CN110814338B - 一种复杂形状大型硬质合金耐磨块的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复杂形状大型硬质合金耐磨块的制备方法，其包括以下步骤：S1，对硬质合金混合料进行粉末压制，压制成型为方型预坯；S2，对所述方型预坯进行第一次冷等静压，获得压坯；S3，对所述压坯进行机械加工，获得加工后的压坯；S4，对所述加工后的压坯进行第二次冷等静压，获得处理后的压坯；S5，对所述处理后的压坯进行压力烧结，获得所述复杂形状大型硬质合金耐磨块。本发明所述方法可稳定可靠的制造出复杂形状大型硬质合金制品，制备出的复杂形状大型硬质合金耐磨块形状复杂，尺寸精度高，密度均匀一致，显著降低了材料内部应力集中，抗冲击性好，耐磨性高。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金硬质合金技术领域，具体涉及一种复杂形状大型硬质合金耐磨块的制备方法。
背景技术
硬质合金硬度高，广泛应用于耐磨领域。复杂形状大型硬质合金耐磨块应用于大型矿石破碎设备的关键部件，要求装配精度好、抗冲击、高耐磨、可靠性高。这种复杂形状大型硬质合金耐磨块的制造难度很大。采用硬质合金传统的模压成型方式，无法做出这种复杂的形状，不同部位压坯密度严重不一致，烧结后出现变形和裂纹；采用冷等静压成型方式，然后再经过压坯机械加工，物料浪费大，压坯机械加工去除的物料高达60％以上，压坯机械加工会在加工表面产生微观裂纹和残余应力，经烧结后，凹槽或棱角处产生裂纹。
因此寻找制造形状复杂，尺寸精度高，密度均匀一致，显著降低了材料内部应力集中，抗冲击性好，耐磨性高的复杂形状大型硬质合金耐磨块的方法，是复杂形状大型硬质合金的一个关键核心技术之一，也是大型矿石破碎设备的一种关键耐磨部件的客观需求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种复杂形状大型硬质合金耐磨块的制备方法，该方法结合粉末压制、冷等静压、压坯机械加工及压力烧结技术，制备的大型硬质合金耐磨块形状复杂、尺寸精度高、密度均匀一致，显著降低了材料内部应力集中，抗冲击性好，耐磨性高。
为此，本发明提供了一种复杂形状大型硬质合金耐磨块的制备方法，其包括以下步骤：
S1，对硬质合金混合料进行粉末压制，压制成型为方型预坯；
S2，对所述方型预坯进行第一次冷等静压，获得压坯；
S3，对所述压坯进行机械加工，获得加工后的压坯；
S4，对所述加工后的压坯进行第二次冷等静压，获得处理后的压坯；
S5，对所述处理后的压坯进行压力烧结，获得所述复杂形状大型硬质合金耐磨块。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述硬质合金混合料中包括成型剂和硬质合金材料。
在本发明的一些实施方式中，所述硬质合金材料中包括85wt％～95wt％的WC粉末和5wt％～15wt％的Co粉末。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述粉末压制采用的模具为钢制模具，例如普通的钢制模具，优选所述模具的收缩率为18％～25％。
在本发明的另一些实施方式中，所述粉末压制的方式为液压压制，所述液压压制的压力优选为40～120MPa，保压时间优选为120～500秒。
本发明中，采用粉末压制制造预坯，比采用直接冷等静压制造形状粗糙的预坯节省20％以上的物料，同时提供了后续压坯进行机械加工的效率。
在本发明的一些实施方式中，进行第一次冷等静压时，所述方型预坯的包裹材料选自塑料膜、橡胶膜、乳胶膜和硅胶膜中的至少一种。
在本发明的另一些实施方式中，步骤S2中，所述第一次冷等静压的压力为170～250MPa，保压时间为3～10分钟。
本发明中，通过进行第一次冷等静压进一步提高了致密度，保证后续机械加工所需的压坯强度。通过第一次冷等静压强化预坯后强度更高、预坯更致密、密度分布均匀一致，利于后续机械加工所需的强度和烧结过程中尺寸均匀收缩，保证产品的高精度，尺寸精度达到±0.1毫米。
在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述机械加工包括线锯切割、数控铣削和磨削。
在本发明的一些具体实施方式中，所述机械加工的步骤为：
T1，对压坯进行线锯切割，切割出平台；
T2，对所述切割出的平台进行数控铣削，铣削出倒角、凹槽和去应力过度圆弧；
T3，磨削修正尺寸。
在本发明的另一些具体实施方式中，所述线锯切割采用金刚石线，所述数控铣削采用金刚石仿型刀，所述磨削采用金刚石砂轮。
在本发明的一些具体实施例中，所述机械加工的顺序为：(1)磨底面做基准，(2)切割平台，(3)铣削倒角、凹槽和去应力过度圆弧，(4)磨削修正其他面；其中线锯切割采用金刚石线，数控铣削采用金刚石仿型刀，磨削采用金刚石砂轮。
在本发明的一些实施方式中，步骤S4中，所述第二次冷等静压的压力为100～150MPa。
在本发明的另一些实施方式中，进行第二次冷等静压时，所述加工后的压坯的包裹材料选自塑料膜、橡胶膜、乳胶膜和硅胶膜中的至少一种。
通过进行第二次低压力的冷等静压，消除修复压坯机械加工表面产生微观缺陷和残余应力。
在本发明的一些实施方式中，步骤S5中，所述压力烧结的压力为4～10MPa。在本发明的一些实施方式中，最终烧结温度为1400～1500℃。
本发明的有益效果为：本发明所述方法可稳定可靠地制造出复杂形状大型硬质合金制品，制备出的复杂形状大型硬质合金耐磨块形状复杂，尺寸精度高，密度均匀一致，显著降低了材料内部应力集中，抗冲击性好，耐磨性高。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例中所制备的复杂形状大型硬质合金耐磨块的结构示意图；
其中图中附图标记的含义为：1-倒角；2-装配凹槽；3-去应力过度圆弧；4-平台。
图2为本发明对比例1中所制备的复杂形状大型硬质合金耐磨块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
实施例1
将含钴量为8wt％的硬质合金混合料(含成型剂)装入钢制模具中，采用500吨位的液压机，在75MPa压制压力下保压300秒，压制成型280mm×260mm×148mm的预坯，将预坯用乳胶膜包套后，在180MPa压力下在冷等静压机保压8分钟，进行第一次冷等静压，泄压后取出压坯，采用金刚石线锯切割出图1中的平台4，用数控铣削出图1中的倒角1、装配凹槽2和去应力过度圆弧3，然后磨削修正尺寸，再用乳胶膜包套进行第二次冷等静压，第二次冷等静压最终压力为120MPa，卸出后进行压力烧结，烧结压力为6MPa，最终烧结温度1410℃，进而制得一种复杂形状大型硬质合金耐磨块。
实施例2
将含钴量为10wt％的硬质合金混合料(含成型剂)装入钢制模具中，采用315吨位的液压机，在55MPa压制压力保压400秒，压制成型280mm×260mm×148mm的预坯，将预坯用乳胶膜包套后，在185MPa压力下在冷等静压机保压10分钟，进行第一次冷等静压，泄压后取出压坯，采用金刚石线锯切割出图1中的平台4，用数控铣削出图1中的倒角1、装配凹槽2和去应力过度圆弧3，然后磨削修正尺寸，再用乳胶膜包套进行第二次冷等静压，第二次冷等静压最终压力110MPa，卸出后进行压力烧结，烧结压力为6MPa，最终烧结温度1450℃，进而制得一种复杂形状大型硬质合金耐磨块。
对比例1
将含钴量为10wt％的硬质合金混合料(含成型剂)装入钢制模具中，采用500吨位的液压机，在70MPa压制压力保压400秒，压制成型280mm×260mm×148mm的预坯，将预坯用橡胶膜包套后，在185MPa压力下在冷等静压机保压10分钟，进行第一次冷等静压，泄压后取出压坯，机械加工出形状，然后磨削修正尺寸，直接进行压力烧结，烧结压力为6MPa，烧结最高温度1450℃，制得的复杂形状大型硬质合金耐磨块如图2所示。从图2可以看出制得的杂形状大型硬质合金耐磨块出现裂纹。
对比例2
将含钴量为10wt％的硬质合金混合料(含成型剂)装入橡胶模具中，在185MPa压力下在冷等静压机保压10分钟，泄压后取出压块，压坯形状很不规整，先采用磨削方式制得长方形块，磨削去除的物料约40％，然后采用金刚石线锯切割出图1中的平台4，用数控铣削出图1中的倒角1、装配凹槽2和去应力过度圆弧3，然后磨削修正尺寸，进行压力烧结，烧结压力为6MPa，最终烧结温度1450℃，进而制得一种复杂形状大型硬质合金耐磨块。部分耐磨块在去应力过度圆弧处有细小裂纹。
对比例3
将含钴量为10wt％的硬质合金混合料(含成型剂)装入钢制模具中，采用315吨位的液压机，在55MPa压制压力保压400秒，压制成型280mm×260mm×148mm的预坯，将预坯用乳胶膜包套后，在130MPa压力下在冷等静压机保压10分钟，进行第一次冷等静压，泄压后取出压坯，采用金刚石线锯切割出图1中的平台4，用数控铣削出图1中的倒角1、装配凹槽2和去应力过度圆弧3，然后磨削修正尺寸，再用乳胶膜包套进行第二次冷等静压，第二次冷等静压最终压力180MPa，卸出压块后发现压块形状轻微变形，再次机械加工修正形状后进行压力烧结，烧结压力为6MPa，最终烧结温度1450℃，进而制得一种复杂形状大型硬质合金耐磨块，局部尺寸不满足图纸要求。
对比例4
将含钴量为10wt％的硬质合金混合料(含成型剂)装入钢制模具中，采用315吨位的液压机，在55MPa压制压力保压400秒，压制成型280mm×260mm×148mm的预坯，将预坯用乳胶膜包套后，在185MPa压力下在冷等静压机保压10分钟，进行第一次冷等静压，泄压后取出压坯，采用金刚石线锯切割出图1中的平台4，用数控铣削出图1中的倒角1、装配凹槽2和去应力过度圆弧3，然后磨削修正尺寸，再用乳胶膜包套进行第二次冷等静压，第二次冷等静压最终压力110MPa，卸出后进行普通烧结，烧结最高温度1450℃，进而制得一种复杂形状大型硬质合金耐磨块，取耐磨块中心部位金相检测，孔隙度为A04B02，而采用压力烧结的耐磨块中心部位孔隙度为A02B00。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (9)
1.一种复杂形状大型硬质合金耐磨块的制备方法，其包括以下步骤：
S1，对硬质合金混合料进行粉末压制，压制成型为方型预坯；
S2，对所述方型预坯进行第一次冷等静压，获得压坯；
S3，对所述压坯进行机械加工，获得加工后的压坯；
S4，对所述加工后的压坯进行第二次冷等静压，获得处理后的压坯；
S5，对所述处理后的压坯进行压力烧结，获得所述复杂形状大型硬质合金耐磨块；
步骤S1中，所述硬质合金混合料中包括成型剂和硬质合金材料，所述硬质合金材料中包括85wt%~95wt%的WC粉末和5wt%~15wt%的Co粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述粉末压制采用的模具为钢制模具，所述模具的收缩率为18%~25%；和/或
所述粉末压制的方式为液压压制，所述液压压制的压力为40~120MPa，保压时间为120~500秒。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进行第一次冷等静压时，所述方型预坯的包裹材料选自塑料膜、橡胶膜、乳胶膜和硅胶膜中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一次冷等静压的压力为170~250MPa，保压时间为3~10分钟。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述机械加工包括线锯切割、数控铣削和磨削。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述机械加工的步骤为：
T1，对压坯进行线锯切割，切割出平台；
T2，对所述切割出的平台进行数控铣削，铣削出倒角、凹槽和去应力过度圆弧；
T3，磨削修正尺寸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述线锯切割采用金刚石线，所述数控铣削采用金刚石仿型刀，所述磨削采用金刚石砂轮。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述第二次冷等静压的压力为100~150MPa；和/或
进行第二次冷等静压时，所述加工后的压坯的包裹材料选自塑料膜、橡胶膜、乳胶膜和硅胶膜中的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S5中，所述压力烧结的压力为4~10MPa，最终烧结温度为1400~1500℃。
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