一种不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金制造技术

为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金。采用中颗粒WC粉、钴粉、（Ti，W）C粉为原料，不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金，采用不含氮的粉末原料制备硬质合金，能够提升硬质合金的力学性能。其中，硬质合金力学性能的提升取决于烧结过程中形成的脱β层的组织与形貌。表面形成的脱β层厚度高时，硬质合金就具有优异的力学性能。表面形成的脱β层厚度小，硬质合金的力学性能就较低。所制得的不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明专利技术能够为制备高性能的梯度硬质合金提供一种新的生产工艺。

A Gradient Cemented Carbide with De-Beta Layer Prepared from Nitrogen-Free Raw Materials

In order to improve the hardness and wear resistance of cemented carbide, a gradient de-beta layer cemented carbide without nitrogen was prepared. De-beta layer gradient cemented carbide was prepared from medium-sized WC powder, cobalt powder and (Ti, W) C powder without nitrogen. The mechanical properties of cemented carbide were improved by using non-nitrogen powder. Among them, the improvement of mechanical properties of cemented carbide depends on the structure and morphology of the delamination layer formed during sintering. The cemented carbide has excellent mechanical properties when the thickness of the delamination layer formed on the surface is high. The mechanical properties of cemented carbide are lower when the thickness of the delamination layer formed on the surface is small. The hardness, densification degree and flexural strength of the gradient cemented carbide prepared from nitrogen-free raw materials have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing gradient cemented carbide with high performance.

【技术实现步骤摘要】
一种不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金。
技术介绍
硬质合金是以难熔金属碳化物(如WC)为基体，以塑性金属(Fe、Ni、Co)为粘结相，采用粉末冶金法制备的具有高强度、高硬度和高耐磨性硬质材料。超细WC-Co硬质合金具有比普通WC-Co硬质合金更高的硬度、更好的耐磨性、更高横向断裂强度以及更良好的断裂韧性等优越性能，被广泛应用于金属切削加工、耐磨零件等领域，具有巨大的市场需求。WC-Co硬质合金被誉为“工业的牙齿”，如何有针对性地依用途研究或开发高性能材料是该领域的研究热点。硬质合金作为重要的工具材料，广泛应用于多个工业部门。在硬质合金的具体应用中，主要考察其硬度、耐磨性、韧性能否满足需求。在不降低或轻微降低硬质合金硬度、耐磨性的条件下，尽可能地提高其强度和韧性，是硬质合金研究领域最重要的课题之一。在粘结相含量一定的情况下，当WC晶粒度减少到1.0μm以下时，硬质合金的硬度、强度均有提高，应用领域更为广泛。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的制备原料包括：中颗粒WC粉、钴粉、（Ti，W）C粉。不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨机转速为90r/min，球料比为7：1，球磨时间为32h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，压制压力为180MPa。将制好的压坯放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1500℃，保温时间为90min。不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的检测步骤为：微观形貌采用LEO1450型扫描电子显微镜，物相组成采用D/MAXRB型X射线衍射仪，元素分布采用扫描电镜自带的能谱仪测定。所述的不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金，采用不含氮的粉末原料制备硬质合金，能够提升硬质合金的力学性能。其中，硬质合金力学性能的提升取决于烧结过程中形成的脱β层的组织与形貌。表面形成的脱β层厚度高时，硬质合金就具有优异的力学性能。表面形成的脱β层厚度小，硬质合金的力学性能就较低。所述的不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金，烧结温度对硬质合金的性能有较大的影。烧结温度影响硬质合金的性能采用不含氮的硬质合金原料，通过在梯度烧结工艺之前增取决于烧结温度能否促进脱β层的形成。所述的不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金，烧结压力的施加是硬质合金力学性能提升的关键。在烧结过程中施加一定的烧结压力，能够保证形成的脱β层与硬质合金表面黏结较好，并能使形成的脱β层具有更均匀的组织结构。此时，随着烧结温度的增加，脱β层的厚度会随之而增加。本专利技术的有益效果是：采用中颗粒WC粉、钴粉、（Ti，W）C粉为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金。其中，采用不含氮的原料制备的硬质合金，其对硬质合金性能的提升主要体现为在硬质合金表面形成一层厚度均匀、与基体结合良好的脱β层。合适的烧结温度及烧结压力的设定能够保证形成性能良好的脱β层。所制得的不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的梯度硬质合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的制备原料包括：中颗粒WC粉、钴粉、C粉。不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为直径14.5mm的硬质合金球，球磨机转速为95r/min，己烷加量为285mL/kg，球料比为5：1，球磨时间为23h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为65min，干燥温度为55℃，随后加入5.65%的石蜡作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，将其压制成直径为55mm(±1mm)、高度为4.5mm(±0.5mm)的试样，压制压力为175MPa。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1485℃，保温时间为95min。不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的检测步骤为：物相组成采用D/MAXRB型X射线衍射仪，微观形貌采用LEO1450型扫描电子显微镜，元素分布采用扫描电镜自带的能谱仪测定。实施案例2：采用微压烧结工艺后，在合金表层均形成了厚度不等的脱β层，且脱β层的厚度随着烧结温度的升高而增大，在1415，1435，1475℃保温1.5h的烧结工艺下获得的脱β层厚度分别约为8.5，12.45，22μm；采用无微压烧结时，不论是采用提高烧结温度，还是延长保温时间的办法均不能够制得脱β层梯度硬质合金，而是获得了均质结构硬质合金，其内部组织分布均匀，晶粒尺寸在1.5～2μm之间，且在烧结温度较低时，晶粒没有明显长大，当烧结温度为1495℃时，有个别WC晶粒异常长大。实施案例3：采用无微压烧结时，合金中各元素的含量变化不大；采用微压烧结时，合金表层的元素分布明显不同于心部的，在脱β层中，钛元素的含量基本为零，钴元素的含量高于心部的平均含量，钨元素的含量变化不大。由不含氮硬质合金原料烧结制备的脱β层梯度硬质合金表层钛、钴、钨等元素的分布规律，与采用含氮硬质合金原料制备的脱β层梯度硬质合金的基本相同。实施案例4：采用无微压烧结时，合金表层与心部的物相相同，均为WC、C和钴相；而采用微压烧结时，合金表层仅含由WC和钴相，不含（Ti，W）C相的心部与无微压烧结时的类似。对其进行冲蚀测试，冲蚀过程中磨粒石英砂对表面连续冲击，使表面产生了大量的凹坑，凹坑边缘有变形中挤压出来的材料堆积物，形成唇状凸缘。在粒子不断冲击下，凸缘因反复挤压而剥落。其磨损机制为冲蚀挤压—形成凹坑—材料剥落。作为增强相，WC颗粒的硬度和刚度比石英砂高得多，能较好地抵抗磨粒的冲击作用。在冲蚀磨损过程中，涂层受到磨粒尖角的切削和犁沟作用，进而发生塑性变形，逐渐疲劳剥裂、下凹，突起的WC颗粒承受了磨粒的主要冲击。实施案例5：推测不含氮硬质合金原料形成脱β层的过程为：合金表层的碳化物相首先通过微压氮化烧结工艺被氮化，生成碳氮化物相，在随后的真空烧结过程中通过碳氮化物相的分解、元素的扩散形成脱β层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的制备原料包括：中颗粒WC粉、钴粉、（Ti，W）C粉。

【技术特征摘要】
1.一种不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的制备原料包括：中颗粒WC粉、钴粉、（Ti，W）C粉。2.根据权利要求1所述的不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金，其特征是不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨机转速为90r/min，球料比为7：1，球磨时间为32h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，压制压力为180MPa，将制好的压坯放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1500℃，保温时间为90min。3.根据权利要求1所述的不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金，其特征是不含氮原料制备的脱β层梯度硬质合金的检测步骤为：微观形貌采用LEO1450型扫描电子显微镜，物相组成采用D/MAXRB型X射线衍射仪，元素分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺霖，
申请(专利权)人：王艺霖，
类型：发明
国别省市：辽宁,21