本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種硬質(zhì)合金及其制備方法和合金刀頭。
背景技術(shù)：
合金刀頭是沖擊鉆或電錘鉆的鉆頭及旋轉(zhuǎn)銼的核心部件，由硬質(zhì)合金制備加工而成。合金刀頭的應(yīng)用十分廣泛，如破碎石塊、水泥路面或建筑物內(nèi)的實體磚墻或水泥墻等場所，加工鋼構(gòu)件及鑄件鋼等。而合金刀頭在實際應(yīng)用過程中，尤其是在高強(qiáng)度巖石、鋼構(gòu)件及鑄鋼件的應(yīng)用過程中，易斷裂，這不僅增加了使用成本、影響經(jīng)濟(jì)效益，而且還會因為更換合金刀頭而降低使用效率。
目前，現(xiàn)有技術(shù)為改善合金刀頭的上述技術(shù)問題，通過改善制備合金刀頭的硬質(zhì)合金的韌性，使合金刀頭在使用過程中很少發(fā)生斷裂。但是，上述改進(jìn)限制了合金元素的加入量，使合金刀頭的硬度受到影響。因此，提供一種能夠同時具備較好硬度和韌性的合金刀頭，能夠兼顧各種應(yīng)用的不同需求，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種硬質(zhì)合金及其制備方法和合金刀頭，本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金同時具有高硬度和高強(qiáng)度。
本發(fā)明提供了一種硬質(zhì)合金，包括以下組分：
碳化鎢87重量份～94重量份；
粘結(jié)劑9重量份～12重量份；
抑制劑0.4重量份～2重量份；
所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。
優(yōu)選的，所述抑制劑中碳化鉭和碳化鈮的質(zhì)量比為1：(0.5～1.5)。
優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑包括鈷粉、鎢粉、鎳粉和鉬粉中的一種或多種。
本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述的硬質(zhì)合金的制備方法，包括以下步驟：
a)將碳化鎢、粘結(jié)劑和抑制劑進(jìn)行混合，得到混合料；所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鎢；
b)將步驟a)得到的混合料依次進(jìn)行壓制和燒結(jié)，得到硬質(zhì)合金。
優(yōu)選的，步驟a)中所述混合的過程具體為：
a1)將碳化鎢、粘結(jié)劑和抑制劑在球磨介質(zhì)中進(jìn)行球磨，得到混合物；
a2)將步驟a1)得到的混合物依次進(jìn)行第一次過篩、干燥和第二次過篩，得到混合料。
優(yōu)選的，步驟a1)中所述球磨介質(zhì)為乙醇；所述球磨的球直徑為8mm～10mm；所述球磨的速度為35r/min～45r/min，時間為20h～50h。
優(yōu)選的，步驟a2)中所述第一次過篩的目數(shù)為300目～350目；所述第二次過篩的目數(shù)為55目～65目。
優(yōu)選的，步驟b)中所述壓制的方式為摻膠壓制；所述壓制的壓力為3t～100t。
優(yōu)選的，步驟b)中所述燒結(jié)的溫度為1430℃～1480℃，時間為10h～12h。
本發(fā)明還提供了一種合金刀頭，由上述技術(shù)方案所述的硬質(zhì)合金或上述技術(shù)方案所述的制備方法得到的硬質(zhì)合金制備而成。
本發(fā)明提供了一種硬質(zhì)合金及其制備方法和合金刀頭，所述硬質(zhì)合金包括以下組分：碳化鎢87重量份～94重量份；粘結(jié)劑9重量份～12重量份；抑制劑0.4重量份～2重量份；所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金以碳化鉭和碳化鈮共同作為抑制劑，不僅有效抑制碳化鎢晶粒長大，控制碳化鎢的晶粒度，還能夠提升硬質(zhì)合金對不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的組分實現(xiàn)協(xié)同作用，從而使硬質(zhì)合金同時具有高硬度和高強(qiáng)度。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金制備的合金刀頭硬度為91HRA～91.5HRA，抗彎強(qiáng)度TRS大于2400N/mm2。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明提供了一種硬質(zhì)合金，包括以下組分：
碳化鎢87重量份～94重量份；
粘結(jié)劑9重量份～12重量份；
抑制劑0.4重量份～2重量份；
所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。
在本發(fā)明中，所述硬質(zhì)合金包括碳化鎢、粘結(jié)劑和抑制劑。在本發(fā)明中，所述硬質(zhì)合金以碳化鎢為主要組分，其具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，是合金具有高硬度和高強(qiáng)度的基礎(chǔ)。在本發(fā)明中，所述硬質(zhì)合金包括87重量份～94重量份的碳化鎢，優(yōu)選為90重量份～93.5重量份。
在本發(fā)明中，所述粘結(jié)劑優(yōu)選包括鈷粉、鎢粉、鎳粉和鉬粉中的一種或多種，更優(yōu)選為鈷粉和鎢粉中的一種或兩種，最優(yōu)選為鈷粉和鎢粉。在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，所述粘結(jié)劑為鈷粉和鎢粉；所述鈷粉和鎢粉的質(zhì)量比優(yōu)選為(8～9)：(1～3)，更優(yōu)選為(8.3～9)：(1～2.8)。在本發(fā)明中，所述硬質(zhì)合金包括9重量份～12重量份的粘結(jié)劑，優(yōu)選為9.3重量份～11.8重量份。
在本發(fā)明中，所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。在本發(fā)明中，采用碳化鉭和碳化鈮共同作為抑制劑，不僅有效抑制碳化鎢晶粒長大，控制碳化鎢的晶粒度，還能夠提升硬質(zhì)合金對不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的組分實現(xiàn)協(xié)同作用，從而使硬質(zhì)合金同時具有高硬度和高強(qiáng)度。在本發(fā)明中，所述抑制劑中碳化鉭和碳化鈮的質(zhì)量比優(yōu)選為1：(0.5～1.5)，更優(yōu)選為1：1。在本發(fā)明中，所述硬質(zhì)合金包括0.4重量份～2重量份的抑制劑，優(yōu)選為1重量份～1.6重量份。
本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述的硬質(zhì)合金的制備方法，包括以下步驟：
a)將碳化鎢、粘結(jié)劑和抑制劑進(jìn)行混合，得到混合料；所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鎢；
b)將步驟a)得到的混合料依次進(jìn)行壓制和燒結(jié)，得到硬質(zhì)合金。
本發(fā)明首先將碳化鎢、粘結(jié)劑和抑制劑進(jìn)行混合，得到混合料。在本發(fā)明中，所述碳化鎢為硬質(zhì)合金的主要原料，其具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，是合金具有高硬度和高強(qiáng)度的基礎(chǔ)。本發(fā)明對所述碳化鎢的來源沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的市售碳化鎢粉即可。在本發(fā)明中，所述碳化鎢的粒徑優(yōu)選為0.9μm～2.0μm，更優(yōu)選為1μm～1.49μm。
在本發(fā)明中，所述粘結(jié)劑優(yōu)選包括鈷粉、鎢粉、鎳粉和鉬粉中的一種或多種，更優(yōu)選為鈷粉和鎢粉中的一種或兩種，最優(yōu)選為鈷粉和鎢粉。在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，所述粘結(jié)劑為鈷粉和鎢粉；所述鈷粉和鎢粉的質(zhì)量比優(yōu)選為(8～9)：(1～3)，更優(yōu)選為(8.3～9)：(1～2.8)；所述鈷粉的粒徑優(yōu)選為1.9μm～2.6μm，更優(yōu)選為2μm～2.5μm；所述鎢粉的粒徑優(yōu)選為1.9μm～2.6μm，更優(yōu)選為2μm～2.5μm。本發(fā)明對所述粘結(jié)劑的來源沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的上述鈷粉、鎢粉、鎳粉和鉬粉的市售商品即可。
在本發(fā)明中，所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。在本發(fā)明中，所述抑制劑中碳化鉭和碳化鈮的質(zhì)量比優(yōu)選為1：(0.5～1.5)，更優(yōu)選為1：1。本發(fā)明對所述抑制劑的來源沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的上述碳化鉭粉和碳化鈮粉的市售商品即可。在本發(fā)明中，所述碳化鉭的粒徑優(yōu)選為0.9μm～2.0μm，更優(yōu)選為1μm～1.49μm；所述碳化鈮的粒徑優(yōu)選為0.9μm～2.0μm，更優(yōu)選為1μm～1.49μm。
在本發(fā)明中，所述碳化鎢、粘結(jié)劑和抑制劑的質(zhì)量比為(87～94)：(9～12)：(0.4～2)，更優(yōu)選為(90～93.5)：(9.3～11.8)：(1～1.6)。
在本發(fā)明中，所述混合的過程優(yōu)選具體為：
a1)將碳化鎢、粘結(jié)劑和抑制劑在球磨介質(zhì)中進(jìn)行球磨，得到混合物；
a2)將步驟a1)得到的混合物依次進(jìn)行第一次過篩、干燥和第二次過篩，得到混合料。
在本發(fā)明中，采用濕磨工藝進(jìn)行球磨；本發(fā)明對所述球磨的設(shè)備沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的球磨機(jī)即可。在本發(fā)明中，所述球磨介質(zhì)優(yōu)選為乙醇，本發(fā)明對此沒有特殊限制。在本發(fā)明中，所述球磨的球直徑優(yōu)選為8mm～10mm。本發(fā)明采用上述球磨介質(zhì)和球，設(shè)置球料比為3：1，填充系數(shù)為0.45～0.5，液固比為250mL/kg～350mL/kg。
在本發(fā)明中，所述球磨的速度優(yōu)選為35r/min～45r/min，更優(yōu)選為40r/min；所述球磨的時間優(yōu)選為20h～50h，更優(yōu)選為30h～40h。
得到所述混合物后，本發(fā)明將得到的混合物依次進(jìn)行第一次過篩、干燥和第二次過篩，得到混合料。在本發(fā)明中，所述第一次過篩的目數(shù)優(yōu)選為300目～350目，更優(yōu)選為320目。
在本發(fā)明中，所述干燥的目的是去除混合物中的球磨介質(zhì)。在本發(fā)明中，所述干燥的溫度優(yōu)選為80℃～82℃，更優(yōu)選為81℃；所述干燥的時間優(yōu)選為15h～20h，更優(yōu)選為18h。
在本發(fā)明中，所述第二次過篩的方式優(yōu)選采用振動過篩；所述第二次過篩的目數(shù)優(yōu)選為55目～65目，更優(yōu)選為60目。
得到所述混合料后，本發(fā)明將得到的混合料依次進(jìn)行壓制和燒結(jié)，得到硬質(zhì)合金。在本發(fā)明中，所述壓制的方式優(yōu)選為摻膠壓制，具體為：將混合料與膠混合，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，最后壓制成型。在本發(fā)明中，所述膠優(yōu)選為丁鈉橡膠；所述摻膠量優(yōu)選為90mL/kg～100mL/kg，更優(yōu)選為94mL/kg。本發(fā)明對所述壓制的設(shè)備沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的雙向式壓機(jī)即可。在本發(fā)明中，所述壓制的壓力優(yōu)選為3t～100t，更優(yōu)選為10t～90t。
完成所述壓制過程后，本發(fā)明將壓制成型后的混合料進(jìn)行燒結(jié)，得到硬質(zhì)合金。在本發(fā)明中，所述燒結(jié)的溫度優(yōu)選為1430℃～1480℃，更優(yōu)選為1450℃～1460℃；所述燒結(jié)的時間優(yōu)選為10h～12h，更優(yōu)選為670min。
本發(fā)明優(yōu)選還包括對得到的硬質(zhì)合金進(jìn)行后處理；所述后處理優(yōu)選為表面處理。本發(fā)明對所述表面處理的設(shè)備沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的立式噴砂機(jī)即可。在本發(fā)明中，所述表面處理的時間優(yōu)選為10min～20min，更優(yōu)選為15min。
本發(fā)明還提供了一種合金刀頭，由上述技術(shù)方案所述的硬質(zhì)合金或上述技術(shù)方案所述的制備方法得到的硬質(zhì)合金制備而成。本發(fā)明對所述合金刀頭的制備方法沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的機(jī)械加工工藝即可。
本發(fā)明提供了一種硬質(zhì)合金及其制備方法和合金刀頭，所述硬質(zhì)合金包括以下組分：碳化鎢87重量份～94重量份；粘結(jié)劑9重量份～12重量份；抑制劑0.4重量份～2重量份；所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金以碳化鉭和碳化鈮共同作為抑制劑，不僅有效抑制碳化鎢晶粒長大，控制碳化鎢的晶粒度，還能夠提升硬質(zhì)合金對不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的組分實現(xiàn)協(xié)同作用，從而使硬質(zhì)合金同時具有高硬度和高強(qiáng)度。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金制備的合金刀頭硬度HRA為91～91.5，抗彎強(qiáng)度TRS大于2400N/mm2。
另外，本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金的制備方法工藝簡單，易于操作，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面通過以下實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例中所用的原料均為市售商品。
實施例1
(1)原料配比：碳化鎢93.5重量份，鈷粉9重量份，鎢粉2重量份，碳化鉭0.8重量份，碳化鈮0.8重量份；
將上述原料與球料比為3：1的直徑為8mm～10mm的球、液固比為300mL/kg的乙醇加入球磨機(jī)，填充系數(shù)為0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
將上述混合物過320目篩，在81℃下干燥18h，在振動過60目篩，得到混合料。
(2)將上述混合料與摻膠量為94mL/kg的丁鈉橡膠混合均勻，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，然后采用雙向式壓機(jī)在50t壓力下壓制成型，最后在1455℃下燒結(jié)670min，得到硬質(zhì)合金。
(3)采用立式噴砂機(jī)表面處理15min，根據(jù)不同型號進(jìn)行機(jī)械加工，得到合金刀頭。
采用壓痕法對本發(fā)明實施例1提供的合金刀頭的硬度進(jìn)行測試，結(jié)果表明，本發(fā)明實施例1提供的合金刀頭的硬度為91.5HRA。
采用萬能試驗機(jī)對本發(fā)明實施例1提供的合金刀頭的抗彎強(qiáng)度(TRS)進(jìn)行測試，結(jié)果表明，本發(fā)明實施例1提供的合金刀頭的抗彎強(qiáng)度(TRS)大于2500。
實施例2
(1)原料配比：碳化鎢87重量份，鈷粉8.5重量份，鎢粉2.8重量份，碳化鉭0.5重量份，碳化鈮0.5重量份；
將上述原料與球料比為3：1的直徑為8mm～10mm的球、液固比為300mL/kg的乙醇加入球磨機(jī)，填充系數(shù)為0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
將上述混合物過320目篩，在81℃下干燥18h，在振動過60目篩，得到混合料。
(2)將上述混合料與摻膠量為94mL/kg的丁鈉橡膠混合均勻，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，然后采用雙向式壓機(jī)在50t壓力下壓制成型，最后在1455℃下燒結(jié)670min，得到硬質(zhì)合金。
(3)采用立式噴砂機(jī)表面處理15min，根據(jù)不同型號進(jìn)行機(jī)械加工，得到合金刀頭。
采用壓痕法對本發(fā)明實施例2提供的合金刀頭的硬度進(jìn)行測試，結(jié)果表明，本發(fā)明實施例2提供的合金刀頭的硬度為91HRA。
采用萬能試驗機(jī)對本發(fā)明實施例2提供的合金刀頭的抗彎強(qiáng)度(TRS)進(jìn)行測試，結(jié)果表明，本發(fā)明實施例2提供的合金刀頭的抗彎強(qiáng)度(TRS)大于2400。
實施例3
(1)原料配比：碳化鎢90重量份，鈷粉8.3重量份，鎢粉1重量份，碳化鉭0.2重量份，碳化鈮0.2重量份；
將上述原料與球料比為3：1的直徑為8mm～10mm的球、液固比為300mL/kg的乙醇加入球磨機(jī)，填充系數(shù)為0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
將上述混合物過320目篩，在81℃下干燥18h，在振動過60目篩，得到混合料。
(2)將上述混合料與摻膠量為94mL/kg的丁鈉橡膠混合均勻，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，然后采用雙向式壓機(jī)在50t壓力下壓制成型，最后在1455℃下燒結(jié)670min，得到硬質(zhì)合金。
(3)采用立式噴砂機(jī)表面處理15min，根據(jù)不同型號進(jìn)行機(jī)械加工，得到合金刀頭。
采用壓痕法對本發(fā)明實施例3提供的合金刀頭的硬度進(jìn)行測試，結(jié)果表明，本發(fā)明實施例3提供的合金刀頭的硬度為91HRA。
采用萬能試驗機(jī)對本發(fā)明實施例3提供的合金刀頭的抗彎強(qiáng)度(TRS)進(jìn)行測試，結(jié)果表明，本發(fā)明實施例3提供的合金刀頭的抗彎強(qiáng)度(TRS)大于2400。
對比例1
(1)原料配比：碳化鎢90重量份，鈷粉8.6重量份，碳化鉭0.6重量份；
將上述原料與球料比為3：1的直徑為8mm～10mm的球、液固比為300mL/kg的乙醇加入球磨機(jī)，填充系數(shù)為0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
將上述混合物過320目篩，在81℃下干燥18h，在振動過60目篩，得到混合料。
(2)將上述混合料與摻膠量為94mL/kg的丁鈉橡膠混合均勻，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，然后采用雙向式壓機(jī)在50t壓力下壓制成型，最后在1455℃下燒結(jié)670min，得到硬質(zhì)合金。
(3)采用立式噴砂機(jī)表面處理15min，根據(jù)不同型號進(jìn)行機(jī)械加工，得到合金刀頭。
采用壓痕法對對比例1提供的合金刀頭的硬度進(jìn)行測試，結(jié)果表明，對比例1提供的合金刀頭的硬度為90HRA。
采用萬能試驗機(jī)對對比例1提供的合金刀頭的抗彎強(qiáng)度(TRS)進(jìn)行測試，結(jié)果表明，對比例1提供的合金刀頭的抗彎強(qiáng)度(TRS)大于2200。
所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。