專(zhuān)利名稱(chēng)：含輕重稀土的超細(xì)yg類(lèi)硬質(zhì)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超細(xì)硬質(zhì)合金制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及含輕重稀土復(fù)合添加的超細(xì) WC-Co硬質(zhì)合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎢鈷類(lèi)(YG)硬質(zhì)合金是目前國(guó)內(nèi)外比較常用的硬質(zhì)合金刀具采用基體材料。超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能和良好的切削性能，硬度、強(qiáng)度和韌性高，且抗熱沖擊性能好。超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金的硬度和強(qiáng)度比含鈷量相同的一般YG類(lèi)硬質(zhì)合金要高很多，硬度一般在90 93HRA，抗彎強(qiáng)度為2000 3500MPa。因此超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金適于制造尺寸較小的整體復(fù)雜硬質(zhì)合金刀具，可大幅度提高切削速度。稀土的添加對(duì)硬質(zhì)合金性能有重要的影響。稀土可以細(xì)化晶粒，而且隨著添加量的增加，細(xì)化效果越明顯?；旌舷⊥裂趸锏奶砑硬粌H可以細(xì)化WC晶粒、提高立方鈷相含量和消除不連續(xù)長(zhǎng)大的粗晶WC顆粒，而且還可以增加硬質(zhì)合金制品的宏觀應(yīng)力，因此硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性得到了顯著的提高。稀土的添加會(huì)減少燒結(jié)時(shí)液相的量，相應(yīng)地減少WC 晶粒重結(jié)晶的過(guò)程，抑制了 WC晶粒的長(zhǎng)大。另外，加入稀土可以減少氣體的析出和孔隙的產(chǎn)生，這是由于稀土與硬質(zhì)合金內(nèi)的0、S等雜質(zhì)形成難溶化合物，凈化了 WC-Co的界面并且改善其浸潤(rùn)性。由于稀土的添加有利于消除空隙、細(xì)化晶粒、凈化界面，從而使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度有很大提高，硬度略有改善，對(duì)硬質(zhì)合金的性能產(chǎn)生重要影響。因此添加稀土為超細(xì)硬質(zhì)合金的制備方法提供了一條新的途徑。輕稀土與重稀土在對(duì)合金性能影響方面有不同的作用效果。輕稀土在燒結(jié)過(guò)程中有向合金表面富集的趨勢(shì)，在和合金內(nèi)部有害元素化合的同時(shí)可將其排出合金體內(nèi)部，達(dá)到降低合金內(nèi)部雜質(zhì)和缺陷的效果；而重稀土則存在于合金內(nèi)部，富集在晶界附近，改善晶界結(jié)合方式，提高合金強(qiáng)度。深冷處理已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)提高材料性能有很大的幫助。國(guó)內(nèi)外與深冷技術(shù)相關(guān)的專(zhuān)利主要集中在對(duì)鋼材和傳統(tǒng)合金的制備過(guò)程中，未見(jiàn)在制備超細(xì)硬質(zhì)合金工藝中使用深冷處理的專(zhuān)利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的含輕重稀土復(fù)合添加的超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金及其制備方法，該方法制備的超細(xì)硬質(zhì)合金具有高的硬度和強(qiáng)度，WC晶粒度細(xì)小均勻，具有良好的紅硬性和自潤(rùn)滑效果，適合用于高速干式切削的粗加工刀具基體。硬度最高可達(dá)HRA93， 抗彎強(qiáng)度最高可達(dá)3500N/mm2。含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于硬質(zhì)合金的組分為WC 硬質(zhì)相的重量占硬質(zhì)合金的83% 95%，Co粘結(jié)相的重量占硬質(zhì)合金的6% 15%，晶粒長(zhǎng)大抑制劑的重量占硬質(zhì)合金的0. 3% 1. 5%，只添加稀土?xí)r，復(fù)合稀土添加劑的重量占硬質(zhì)合金的0. 0.6%。
所述的各組分原料粉末粒度為WC粉粒度為0. 4 μ m，Co粉粒度為1 μ m,晶粒長(zhǎng)大抑制劑粒度為ι μ m,各稀土添加劑粒度為2 3 μ m。所述復(fù)合稀土添加劑由輕稀土 La、Ce、Nd、Sm，重稀土 Dy、Y中的一種或幾種復(fù)合組成；或者由Lei2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3、Dy2O3、Y2O3中的一種或幾種復(fù)合組成。所述晶粒長(zhǎng)大抑制劑為VC、Cr3C2、TaC、NbC中的一種或幾種復(fù)合組成。所述的輕重稀土復(fù)合添加劑與原料粉末混合球磨前，先與Co粉混合球磨10h，以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，該方法步驟為按重量百分比稱(chēng)量各種粉末原料后，將配制好的粉末原料放入高能球磨機(jī)中研磨，球料比為6 10 1，以酒精作為球磨介質(zhì)，加入石蠟，球磨24 100h，球磨后干燥、制粒成流動(dòng)性良好的混合粉末。將混合料模壓成型，壓強(qiáng)為100 200MPa，最后將壓坯裝入真空脫蠟燒結(jié)一體爐中，采用真空燒結(jié)或真空通Ar燒結(jié)。在1360°C 1400°C保溫30 90min進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫，最后用深冷設(shè)備在-196°C下保溫2小時(shí)，得到硬質(zhì)合金。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明與現(xiàn)有的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金相比的優(yōu)點(diǎn)是在晶粒抑制劑中添加稀土及其氧化物，有利于提高硬質(zhì)合金的硬度、抗彎強(qiáng)度、紅硬性等性能；輕重稀土按一定比例復(fù)合加入，在改善硬質(zhì)合金性能的同時(shí)，有利于生產(chǎn)成本的控制，提高經(jīng)濟(jì)效益；稀土添加劑原料粉末顆粒較大，可先與Co粉預(yù)磨達(dá)到要求的粒度，再加入硬質(zhì)合金，工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)施。真空通Ar燒結(jié)工藝有利于提高硬質(zhì)合金致密度，并且節(jié)省了投資和能耗。本發(fā)明制備所得到的超細(xì)硬質(zhì)合金的WC平均晶粒度為0. 5 μ m，HRA硬度92. 4，抗彎強(qiáng)度3200N/mm2。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于硬質(zhì)合金的組分為WC 硬質(zhì)相、Co粘結(jié)相和復(fù)合稀土添加劑。WC硬質(zhì)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的91 %，Co粘結(jié)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的8 %，輕稀土 La、Ce、Nd的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的0.6%，重稀土 Dy、Y的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的0.4%。含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金的制備方法，該方法步驟為按重量百分比稱(chēng)量各種粉末原料后，將配制好的粉末原料放入高能球磨機(jī)中研磨，球料比為 10 1，以酒精作為球磨介質(zhì)，加入石蠟，球磨72h，球磨后干燥、制粒成流動(dòng)性良好的混合粉末。將混合料模壓成型，壓強(qiáng)為150MPa，最后將壓坯裝入真空脫蠟燒結(jié)一體爐中，在 1390°C保60min進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后隨爐冷卻，在_196°C下深冷處理池得到硬質(zhì)合金。制備的含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)硬質(zhì)合金的WC平均晶粒度為0. 5 μ m, HRA硬度為92. 6，抗彎強(qiáng)度為^70N/mm2。實(shí)施例2含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于硬質(zhì)合金的組分為 WC硬質(zhì)相、Co粘結(jié)相、晶粒長(zhǎng)大抑制劑、復(fù)合稀土添加劑。WC硬質(zhì)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的 90%, Co粘結(jié)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的8%，晶粒長(zhǎng)大抑制劑VC、Cr3C2, TaC的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的1%，輕稀土 La203、CeO2, Nd2O3的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的0. 6%，重稀土 ^O3的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的0.4%。含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金的制備方法，該方法步驟為按重量百分比稱(chēng)量各種粉末原料后，將配制好的粉末原料放入高能球磨機(jī)中研磨，球料比為 10 1，以酒精作為球磨介質(zhì)，加入石蠟，球磨72h，球磨后干燥、制粒成流動(dòng)性良好的混合粉末。將混合料模壓成型，壓強(qiáng)為200MPa，最后將壓坯裝入真空脫蠟燒結(jié)一體爐中，在 1380°C保溫60min進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后隨爐冷卻，在_196°C下深冷處理池得到硬質(zhì)合金。制備的含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)硬質(zhì)合金的WC平均晶粒度為0. 4 μ m，HRA硬度為93. 0， 抗彎強(qiáng)度為3120N/mm2。實(shí)施例3含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于硬質(zhì)合金的組分為 WC硬質(zhì)相、Co粘結(jié)相、晶粒長(zhǎng)大抑制劑、復(fù)合稀土添加劑。WC硬質(zhì)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的 88%, Co粘結(jié)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的10%，晶粒長(zhǎng)大抑制劑VC、Cr3C2^TaC的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的1%，輕稀土 CeO2、Nd2O3、Sm2O3的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的0. 6%，重稀土 Dy2O3J2O3的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的0.4%。含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金的制備方法，該方法步驟為按重量百分比稱(chēng)量各種粉末原料后，將配制好的粉末原料放入高能球磨機(jī)中研磨，球料比為 10 1，以酒精作為球磨介質(zhì)，加入石蠟，球磨72h，球磨后干燥、制粒成流動(dòng)性良好的混合粉末。將混合料模壓成型，壓強(qiáng)為200MPa，最后將壓坯裝入真空脫蠟燒結(jié)一體爐中，在 1375°C保溫60min進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后隨爐冷卻，在_196°C下深冷處理池得到硬質(zhì)合金。制備的含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)硬質(zhì)合金的WC平均晶粒度為0. 5ym，HRA硬度為92. 2， 抗彎強(qiáng)度為3270N/mm2。實(shí)施例4含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于硬質(zhì)合金的組分為 WC硬質(zhì)相、Co粘結(jié)相、晶粒長(zhǎng)大抑制劑、復(fù)合稀土添加劑。WC硬質(zhì)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的 83%, Co粘結(jié)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金的15%，晶粒長(zhǎng)大抑制劑VC、Cr3C2^TaC的重量占硬質(zhì)合金的1. 2%，輕稀土 Ce02、Nd2O3的重量占硬質(zhì)合金的0. 4%，重稀土 ^O3的重量占硬質(zhì)合金的 0. 4%。含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金的制備方法，該方法步驟為按重量百分比稱(chēng)量各種粉末原料后，將配制好的粉末原料放入高能球磨機(jī)中研磨，球料比為 6 1，以酒精作為球磨介質(zhì)，加入石蠟，球磨100h，球磨后干燥、制粒成流動(dòng)性良好的混合粉末。將混合料模壓成型，壓強(qiáng)為150MPa，最后將壓坯裝入真空脫蠟燒結(jié)一體爐中，在 1360°C保溫90min進(jìn)行燒結(jié)，高溫?zé)Y(jié)時(shí)通入Ar燒結(jié)后隨爐冷卻，在_196°C下深冷處理濁得到硬質(zhì)合金。制備的含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)硬質(zhì)合金的WC平均晶粒度為0.4 μ m， HRA硬度為91. 5，抗彎強(qiáng)度為3520N/mm2。本方法制備的硬質(zhì)合金深冷處理前后的性能比較見(jiàn)表1。表1深冷處理前后硬質(zhì)合金的性能比較
權(quán)利要求
1.含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于硬質(zhì)合金的組分為WC硬質(zhì)相的重量占硬質(zhì)合金的83% 95%，Co粘結(jié)相的重量占硬質(zhì)合金的6% 15%，晶粒長(zhǎng)大抑制劑的重量占硬質(zhì)合金的0. 3% 1. 5%，只添加稀土?xí)r，復(fù)合稀土添加劑的重量占硬質(zhì)合金的0. 0.6%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于， 所述的各組分原料粉末粒度為WC粉粒度為0. 4 μ m，Co粉粒度為1 μ m,晶粒長(zhǎng)大抑制劑粒度為1 μ m，各稀土添加劑粒度為2 3 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于所述復(fù)合稀土添加劑由輕稀土 La、Ce、Nd、Sm，重稀土 Dy、Y中的一種或幾種復(fù)合組成；或者由 La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3、Dy2O3、Y2O3 中的一種或幾種復(fù)合組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金，其特征在于所述晶粒長(zhǎng)大抑制劑為VC、Cr3C2、TaC、NbC中的一種或幾種復(fù)合組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輕重稀土復(fù)合添加劑，其特征在于與原料粉末混合球磨前， 先與Co粉混合球磨10h，以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。
6.含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，該方法步驟為按重量百分比稱(chēng)量各種粉末原料后，將配制好的粉末原料放入高能球磨機(jī)中研磨，球料比為6 10 1，以酒精作為球磨介質(zhì)，加入石蠟，球磨M 100h，球磨后干燥、制粒成流動(dòng)性良好的混合粉末。將混合料模壓成型，壓強(qiáng)為100 200MPa，成型后對(duì)壓坯進(jìn)行修整，檢驗(yàn)外觀質(zhì)量，最后將壓坯裝入真空脫蠟燒結(jié)一體爐中，在1360°C 140(TC保溫30 90min 進(jìn)行真空燒結(jié)或者真空通Ar燒結(jié)，燒結(jié)后隨爐冷卻，最后在-196°C下深冷處理2小時(shí)，得到硬質(zhì)合金。
全文摘要
本發(fā)明提供了含輕重稀土復(fù)合添加劑的超細(xì)YG類(lèi)硬質(zhì)合金及其制備方法。該硬質(zhì)合金組分的重量百分?jǐn)?shù)為WC硬質(zhì)相占83％～95％，Co粘接相占6％～15％，晶粒長(zhǎng)大抑制劑占0.3％～1.5％，只添加稀土?xí)r占0.6～1％。將上述組分的原料粉末，球磨、干燥、制粒得到超細(xì)混合料；超細(xì)混合料經(jīng)壓力成型，真空燒結(jié)或真空通Ar燒結(jié)后，在-196℃深冷處理2小時(shí)得到超細(xì)硬質(zhì)合金。在混合粉末濕磨時(shí)加入稀土添加劑的方法簡(jiǎn)單易行。輕重稀土的復(fù)合添加有利于控制生產(chǎn)成本，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。含有輕重稀土復(fù)合添加的超細(xì)硬質(zhì)合金具有高的硬度、強(qiáng)度、良好的紅硬性等，且容易在生產(chǎn)中應(yīng)用。
文檔編號(hào)C22C29/08GK102363854SQ20111029138
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者姜中濤, 李力, 涂銘旌, 鄧瑩, 陳巧旺, 陳慧 申請(qǐng)人:重慶文理學(xué)院