一种高性能非均匀结构硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及硬质合金制备技术领域，具体公开了一种高性能非均匀结构硬质合金及其制备方法。该高性能非均匀结构硬质合金是在非均匀结构硬质合金的制备原料中加入0.2－1.6wt％的抑制剂；所述的抑制剂为MC和/或MN，其中M选自有色金属元素V、Ta、Cr、Nb、Zr、Ti、Hf中的任意一种或几种。采用抑制剂并配合碳化钨原料中不同粒度的优化配比，粗粒：中粒：细粒为5－8：1－4：1－3，制备的高性能硬质合金微观结构显示碳化钨晶粒度呈非均匀结构，加入的抑制剂既可以阻碍颗粒间的聚晶长大，又可以起到固溶强化和弥散强化的效果，在合金硬度提高的同时，又提升了合金强度和韧性，经抑制剂强化的非均匀结构合金能有效阻止裂纹的扩展，延长合金的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能非均匀结构硬质合金及其制备方法
本专利技术属于硬质合金制备
，具体涉及一种高性能非均匀结构硬质合金及其制备方法。
技术介绍
硬质合金以其优异的综合性能广泛应用于切削、基建、矿山、模具和耐磨零部件等领域。其中，用于采掘的矿用硬质合金是其非常重要的一个组成部分。矿用硬质合金产品一般在工况较为恶劣的情况下使用，除了承受压应力、拉应力、切应力等各种冲击力外，还承受各种情况下的磨损和磨耗，因此，优良的矿用硬质合金应具有抵抗磨损所需的高硬度、以及抵抗冲击断裂所需要的高韧性。传统硬质合金由于难以同时具有高硬度和高韧性，显然已不能满足当今制造业的发展需要，非均匀硬质合金兼具高硬度、高韧性“双高”性能逐渐成为广大科研工作者的研究热点。特粗晶粒硬质合金具有极高的热导率，较好的抗热疲劳与抗热冲击性能，主要用于极端工况条件下软岩的连续开采，如采煤和地铁建设等，与现代化公路、桥梁的连续作业，如挖路和铺路等，以及冲压模、冷墩模和轧辊等。这类合金的市场需求量占硬质合金市场需求总量的10％以上，具有非常广阔的市场前景。中国专利CN110343889A公开了一种特粗硬质合金及其制备方法，该专利的原料包括费氏粒度为0.1－0.2μm的纳米碳化钨粉、含有费氏粒度为1.0μm钴粉的粘结相、添加剂以及费氏粒度为25－35μm粗碳化钨粉，采用该专利制得的特粗硬质合金的晶粒度在10.5μm以上；中国专利CN102808096A公开了一种超粗晶WC－Co硬质合金的制备方法，该专利通过在原料中添加适量的细碳化钨粉末，球磨后得到的混合物料中超粗碳化钨粉的平均粒径在5.0－10.0μm，细碳化钨粉的平均粒径为0.1－1.0μm，再压制、烧结得到晶粒度为6.0－14.0μm的超粗晶硬质合金；中国专利CN102634684A公开了柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，该专利采用将超粗碳化钨粉末和钴在双锥或Y型混合器中进行预混合，然后进行轻度球磨制备了晶粒度在6－10μm的超粗硬质合金，硬度HV30为740－1240，孔隙度小于A04B00；“纳米及亚微米复合粉添加对超粗晶硬质合金晶粒长大的影响及机制”(稀有金属材料与工程，2019年2月第48卷第2期)中公开了在粗颗粒WC/Co混合粉添加不同粒径的WC－Co粉，对不同烧结阶段WC晶粒长大的影响，最后，得出的结论是：加入纳米粉末后，晶粒快速长大；加入亚微米粉末后，晶粒长大的速度减缓。特粗粒硬质合金虽有高硬度的特点，但因特粗晶粒硬质合金的晶粒粗大，容易发生穿晶断裂，从而影响硬质合金强度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对国家发展对高硬度、高强度、高韧性性能的硬质合金的广泛需求，而现有技术中的特粗晶粒硬质合金虽有高硬度的特点，但因特粗晶粒硬质合金的晶粒粗大，容易发生穿晶断裂，从而影响硬质合金强度等缺陷与不足，提供一种高性能非均匀结构硬质合金及其制备方法。在硬质合金产品中加入抑制剂，溶解的抑制剂在粘结相和碳化钨(WC)相界面上既可以阻碍颗粒间的聚晶长大现象，又可以起到固溶强化和弥散强化的效果。从而显著提高硬质合金的强度和硬度。本专利技术采用如下技术方案，来实现专利技术目的。首先，本专利技术公开了一种高性能非均匀结构硬质合金。该高性能非均匀结构硬质合金是在非均匀结构硬质合金的制备原料中加入0.2－1.6wt％的抑制剂进行制备得到；所述非均匀结构硬质合金的粗晶晶粒度为＜11μm。进一步地，所述的抑制剂为MC和/或MN，其中M选自有色金属元素的一种或几种。更进一步地，所述的有色金属元素为V、Ta、Cr、Nb、Zr、Ti、Hf中的任意一种或几种。优选地，所述的抑制剂为0.1－0.6wt％MC和0.1－1.0wt％MN。更优选地，所述的抑制剂为0.2wt％Cr3C2和0.8wt％CrN。Cr3C2可以更好地抑制WC晶粒的过分长大，CrN的加入将能更显著地提高合金的抗弯强度，最终能显著地提高合金的综合性能。进一步地，所述非均匀结构硬质合金的制备原料，以质量份数计为：粗颗粒碳化钨5－8份、中颗粒碳化钨1－4份、细颗粒碳化钨粉末1－3份。更进一步地，所述粗颗粒碳化钨的费氏粒度为15－40μm，所述中颗粒碳化钨的费氏粒度为2－5μm，所述细颗粒碳化钨的费氏粒度为0.1－0.8μm。其次，本专利技术还公开了上述高性能非均匀结构硬质合金的一种制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1、将非均匀结构硬质合金的制备原料与0.2－1.6wt％的抑制剂、适量的粘结相，置于球磨机内湿磨混合，得到湿磨混合料；S2、将湿磨混合料进行压制和烧结，制得非均匀结构硬质合金。在合金烧结过程中，随着烧结温度的逐渐升高，液相出现，粘性流动发生，碳化钨颗粒重新排列。由于细颗粒(纳米粉末)比表面积大，具有很高的活性，优先溶解在液态粘结相中，有效促进了液态粘结相的均匀分布，同时部分中颗粒中的细小颗粒也溶解到液态粘结相中，液态粘结相将向着细颗粒所在位置流动。通过溶解－析出－长大机制，液态粘结相中的过饱和碳化钨在粗颗粒或中颗粒上析出长大，使得粗颗粒晶粒进一步结晶长大，最终变得更加粗大。由中颗粒和粗颗粒组成的非均匀结构显微组织，能够有效的防止颗粒间的邻接聚集。虽然更粗的晶粒度可以增强合金的韧性，但如果硬质合金的粗颗粒晶粒过于粗大聚集，则容易导致粘结相分布不均匀，从而影响硬质合金强度。为了解决硬质合金的粗颗粒晶粒过于粗大聚集问题，本专利技术采用在硬质合金的制备原料中加入抑制剂，溶解的抑制剂在粘结相和碳化钨相界面上可以起到钉扎强化的作用，这样既可以阻碍颗粒间的聚晶长大现象。又可以起到固溶强化和弥散强化的效果。从而显著提高硬质合金的强度和硬度。进一步地，步骤S1所述的抑制剂为MC和/或MN，其中M选自有色金属元素的一种或几种。更进一步地，所述有色金属元素为V、Ta、Cr、Nb、Zr、Ti、Hf中的任意一种或几种。优选地，所述的抑制剂为0.1－0.6wt％MC和0.1－1.0wt％MN。更优选地，所述的抑制剂为0.2wt％Cr3C2和0.8wt％CrN。Cr3C2可以更好地抑制WC晶粒的过分长大，CrN的加入将能更显著地提高合金的抗弯强度，最终能显著地提高合金的综合性能。进一步地，步骤S1所述的粘结相选自钴、镍、铁中的一种或几种，粘结相的加入量占制备原料总质量的4－20％。进一步地，步骤S1所述非均匀结构硬质合金的制备原料，以质量份数计为：粗颗粒碳化钨5－8份、中颗粒碳化钨1－4份、细颗粒碳化钨粉末1－3份。由于非均匀结构硬质合金相比于传统合金，在断裂韧性、耐磨性和抗疲劳等性能方面更优越，所以在制取晶粒度非均匀结构硬质合金时，关键在于确定合金内碳化钨晶粒粗中细的配比，以及如何在烧结过程中保持细晶结构及比例，才能避免晶粒度均匀化现象的发生。采用粗颗粒、中颗粒、细颗粒原料优化配比方式，使得中颗粒碳化钨能够填充到粗颗粒碳化钨颗粒间的较大孔隙中，同时细颗粒碳化钨又填充到中颗粒碳化钨间的较小孔隙中，由此形成了更加密实的颗粒间排布方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能非均匀结构硬质合金，其特征在于：在非均匀结构硬质合金的制备原料中加入0.2－1.6wt％的抑制剂进行制备得到；所述非均匀结构硬质合金的粗晶晶粒度为＜11μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能非均匀结构硬质合金，其特征在于：在非均匀结构硬质合金的制备原料中加入0.2－1.6wt％的抑制剂进行制备得到；所述非均匀结构硬质合金的粗晶晶粒度为＜11μm。


2.根据权利要求1所述的一种高性能非均匀结构硬质合金，其特征在于：所述的抑制剂为MC和/或MN，其中M选自有色金属元素的一种或几种。


3.根据权利要求2所述的一种高性能非均匀结构硬质合金，其特征在于：所述的有色金属元素为V、Ta、Cr、Nb、Zr、Ti、Hf中的任意一种或几种。


4.根据权利要求2所述的一种高性能非均匀结构硬质合金，其特征在于：所述的抑制剂为0.1－0.6wt％MC和0.1－1.0wt％MN。


5.根据权利要求1所述的一种高性能非均匀结构硬质合金，其特征在于：所述非均匀结构硬质合金的制备原料，以质量份数计为：粗颗粒碳化钨5－8份、中颗粒碳化钨1－4份、细颗粒碳化钨粉末1－3份。


6.根据权利要求5所述的一种高性能非均匀结构硬质合金，其特征在于：所述粗颗粒碳化钨的费氏粒度为15－40μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉柏，徐伟，欧立明，王坚，
申请(专利权)人：江西江钨硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36