一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头，包括钨基体，钨基体表面覆盖有碳化钨硬质合金层，合金层由碳化钨陶瓷颗粒和粘结相组成，粘结相为钢，钨基体由底部倒立的圆台、中间圆柱和顶部圆锥组成，钨基体的含钨量为96wt％～99wt％。本发明专利技术还公开了一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头的制备方法，用该方法制备的钢结硬质合金头内部无孔隙，强度、硬度高，具有极好的耐磨性。

A steel bonded carbide head for coal pick and its preparation method

The invention discloses a steel bonded carbide head which can be used for making coal pick, including a tungsten matrix, the tungsten matrix surface is covered with a tungsten carbide carbide layer, the alloy layer is composed of tungsten carbide ceramic particles and a bonding phase, the bonding phase is steel, the tungsten matrix is composed of a circular platform with a bottom inverted, a middle cylinder and a top cone, and the tungsten matrix has a tungsten content of 96wt% \uff5e 99wt%. The invention also discloses a preparation method of steel bonded carbide head which can be used for making coal pick. The steel bonded carbide head prepared by the method has no pore inside, high strength and hardness, and excellent wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头及其制备方法
本专利技术属于硬质合金
，涉及一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头及其制备方法。
技术介绍
硬质合金是一种将微米级高硬度难熔金属硬质碳化物(WC、TiC)和粘结剂过渡族金属(Co、Fe、Ni)通过按不同材料体系成比例配方、压制成型，并在一定保护气氛下经高温烧结等粉末冶金方法制备的一种金属陶瓷材料。硬质合金因其具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能被广泛应用于切削工具、工程机械、耐磨耐腐零件、煤炭石油和矿山钻具等国民经济的各大领域。目前我国硬质合金产业的发展方向一是继续提升和改良生产技术和工艺装备水平；二是继续提升硬质合金的综合性能，扬长避短，同时也要研发创新新型硬质合金。目前已专利技术的新型硬质合金有1)细晶粒和超细晶粒硬质合金；2)添加稀土元素的硬质合金；3)表面涂层硬质合金；4)梯度硬质合金等。CN201410828317.4公开了一种硬质相为(TiW)C固溶体的钢结硬质合金材料，它的优势是合金是TiC-WC复合硬质相和高锰钢粘结相组成的材料，减少了战略资源W、Co的用量，有效降低生产和使用成本，孔隙度低，具有高的硬度和耐磨性，以及良好的可焊接性能，适用于凿岩和地矿类产品。CN1548567A公开了一种以高锰钢为粘结相的WC系钢结硬质合金材料的成分和工艺实施过程，只需调整其硬质相WC和C的含量即可生产出不同性能的合金材料。其中硬质相含量范围为75～90％，粘结相高锰钢10.0～25.0％；其中Mn:14.0～18.0％，Ni:3.0～6.0％，C:0.9～1.9％，Fe为余量。只要将粘结相成分控制在要求范围中即可实现产品无磁性。此专利技术属于低粘结相含量的一种钢结硬质合金材料，具有高的强度、硬度和耐磨性，可作为矿山工具材料和磨具材料使用。CN109402483A公开了一种碳化钒钢结硬质合金的制备方法。此专利技术未加入钨、钴元素，而主要以超细碳化钒粉和塑料钢基体粉为原料采用粉末冶金法制备，并设置有后续在1000～1200℃油淬和在500～600℃二次回火的热处理工艺，有效改善了合金微观组织结构。为制备大尺寸、复杂形状的钢结硬质合金提供了一种生产工艺简单、成本较低的碳化钒系钢结硬质合金的方法。以上三项专利不论是使用复合硬质相作为增强相(CN201410828317.4)还是加入一定量的镍代替Co形成低粘结相高锰钢相(CN1548567A)，甚或是不使用钨、钴等元素而选用铁为主要材料并结合热处理手段改善微观组织结构(CN109402483A)，目的都是为了提高钢结硬质合金复合材料的整体性能和服役性能，使其能满足特定工况或复杂作业。但是其制备方法仍然使用传统粉末冶金的方式，在某些方面有一定的劣势，比较明显的有：第一，烧结温度高，一般在1350℃～1500℃；第二，粉末制成的压坯其内部孔隙不能完全消除，因此烧结出的成品其内部具有一定的孔隙率；第三，高纯粉末原材料与压模成本较高，制作工序繁琐；第四，产品整体都为硬质合金材料，不利于局部的服役，且回收率低，不易再加工，造成资源的浪费。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头，解决了现有煤截齿用硬质合金内部孔隙率大，抗磨损性能低的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头的制备方法。本专利技术所采用的第一技术方案是，一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头，包括钨基体，钨基体表面覆盖有碳化钨硬质合金层，合金层由碳化钨陶瓷颗粒和粘结相组成，粘结相为钢。本专利技术的技术特征还在于，其中，钨基体由底部倒立的圆台、中间圆柱体和顶部圆锥组成，钨基体的含钨量为96wt％～99wt％。钨基体顶部圆锥的锥顶为半球形，锥顶的半径为1mm～1.5mm。本专利技术采用的第二技术方案是，一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头的制备方法，包括以下步骤：步骤1，采用钨块制作钨基体，钨基体底部为倒立的圆台，中间为圆柱体，顶部为圆锥体，圆锥体的锥顶为半球形；准备高碳钢粉，所述高碳钢粉的含碳量为1.3～1.7wt％，其余为Fe；步骤2，将钨基体放入烧结模具中，锥顶朝上，在钨基体上倒入高碳钢粉，再将高碳钢粉压实在钨基体表面；步骤3，将装有钨基体和高碳钢粉的烧结模具放入烧结炉中，在氩气气氛下开始热压烧结，最终烧结温度控制在800～1000℃，在此温度下保温12h～16h，随炉冷却至室温，即制得钢结硬质合金试样；步骤4，从烧结炉中取出钢结硬质合金试样，清理干净表面后烘干处理，即制得可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头。步骤1中，圆锥体的锥顶半径为1mm～1.5mm。烧结模具由石墨制作而成，包括上顶柱、下底柱和空心圆柱体，上顶柱和下底柱的直径与空心圆柱体的内径相同。空心圆柱体的内径与钨基体中间圆柱体的直径相同。步骤2的具体过程为，将下底柱向上塞入空心圆柱体内，堵住空心圆柱体底部，再将钨基体锥顶朝上放入空心圆柱体内，使钨基体底面完全接触下底柱顶面；在钨基体上倒入高碳钢粉，再将上顶柱向下塞入空心圆柱体内，给上顶柱和下底柱同时施压，将高碳钢粉压实在钨基体表面，最后翻转烧结模具。步骤3中，热压烧结过程中，烧结炉中压力保持在20MPa～40MPa。钨基体的含钨量为96wt％～99wt％。本专利技术的有益效果是，本专利技术合金头由钨基体和覆盖在钨基体表面的碳化钨硬质合金层组成，钨基体内部无孔隙，使合金头具有较高的硬度；碳化钨硬质合金层由碳化钨陶瓷颗粒和钢粘结相组成，使合金头具有较高的强度和硬度，极好的耐磨性，利于局部的服役；钢结硬质合金以高强高硬化合物为硬质相，以钢为粘结相，其中WC系钢结硬质合金具有较高速钢更高的耐磨性与红硬性，以及较超硬材料更佳的韧性，可制成切削工具，在煤炭的采掘工具、矿山的凿岩工具和石油的钻探工具等方面具有广泛的应用；制备本专利技术合金头过程中，烧结的最高温度为至800℃～1000℃，远远低于现有合金头制备工艺中的烧结温度(1350℃～1500℃)，节约了能源，降低了制作成本；本专利技术合金头失效后，其中的钨基体可回收再加工，提高了资源利用率。附图说明图1是本专利技术可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头的结构示意图；图2是本专利技术钢结硬质合金头中钨基体的结构示意图；图3是本专利技术可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头的制备方法流程图；图4是本专利技术制备方法中所用烧结模具的结构示意图；图5是本专利技术实施例1中钢结硬质合金头表层的微观结构示意图。图中，1.钨基体，2.合金层，3.上顶柱，4.下底柱，5.空心圆柱体。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头，参照图1，包括钨基体1，钨基体1的含钨量为96wt％～99wt％，钨基体1表面覆盖有碳化钨硬质合金层2，合金层2由碳化钨陶瓷颗粒和粘结相组成，粘结相为钢。参照图2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头，其特征在于，包括钨基体(1)，钨基体(1)表面覆盖有碳化钨硬质合金层(2)，合金层(2)由碳化钨陶瓷颗粒和粘结相组成，所述粘结相为钢。/n

【技术特征摘要】
1.一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头，其特征在于，包括钨基体(1)，钨基体(1)表面覆盖有碳化钨硬质合金层(2)，合金层(2)由碳化钨陶瓷颗粒和粘结相组成，所述粘结相为钢。


2.根据权利要求1所述的一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头，其特征在于，所述钨基体(1)由底部倒立的圆台、中间圆柱和顶部圆锥组成，钨基体(1)的含钨量为96wt％～99wt％。


3.根据权利要求2所述的一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头，其特征在于，所述钨基体(1)顶部圆锥的锥顶为半球形，锥顶的半径为1mm～1.5mm。


4.一种可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采用钨块制作钨基体(1)，钨基体(1)底部为倒立的圆台，中间为圆柱体，顶部为圆锥体，圆锥体的锥顶为半球形；准备高碳钢粉，所述高碳钢粉的含碳量为1.3～1.7wt％，其余为Fe；
步骤2，将钨基体(1)放入烧结模具中，锥顶朝上，在钨基体(1)上倒入高碳钢粉，再将高碳钢粉压实在钨基体(1)表面；
步骤3，将装有钨基体(1)和高碳钢粉的烧结模具放入烧结炉中，在氩气气氛下开始热压烧结，最终烧结温度控制在800～1000℃，在此温度下保温12h～16h，随炉冷却至室温，即制得钢结硬质合金试样；
步骤4，从烧结炉中取出钢结硬质合金试样，清理干净表面后烘干处理，即制得可用于制作煤截齿的钢结硬质合金头。


5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟黎声，张少雄，梁淑华，白海强，邹军涛，朱建雷，邓超，许云华，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61