一种粘结相热处理强化的硬质合金及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种粘结相热处理强化的硬质合金及制备方法，是以Co、Ni、Fe等元素为本发明专利技术中硬质合金粘结相的主要原料，添加Cr、Mo、W、Ti等金属粉末，通过机械合金化或化学合成的方法制备硬质合金的粘结相；并通过热处理方式在硬质合金粘结相内部原位产生强化相；有效解决其他硬质合金粘结相强化方法中易出现的强化相或添加剂分散不均问题；避免了粘结相中脆性区域的形成和合金韧性下降的情况。本发明专利技术所制备的硬质合金能在保证韧性的前提下有效提高硬质合金粘结相的强度，同时该制备方法具有实施简易，成本较低，便于大批量生产的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬质合金材料制造
，特别是涉及一种粘结相热处理强化的硬质合金及制备方法。
技术介绍
硬质合金主要是由碳化钨硬质相和铁、钴、镍等铁族金属粘结相共同构成，自上世纪三十年代开始，硬质合金被广泛应用于金属加工、工程机械、模具制造等工业领域。随着现代工业的发展，对硬质合金工具和结构件的性能要求日益提高。在传统的碳化钨-铁族金属合金的基础上，碳化物固溶体、涂层硬质合金、热等静压烧结等诸多新技术的引入，使得硬质合金不断发展以适应现代工业的要求并得到了越来越广泛的应用。在硬质合金的不断改进中，粘结相一直都是研究的重点。相对于硬质合金中碳化钨硬质相而言，金属粘结相硬度较小。粘结相强度不足是导致硬质合金发生失效和破坏的重要原因。强化粘结相能够有效提高硬质合金的强度，改善硬质合金的综合使用性能，是提高硬质合金使用寿命的关键。现有关于硬质合金粘结相的研究成果中，强化粘结相的措施主要分为以下三种方法：1.预制强化相的方法：主要手段是通过在粘结相中添加预先制备的高强度纳米级金属、稀土氧化物或纳米碳化钨晶须作为强化相的方法。利用机械分散将强化相弥散分布在硬质合金混合料内部，通过传统真空或压力烧结制备硬质合金。该方法主要难度在于利用机械分散的方法很难将纳米强化相均匀分散到粘结相中；另外，由于粘结相与强化相的润湿性较差，强化相倾向于分布于粘结相与碳化物硬质相的边界上，强化效果有限。2.粘结相合金化的方法：主要手段为采用Ni3Al、Fe3Al等金属间化合物取代或部分取代传统硬质合金粘结相。采用预先制备的强度较高的金属间化合物，全部或部分取代钴、镍等金属作为粘结剂制备硬质合金。该方法利用了金属间化合物高温强度优异的特点，但无法克服金属间化合物的低温脆性问题，导致硬质合金韧性下降。3.热处理粘结相的方法：主要方法为在粘结相中加入少量稀土氧化物或晶粒抑制剂等成分，通过后续的热处理，包括淬火、深冷、回火等工艺实现对粘结相的强化。该方法也存在添加剂分散难的问题，并且硬质合金的生产工序大大延长，难易大规模生产性价比高的硬质合金产品。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种粘结相热处理强化的硬质合金及制备方法，是采用机械合金化或化学合成法将合金元素引入硬质合金粘结相，并通过热处理弥散析出细小硬质相进行强化的方法，实现了对硬质合金粘结相的固溶或弥散相强化，所制备的硬质合金能在保证韧性的前提下有效提高硬质合金粘结相的强度，同时该制备方法具有实施简易，成本较低，便于大批量生产的优点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种粘结相热处理强化的硬质合金，包括碳化物硬质相和粘结相，其粘结相具有如下成分：总质量百分数不少于50％且不超过90％的Co、Ni和Fe；Cr元素含量为0～30wt.％；W元素含量为0～10wt.％；Mo元素含量为0～5wt.％；C元素含量控制于1.5wt.％以下；含有总量不超过5wt.％的V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu、Si、B等元素。所述粘结相的含量占硬质合金总重量的5～30wt.％。所述硬质合金在经过固溶、时效热处理后，其矫顽磁力升高超过15％以上。所述硬质合金在经过固溶、时效热处理后，粘结相中析出体积比为5～60％的Co、Ni、Fe、Cr、W、Mo、V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu中的一种或多种添加元素的金属间化合物或Co、Ni、Fe、Cr、W、Mo、V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu中的一种或多种添加元素形成碳化物的弥散增强相。一种粘结相热处理强化的硬质合金的制备方法，是先在硬质合金粘结相的制备过程中采用机械合金化方法引入合金元素，再将制得的粘结相与硬质相按现有技术的硬质合金制备方法进行配料烧结，最后对硬质合金进行热处理使粘结相得到强化。所述采用机械合金化方法为采用高能球磨方法。在烧结过程中的气氛采用可控低碳气氛。所述对硬质合金进行热处理包括固溶热处理和时效热处理；所述固溶热处理温度为900℃至1300℃；时效热处理温度为550℃至850℃，时效处理时间大于2小时。本专利技术的另一种粘结相热处理强化的硬质合金的制备方法，是先在硬质合金粘结相的制备过程中采用化学合成方法引入合金元素，再将制得的粘结相与硬质相按现有技术的硬质合金制备方法进行配料烧结，最后对硬质合金进行热处理使粘结相得到强化。所述采用化学合成方法为采用溶胶-凝胶方法。在烧结过程中的气氛采用可控低碳气氛。所述对硬质合金进行热处理包括固溶热处理和时效热处理；所述固溶热处理温度为900℃至1300℃；时效热处理温度为550℃至850℃，时效处理时间大于2小时。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用机械合金化等方法制备成分均匀的粘结相粉末，并通过热处理方式在硬质合金粘结相内部原位产生强化相；有效解决其他硬质合金粘结相强化方法中易出现的强化相或添加剂分散不均问题；避免了粘结相中脆性区域的形成和合金韧性下降的情况。本专利技术中的强化方式，包括固溶强化和时效强化，热处理工艺能够使强化元素或强化相均匀弥散的分布于粘结相中。强化相的尺寸细小并且可以控制，强化效果较其他手段明显提高。本专利技术的热处理温度较低、工艺简便可靠，即使反复进行也不会影响硬质合金中硬质相的组织结构。有效的避免了因热处理工艺带来的硬质合金的性能劣化，降低了报废率，适宜规模化工业应用。以下结合实施例对本专利技术作进一步详细说明；但本专利技术的一种粘结相热处理强化的硬质合金及制备方法不局限于实施例。具体实施方式实施例本专利技术的一种粘结相热处理强化的硬质合金及制备方法，是以Co、Ni、Fe等元素为本专利技术中硬质合金粘结相的主要原料，添加Cr、Mo、W、Ti等金属粉末，通过机械合金化或化学合成的方法制备硬质合金的粘结相。铁族元素Co、Ni、Fe与WC等碳化物硬质相具有良好的润湿性和粘结强度，一直都是硬质合金的粘结相的主要成分。本专利技术的硬质合金粘结相中可以含有任意比例的Co、Ni、Fe成分。在此基础上，添加Cr、Mo、W、V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu、Si、B等元素构成硬质合金的粘结相。在Co、Ni、Fe构成的粘结相体系中，同一添加元素在不同体系中既可以起固溶强化作用，也可以起时效强化作用；同一粘结相体系中通过不同的添加元素配方和热处理工艺路径，可以实现固溶强化，也可实现时效强化或二者混合的强化效果。主要的粘结相体系及对应的添加元素和强化机理如下：在以Co为主要粘结剂的体系中，主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘结相热处理强化的硬质合金，其特征在于：包括碳化物硬质相和粘结相，其粘结相具有如下成分：总质量百分数不少于50％且不超过90％的Co、Ni和Fe；Cr元素含量为0～30wt.％；W元素含量为0～10wt.％；Mo元素含量为0～5wt.％；C元素含量控制于1.5wt.％以下；含有总量不超过5wt.％的V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu、Si、B等元素。

【技术特征摘要】
1.一种粘结相热处理强化的硬质合金，其特征在于：包括碳化物硬质相和粘结
相，其粘结相具有如下成分：
总质量百分数不少于50％且不超过90％的Co、Ni和Fe；
Cr元素含量为0～30wt.％；
W元素含量为0～10wt.％；
Mo元素含量为0～5wt.％；
C元素含量控制于1.5wt.％以下；
含有总量不超过5wt.％的V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu、Si、B等元素。
2.根据权利要求1所述的粘结相热处理强化的硬质合金，其特征在于：所述粘
结相的含量占硬质合金总重量的5～30wt.％。
3.根据权利要求1所述的粘结相热处理强化的硬质合金，其特征在于：所述硬
质合金在经过固溶、时效热处理后，其矫顽磁力升高超过15％以上。
4.根据权利要求1所述的粘结相热处理强化的硬质合金，其特征在于：所述硬
质合金在经过固溶、时效热处理后，粘结相中析出体积比为5～60％的Co、Ni、Fe、
Cr、W、Mo、V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu中的一种或多种添加元素的金属间化合
物或Co、Ni、Fe、Cr、W、Mo、V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu中的一种或多种添
加元素形成碳化物的弥散增强相。
5.一种粘结相热处理强化的硬质合金的制备方法，其特征在于：是先在硬质合
金粘结相的制备过程中采用机械合金化方法引入如权利要求1所述的合金元素，再将
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祺森，吴冲浒，聂洪波，刘超，冯炎建，李文强，文晓，肖满斗，谢海唯，
申请(专利权)人：厦门钨业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35