，孔隙度可以达到A02。基于本专利技术的原理，采用其它的方式降低WC的活性，例如有机物吸附、涂覆其它物质来钝化WC，或者采用其它更为温和的混合方式都有助于WC生长为近球形的结构。这些方式中短时间的滚筒球磨应当是最简单的方式。本专利技术中，WC晶粒的球形度=1/η Σ bsW (i=l、2、3、…n)， 其中，Si为扫描电镜(SEM)图片中第i个WC晶粒的面积，Ci为SEM图片中第i个WC晶粒的周长；球形度为I时，SEM中WC晶粒为正圆形，可以认为WC晶粒为正球形；当球形度小于0.7时，SEM中WC晶粒大 部分为三角形，少量的矩形，可以认为WC的结构为三棱柱结构；当球形度为0.7~I时，SEM中WC晶粒大部分为近圆形，少量三角形，可以认为WC的结构为近球形。上述中C/W 比=σ /16.1+1.13Xwt% Cr/wt% Co, 其中，0为合金的饱和磁矩,单位μ Tm3/Kg。C/W比是表征W和C在Co中固溶度的一个指标，当C/W比为I时Co中固溶的C饱和，而没有固溶W ;随着C/W比的降低，Co中固溶的W升高，C降低；当C/W比小于0.78 (不同成分的合金会有一定的差别)时，合金中会出现脆性的脱碳相。本专利技术中，均匀硬质合金为WC粒度分布较窄的单峰分布的合金，非均匀硬质合金为WC粒度分布较宽或者多峰分布的合金。与现有技术相比，本专利技术的优点在于: 本专利技术的近球形WC硬质合金，与现有技术的硬质合金相比，减少了尖锐的三棱柱晶面夹角造成的应力集中，因而具有相对高的韧性和强度，高的韧性使得切削工具具有更高的抗冲击性能，在断续加工时具有更高的寿命，高的强度使得切削工具刃口强度高，减少刃口微崩的发生；本专利技术的近球形WC硬质合金，WC晶粒之间的曲面接触相互限制，不容易发生现有技术的硬质合金那样的在WC晶粒接触面上的相互滑动，这使得本专利技术的硬质合金具有相对高的硬度和抗塑性变形能力，高的硬度和抗塑性变形能力使得切削工具具有更高的耐磨性。本专利技术采用传统的工艺路线，仅仅通过控制合金的C/W比和滚筒球磨的时间来降低WC晶粒的活性，就可以制备出近球形WC硬质合金。因此，本专利技术的制备方法工艺简单，与现有技术相比，更低的球磨时间提高了生产效率，降低了能源消耗，降低了生产成本。【附图说明】图1为本专利技术实施例1的具有近球形WC晶粒的硬质合金的扫描电镜(SEM)照片。图2为本专利技术实施例2的具有近球形WC晶粒的硬质合金的扫描电镜照片。图3为本专利技术实施例3的具有近球形WC晶粒的硬质合金的扫描电镜照片。图4为本专利技术实施例4的具有近球形WC晶粒的硬质合金的扫描电镜照片。图5为本专利技术实施例5的具有近球形WC晶粒的硬质合金的扫描电镜照片。图6为本专利技术实施例6的具有近球形WC晶粒的硬质合金的扫描电镜照片。图7为对比例I中普通硬质合金的扫描电镜照片。图8为对比例2中普通硬质合金的扫描电镜照片。【具体实施方式】以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。实施例1 一种本专利技术的如图1所示的具有近球形WC晶粒的硬质合金，该硬质合金由Co、立方相TaC和WC组成，其中，Co的含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有近球形WC晶粒的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金由Co、立方相和WC组成，所述Co在所述硬质合金中的质量分数为3%～15%，所述立方相在所述硬质合金中的质量分数为0.1%～12%，余量为WC，所述硬质合金的C/W比为0.78～0.89；所述硬质合金中WC晶粒为近球形，所述WC晶粒的球形度为0.7～1。

【技术特征摘要】
1.一种具有近球形WC晶粒的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金由Co、立方相和WC组成，所述Co在所述硬质合金中的质量分数为3%~15%,所述立方相在所述硬质合金中的质量分数为0.1%~12%，余量为WC，所述硬质合金的C/W比为0.78~0.89 ;所述硬质合金中WC晶粒为近球形，所述WC晶粒的球形度为0.7~I。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C/W比为0.8~0.86。3.根据权利要求1或2所述的硬质合金，其特征在于，当WC原料为单一粒度等级时，所述硬质合金为均匀硬质合金，当WC原料为非单一粒度等级时，所述硬质合金为非均匀硬质I=1-Wl O4.根据权利要求1或2所述的硬质合金，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文亮，谢文，黄前葆，王社权，汤爱民，温光华，
申请(专利权)人：株洲钻石切削刀具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：