硬質(zhì)合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硬質(zhì)合金，包括硬質(zhì)相和Co粘結(jié)相，其中Co粘結(jié)相中主要含有Cr或/和Mo，并且Co粘結(jié)相中不含Ni。本發(fā)明的硬質(zhì)合金采用不含Ni的Co粘結(jié)相，通過在不含Ni的Co粘結(jié)相里添加Cr和/或Mo元素，Co粘結(jié)相HCP轉(zhuǎn)為FCC相變點增加，可防止Co粘結(jié)相在溫度升高時HCP轉(zhuǎn)變成FCC相變后體積膨脹及變軟而引起的Co相流失，從而大大提高硬質(zhì)合金的切削性能與使用壽命。
【專利說明】
硬質(zhì)合金
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種在高溫下仍具有較好的切削性能和力學(xué)性能的硬質(zhì)合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 硬質(zhì)合金是W高硬度難烙金屬的碳化物（如碳化鶴WC、碳化鐵TiC)微米級粉末為 主要成分（即作為硬質(zhì)相），W鉆(Co)為粘結(jié)相，輔W抑制相，在真空爐或氨氣還原爐中燒結(jié) 而成的粉末冶金制品。而目前用于刀具、模具等技術(shù)領(lǐng)域的硬質(zhì)合金材料，主要Wwc或其它 碳化物作為硬質(zhì)相，WCo作為粘結(jié)相，比如主要化學(xué)成分為WC-Co、WC-TiC-Co ,WC-TiC-^C-Co配方的硬質(zhì)合金等。如圖1所示，硬質(zhì)合金中Co粘結(jié)相在溫度低于430°C時為密排六方結(jié) 構(gòu)化CP結(jié)構(gòu)），原子排列比較緊密，密度較高；當(dāng)溫度高于430°C時為面屯、立方結(jié)構(gòu)(FCC結(jié) 構(gòu)），此時原子排列比較松散，密度突然下降，體積劇烈膨脹(約1.35% )。所W在切削加工過 程中由于摩擦發(fā)熱至400°C W上時或者高溫下時Co粘結(jié)相會由低溫下的密排六方結(jié)構(gòu)化CP 相)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫱?、立方結(jié)構(gòu)(FCC相），造成粘結(jié)相體積膨脹、變軟(測試數(shù)據(jù)如圖2所示），粘結(jié) 相流失(Co粘結(jié)相流失機理示意圖如圖3所示），并極大地降低了硬質(zhì)合金在高溫下的切割 性能與機械性能，并且運些特點在2007年28卷第5期出版的《材料熱處理學(xué)報》中的第105-110頁"硬質(zhì)合金強度隨溫度的變化及失效機理的研究"中也報道過;而如何提高Co粘結(jié)相 的運一相變點，W提高硬質(zhì)合金高溫下的切削性能和力學(xué)性能是關(guān)系到硬質(zhì)合金更廣泛應(yīng) 用的難題。目前研究人員大多集中在Co粘結(jié)相基體中加入Ni等元素來穩(wěn)定FCC結(jié)構(gòu)，運樣會 導(dǎo)致該相變點降低，雖然室溫下硬質(zhì)合金的硬度、切削性能較好，但溫度升高后，F(xiàn)CC相由于 滑移系較多，容易變軟，硬質(zhì)合金切削性能仍會急劇下降，例如中國專利公開號CN 103173673 A中公開了在Co-Ni合金做粘結(jié)劑的硬質(zhì)合金體系中提出通過添加劑來對Co-Ni 粘結(jié)相進(jìn)行改善，減緩粘結(jié)相在室溫下的消耗，W延長了硬質(zhì)合金的使用壽命，但由于粘結(jié) 相中含有大量的儀，使FCC轉(zhuǎn)為HCP相變點較純Co更低，粘結(jié)相在更低溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC相， 隨溫度的升高迅速變軟，大大降低了硬質(zhì)合金高溫下的切削性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在高溫下仍具有較好 的切削性能和力學(xué)性能的硬質(zhì)合金。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0005] -種硬質(zhì)合金，包括硬質(zhì)相和Co粘結(jié)相，其中Co粘結(jié)相中含有化或/和Mo。優(yōu)選的， 所述Co粘結(jié)相中不含Ni。所述Co粘結(jié)相中不含有Ni等會降低HCP轉(zhuǎn)化為FCC相變點的元素； Co粘結(jié)相中含有化或/和Mo,可W提高該相變點，保證粘結(jié)相在高溫下仍然為HCP結(jié)構(gòu)，提高 硬質(zhì)合金的切削性能與力學(xué)性能。
[0006] 上述的硬質(zhì)合金，優(yōu)選的，所述Co粘結(jié)相中化的質(zhì)量含量為0%~29% ,Mo的質(zhì)量 含量為0%~5%，其余為Co。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述Co粘結(jié)相中化的質(zhì)量含量為2%~20% ,Mo 的質(zhì)量含量為1 %~5 %，其余為Co。
【申請人】通過研究發(fā)現(xiàn)，在粘結(jié)相中加入一定量的化和Mo 能夠有助于抑制Co的HCP相向FCC相轉(zhuǎn)變，減少粘結(jié)相與加工材料的反應(yīng)，從而達(dá)到減緩其 損耗的要求。但是粘結(jié)相中加入&和/或Mo過多會與Co發(fā)生反應(yīng)，形成脆性的0相或Tl相，加 入的化和/或Mo過少，卻達(dá)不到抑制Co相轉(zhuǎn)變的要求。
[0007]上述的硬質(zhì)合金，優(yōu)選的，所述粘結(jié)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金質(zhì)量的為5%~25%。
[000引上述的硬質(zhì)合金，優(yōu)選的，所述硬質(zhì)相主要為WC或TiC或二者的混合物。也可W為 其它可作為硬質(zhì)合金硬質(zhì)相的一種或多種金屬碳化物。
[0009] 上述的硬質(zhì)合金，優(yōu)選的，所述硬質(zhì)合金的制備過程包括為:先按照各元素含量進(jìn) 行配料，再依次進(jìn)行球磨、制粒、燒結(jié)，最后在粘結(jié)劑的相變點溫度下時效5-24小時。燒結(jié)后 的硬質(zhì)合金在相應(yīng)的粘結(jié)相相變點溫度下時效5-24小時，可W使粘結(jié)相全部轉(zhuǎn)變?yōu)镠CP結(jié) 構(gòu)，一方面由于HCP結(jié)構(gòu)具有更小的體積，可保證粘結(jié)相對硬質(zhì)相的更好包覆，提高硬質(zhì)相 與粘結(jié)相的結(jié)合強度，同時使HCP結(jié)構(gòu)的粘結(jié)相具有更高的力學(xué)性能，全面提高硬質(zhì)合金的 切削性能與力學(xué)性能。
[0010] 上述的硬質(zhì)合金，優(yōu)選的，所述燒結(jié)溫度高于1300°C，達(dá)到燒結(jié)溫度后的保溫時長 不低于30min。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0012] (1)本發(fā)明的硬質(zhì)合金采用不含Ni的Co粘結(jié)相，通過在不含Ni的Co粘結(jié)相里添加 Cr和/或Mo元素，Co粘結(jié)相肥P轉(zhuǎn)為FCC相變點增加，可防止Co粘結(jié)相在溫度升高時肥P轉(zhuǎn)變 成FCC相變后體積膨脹而引起的Co相流失，從而大大提高硬質(zhì)合金的使用壽命。
[0013] (2)本發(fā)明的硬質(zhì)合金通過在不含Ni的Co粘結(jié)相里添加化和/或Mo元素，可W大大 提高力學(xué)性能好的Co粘結(jié)相的HCP相在高溫下的穩(wěn)定性，極大改善硬質(zhì)合金的高溫切削性 和硬度。
[0014] (3)本發(fā)明通過在不含Ni的Co粘結(jié)相里添加化和/或Mo元素，可W大大提高Co粘結(jié) 相與硬質(zhì)相的潤濕性，提高硬質(zhì)合金燒結(jié)性能。
[0015] (4)本發(fā)明通過在不含Ni的Co粘結(jié)相里添加化和/或Mo元素，由于CinMo在Co內(nèi)的 固溶強化，可W大大提高Co粘結(jié)相的力學(xué)性能，提高硬質(zhì)合金的硬度與切削性能。
[0016] (5)本發(fā)明的硬質(zhì)合金相比于未添加硬質(zhì)合金的硬度，其在室溫下可W提高10-50HV，抗彎強度提高50-500MPa，在高溫下(400°CW上)硬度可W提高20-40HV。
【附圖說明】
[0017] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中硬質(zhì)合金Co粘結(jié)相在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)。
[0018] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中硬質(zhì)合金Co粘結(jié)相超過400°C時相變體積膨脹過程的測試圖。
[0019] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中硬質(zhì)合金Co粘結(jié)相發(fā)生相變導(dǎo)致Co粘結(jié)相流失的機理示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述， 但本發(fā)明的保護范圍并不限于W下具體的實施例。
[0021] 除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義 相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明 的保護范圍。
[0022] 除有特別說明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可W從市場上購買的商品或 者可W通過公知的方法制得的產(chǎn)品。
[0023] 本發(fā)明的硬質(zhì)合金，包括硬質(zhì)相和Co粘結(jié)相，其中，Co粘結(jié)相中含有化和/或Mo;而 硬質(zhì)相主要包括WC或TiC或二者的混合物，硬質(zhì)相的平均粒徑小于1.2WI1。本發(fā)明的硬質(zhì)合 金的制備過程包括:先按照各元素含量進(jìn)行配料，再依次進(jìn)行球磨、制粒、燒結(jié)，其中硬質(zhì) 相、粘結(jié)相的燒結(jié)溫度高于1300°C，達(dá)到燒結(jié)溫度后的保溫時長不低于30min;燒結(jié)后依照 不同粘結(jié)相的相變點，在相變溫度下實行時效處理(時效時間5-24小時），W獲取全部HCP相 的粘結(jié)相，提高硬質(zhì)合金的高溫切削性能。
[0024] 本發(fā)明的各個實施例中硬質(zhì)合金的粘結(jié)相成分及性能見表1和表2所示(注:表1中 的Mo和&含量是指其占粘結(jié)相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，WC含量是指其占硬質(zhì)合金材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；由 于目前無高溫下耐磨性測試設(shè)備，表2中硬質(zhì)合金的耐磨性與使用壽命是在室溫下根據(jù) ASTM G65標(biāo)準(zhǔn)來測量的）。
[0025] 表1各個實施例和對比例的硬質(zhì)合金的粘結(jié)相成分及室溫性能 [00261
[i
[0028]表2本發(fā)明不同實施例中的硬質(zhì)合金在不同溫度下的硬度
[0029]
[0030] 由表1和表2的實驗數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明的硬質(zhì)合金相比于現(xiàn)有技術(shù)的硬質(zhì)合金(對 比例1-4)，室溫下抗彎強度提高100-400MPa，室溫下耐磨性提高1-6倍，室溫下使用壽命提 高2-7倍;在高溫下(400°CW上)硬度可W提高10-20HRA。由此可見，本發(fā)明在Co粘結(jié)相的基 礎(chǔ)上，通過添加適量的化和/或Mo元素，提高了Co粘結(jié)相HCP轉(zhuǎn)為FCC的相變點，使粘結(jié)相在 高溫下仍保持為HCP相，并由于該相滑移系較少，硬度高，保證了硬質(zhì)合金在高溫下的力學(xué) 性能與高切削性能，同時，由于該相變得到抑制，可防止HCP相轉(zhuǎn)為FCC相變引起的體積膨脹 而使鉆相流失，從而可保證硬質(zhì)合金的具有優(yōu)異的切削性能與較長的使用壽命。
【主權(quán)項】
1. 一種硬質(zhì)合金，其特征在于，包括硬質(zhì)相和Co粘結(jié)相，其中Co粘結(jié)相中含有Cr或/和 Mo〇2. 如權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述Co粘結(jié)相中不含Ni。3. 如權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述Co粘結(jié)相中Cr的質(zhì)量含量為0 %~ 29%，Mo的質(zhì)量含量為0%~5%，其余為Co。4. 如權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述Co粘結(jié)相中Cr的質(zhì)量含量為2 %~ 20%，Mo的質(zhì)量含量為1%~5%，其余為Co。5. 如權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述Co粘結(jié)相的質(zhì)量占硬質(zhì)合金質(zhì)量的 百分?jǐn)?shù)為5 %~25 %。6. 如權(quán)利要求1~5任一項所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述硬質(zhì)相主要為WC或TiC或 二者的混合物。7. 如權(quán)利要求1~5任一項所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述硬質(zhì)合金的制備過程包 括為:先按照各元素含量進(jìn)行配料，再依次進(jìn)行球磨、制粒、燒結(jié)，最后在粘結(jié)劑的相變點溫 度下時效5-24小時。8. 如權(quán)利要求7所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述燒結(jié)溫度高于1300°C，達(dá)到燒結(jié)溫 度后的保溫時長不低于30min。
【文檔編號】C22C29/06GK105861903SQ201610367856
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】李云平
【申請人】中南大學(xué)