CN110106424A - 一种硬质合金棒材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硬质合金棒材及其制造方法，包括以下质量分数的原料：Co粉末4‑6份、Ni3Al粉末3‑5、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。本发明通过以Ni3Al可替代Co的理念，可生产同等硬度的硬质合金棒材，提高硬质棒材的断裂韧性，降低对于Co稀土资源的需求量，从而降低硬质合金的生产成本。同时，通过对工艺湿磨阶段的分阶打磨，可有效节省工艺流程时间，间接降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金制造技术领域，具体为一种硬质合金棒材及其制造方法。
背景技术
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，硬质合金棒材多指钨钢圆棒，因其具有硬度高、耐磨、强度和韧性好、耐热、耐腐蚀等优良性能，广泛用于车刀、铣刀、钻头等刀具材料。
文献【马春红,马瑞新,肖代红,钟景明,朱鸿民等超细晶WC-Ni3Al硬质合金的显微组织与性能研究，《热加工工艺》2016年8月第45卷第16期】指出，超细晶WC-Co硬质合金，因钴资源不断的减少，促使碳化基硬质合金的生产成本提高，限制了钴的进一步应用，从而，结合近年来国内外研究，提出金属间Ni3Al化合物因具有高熔点、高硬度、优异抗腐蚀性性能以及耐高温抗蠕变等优点，可望改善WC-Co系硬质合金的缺点，以寻找Co的替代物。
硬质合金材质的好坏取决于该合金的化学成份及组织结构，而这两者均受合金的制造工艺及工艺参数支配。其中，化学成份与组成物是决定材质的“内因”，制造工艺及工艺参数是影响材质的“外因”，其内因与外因相辅相成。
因此，本申请提出一种硬质合金棒材及其制造方法，旨在提出一种降低Co使用量，结合制造工艺参数，提高硬质合金材质的优点，优化工艺流程。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种硬质合金棒材及其制造方法，解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硬质合金棒材，包括以下质量分数的原料：Co粉末4-6份、Ni3Al粉末3-5、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。
优选的，包括以下质量分数的原料：Co粉末4份、Ni3Al粉末5、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。
优选的，包括以下质量分数的原料：Co粉末5份、Ni3Al粉末4、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。
优选的，包括以下质量分数的原料：Co粉末6份、Ni3Al粉末3、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。
优选的，WC粉末的粒度为200nm、Co粉末200nm、Ni3Al粉末1.5μm、NbC粉末2μm、TiC粉末4μm。
优选的，Ni粉末与Al粉末的比重为3：1。
一种硬质合金棒材的制造方法，包括以下步骤：
将Co粉末、Ni3Al粉末、NbC粉末、TiC粉末、WC粉末按比例混合后，加入成型剂，在湿磨机内进行湿磨60h，之后再鼓入氩气并恒温100～120℃磨料12h，在行星式球磨机上球磨30-40h后喷雾干燥、制粒、真空烧结。
优选的，所述恒温磨料12h期间，每隔2h抽取一次机内气体至一个大气压。
本发明具备以下有益效果：
本发明通过以Ni3Al可替代Co的理念，可生产同等硬度的硬质合金棒材，提高硬质棒材的断裂韧性，降低对于Co稀土资源的需求量，从而降低硬质合金的生产成本。同时，通过对工艺湿磨阶段的分阶打磨，可有效节省工艺流程时间，间接降低生产成本。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种硬质合金棒材的制造方法，包括如下步骤：将Co粉末、Ni3Al粉末、NbC粉末、TiC粉末、WC粉末按比例混合后，其中，Co粉末4份、Ni3Al粉末5份、NbC粉末2份、TiC粉末2份、WC粉末87份，再加入成型剂混合，置入湿磨机内进行湿磨60h，之后再鼓入氩气并恒温100～120℃磨料12h，在此期间，每隔2h抽取一次机内气体至一个大气压，其中，抽取出来的气体经冷却气-液分离回收氩气，然后，将复合料置于行星球磨机内球磨40h，喷雾干燥后制粒，置入真空烧结炉内，以50～100Pa，1000～1600℃保温煅烧80min，之后将炉冷却至室温获得硬质合金钨钢棒。
实施例二
一种硬质合金棒材的制造方法，包括如下步骤：将Co粉末、Ni3Al粉末、NbC粉末、TiC粉末、WC粉末按比例混合后，其中，Co粉末5份、Ni3Al粉末4份、NbC粉末2份、TiC粉末2份、WC粉末87份，再加入成型剂混合，置入湿磨机内进行湿磨60h，之后再鼓入氩气并恒温100～120℃磨料12h，在此期间，每隔2h抽取一次机内气体至一个大气压，其中，抽取出来的气体经冷却气-液分离回收氩气，然后，将复合料置于行星球磨机内球磨35h，喷雾干燥后制粒，置入真空烧结炉内，以50～100Pa，1000～1600℃保温煅烧70min，之后将炉冷却至室温获得硬质合金钨钢棒。
实施例三
一种硬质合金棒材的制造方法，包括如下步骤：将Co粉末、Ni3Al粉末、NbC粉末、TiC粉末、WC粉末按比例混合后，其中，Co粉末6份、Ni3Al粉末3份、NbC粉末2份、TiC粉末2份、WC粉末87份，再加入成型剂混合，置入湿磨机内进行湿磨60h，之后再鼓入氩气并恒温100～120℃磨料12h，在此期间，每隔2h抽取一次机内气体至一个大气压，其中，抽取出来的气体经冷却气-液分离回收氩气，然后，将复合料置于行星球磨机内球磨30h，喷雾干燥后制粒，置入真空烧结炉内，以50～100Pa，1000～1600℃保温煅烧60min，之后将炉冷却至室温获得硬质合金钨钢棒。
| 类别 | 硬度(HRA) | 断裂韧性(MPa·m<sup>1/2</sup>) |
| 实施例一 | 91.8 | 14.6 |
| 实施例二 | 91.2 | 15.8 |
| 实施例三 | 90.7 | 16.9 |
上表中数据表明，在Co和Ni3Al总量基本保持不变的情况下，适当降低Co含量，提升Ni3Al含量，获得的硬质合金棒材中，硬度降低幅度较小，相应的，可获得断裂韧性的提升。即保持WC硬质相总量不变的情况下，Co和Ni3Al粘结相的总量也不变的情况下，以NbC和TiC可以抑制WC晶粒长大，因此可保证硬质合金的硬度总体变化较小。由此，可在保障硬质合金的硬度基本不变的前提下，适当提高硬质合金的断裂韧性，尤其降低了Co的使用量。
在制造工艺方面，由于将成型剂同混合粉末一同湿磨，成型剂可在粉末表面形成较薄的保护层，阻隔氧化过程，可有效降低湿磨阶段的增氧作用，其次，在保护气恒温阶段，将复合料的湿分提前除去，降低工艺后续干燥时间，可节省约2h，保护气经简单处理回收后亦可继续用于后续的真空烧结阶段。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种硬质合金棒材，其特征在于，包括以下质量分数的原料：Co粉末4-6份、Ni3Al粉末3-5、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金棒材，其特征在于，包括以下质量分数的原料：Co粉末4份、Ni3Al粉末5、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。
3.根据权利要求1所述的一种硬质合金棒材，其特征在于，包括以下质量分数的原料：Co粉末5份、Ni3Al粉末4、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。
4.根据权利要求1所述的一种硬质合金棒材，其特征在于，包括以下质量分数的原料：Co粉末6份、Ni3Al粉末3、NbC粉末2份、TiC粉末2份、余量为WC粉末。
5.根据权利要求1任意所述的一种硬质合金棒材，其特征在于，WC粉末的粒度为200nm、Co粉末200nm、Ni3Al粉末1.5μm、NbC粉末2μm、TiC粉末4μm。
6.根据权利要求1～4任意所述的一种硬质合金棒材，其特征在于，Ni粉末与Al粉末的比重为3：1。
7.根据权利要求1～4任意所述的一种硬质合金棒材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将Co粉末、Ni3Al粉末、NbC粉末、TiC粉末、WC粉末按比例混合后，加入成型剂，在湿磨机内进行湿磨60h，之后再鼓入氩气并恒温100～120℃磨料12h，在行星式球磨机上球磨30-40h后喷雾干燥、制粒、真空烧结60～80min。
8.根据权利要求7所述的一种硬质合金棒材的制造方法，其特征在于：所述恒温磨料12h期间，每隔2h抽取一次机内气体至一个大气压。
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