專利名稱：一種粘結(jié)相的碳化鎢硬質(zhì)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐磨部件的硬質(zhì)合金領(lǐng)域，涉及一種以Fe3Al為粘結(jié)相的碳化鎢硬質(zhì)
I=1-Wl O
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金是一種以難熔金屬化合物(WC、TaC、TiC、NbC等)為基體，以過(guò)渡族金屬(Co,Fe,Ni)為粘結(jié)相，通過(guò)粉末冶金方法制備的金屬陶瓷工具材料，具有高強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小以及化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于切削工具、耐磨零件、采礦與筑路工程機(jī)械等領(lǐng)域。硬質(zhì)合金的粘結(jié)相在合金整體性能中扮演很重要的角色?，F(xiàn)階段常見(jiàn)的WC基硬質(zhì)合金的粘結(jié)相主要分為Co粘結(jié)相和非Co粘結(jié)相，其中Co粘結(jié)相的WC基硬質(zhì)合金牌號(hào)為YG系列，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于切削工具、耐磨零件、采礦與筑路工程機(jī)械等領(lǐng)域。YG系列硬質(zhì)合金在使用過(guò)程中一旦被破壞時(shí)硬質(zhì)相WC基本上是脆性斷裂而粘結(jié)相Co則具有大的變形能力。雖然粘結(jié)相Co在合金中所占的體積百分?jǐn)?shù)不大但它卻消耗了絕大多數(shù)的斷裂能，故合金的強(qiáng)度和韌性在很大程度上取決于粘結(jié)相的強(qiáng)度和韌性。在YG系列硬質(zhì)合金中硬度和韌性呈矛盾存在，硬質(zhì)合金的韌性可以通過(guò)提高粘結(jié)相Co的含量來(lái)提高，但粘結(jié)相Co含量提高的同時(shí)也會(huì)造成合金整體硬度下降，耐磨性降低，另一方面YG系列硬質(zhì)合金也具有材質(zhì)脆硬、韌性差而且價(jià)格高等缺陷，其這些缺陷使其難以被制成大尺寸、形狀復(fù)雜的構(gòu)件加以應(yīng)用。實(shí)際使用中硬質(zhì)合金與鋼體材質(zhì)的焊接是彌補(bǔ)其不足的主要方法，但是釬焊的過(guò)程難以避免高溫加熱，甚至焊接后的熱處理。這些高溫處理對(duì)線膨脹系數(shù)相差比較大的硬質(zhì)相WC和粘結(jié)相Co來(lái)說(shuō)很容易產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，造成微裂紋，降低硬 質(zhì)合金的各方面性能。因此期望YG系列硬質(zhì)合金的硬質(zhì)相和粘結(jié)相能有較小的線膨脹系數(shù)差，粘結(jié)相不僅具有更好的力學(xué)性能和粘結(jié)性能的同時(shí)還能夠降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供一種以金屬間化合物Fe3Al為粘結(jié)相、可以提高材料耐磨性的粘結(jié)相的碳化鎢硬質(zhì)合金及其制備方法。技術(shù)方案:本發(fā)明的粘結(jié)相的碳化鎢硬質(zhì)合金，包括作為硬質(zhì)相的碳化鎢粉末和作為粘結(jié)相的Fe3Al合金粉末，碳化鎢的粒徑范圍為3 5 μ m，F(xiàn)e3Al粉末占硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分比為5.5% 15%，粒徑范圍為I 3 μ m，F(xiàn)e3Al合金的成分包括:Al 14% 17% ；Cr 1.3% 6.0% ；Nb 2.0% 2.4% ；Zr 0.3% 0.5%;B 0.1% 0.3%;
Ce 0.2% 0.5%;Fe 75% 80%。本發(fā)明的制備粘結(jié)相的碳化鎢硬質(zhì)合金的方法，包括如下步驟:a)首先將提前過(guò)篩選好粒度均勻的碳化鎢粉末和Fe3Al合金粉末按85:15 94.5:5.5比例范圍配好，并添加占碳化鎢粉末與Fe3Al合金粉末混合物總質(zhì)量0.5% 1%的硬脂酸配料作為添加劑，在球磨機(jī)中進(jìn)行混合并研磨45 50小時(shí)；b)將混合并研磨后的原料經(jīng)真空干燥后篩分去除團(tuán)聚體，然后制粒，再在900 1200kg/cm2的壓力下進(jìn)行壓制,制成壓還；C)將制好的壓坯置于真空度為4X 10_4MPa 5X 10_4MPa的真空燒結(jié)爐中加熱至1250°C 1350°C真空燒結(jié)I 2小時(shí)，接著在1250°C 1350°C和100 120MPa下進(jìn)行I 2小時(shí)的熱等靜壓處理，制成硬質(zhì)合金。有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明提出了一種以金屬間化合物Fe3Al為粘結(jié)相的WC新型硬質(zhì)合金及其真空燒結(jié)工藝。通過(guò)用Fe3Al作為新的粘結(jié)相替代Co，從而提高硬質(zhì)合金的硬度及耐磨性能，同時(shí)降低了硬質(zhì)相與粘結(jié)相之間的線膨脹系數(shù)差，并且還使硬質(zhì)合金制備成本降低。經(jīng)新粘結(jié)相真空燒結(jié)后制備的硬質(zhì)合金，獲得硬質(zhì)相與粘結(jié)相的良好粘合，如圖1所示，從圖中可以看出，硬質(zhì)相WC與粘結(jié)相Fe3Al能良好粘合,硬質(zhì)相WC的顆粒大小在3 5 μ m左右。通過(guò)這種方法獲得的硬質(zhì)合金，性能改進(jìn)如下:I)提高硬度和耐磨性。粘結(jié)相Co的硬度為HB=125 ;粘結(jié)相Fe3Al的硬度為HRC 彡 29。 2)縮小粘結(jié)相與硬質(zhì)相之間熱膨脹系數(shù)差。硬質(zhì)相WC熱膨脹系數(shù)為:4.50 X 10_6/K ；粘結(jié)相Co熱膨脹系數(shù)為:12.5 X 10_6/Κ，熱膨脹系數(shù)之差為:8 X 10_6/Κ ；粘結(jié)相Fe3Al熱膨脹系數(shù)為:11.5X 10_6/K，熱膨脹系數(shù)之差為:7Χ 10_6/Κ。3)降低成本。由于粘結(jié)相Co的密度為:8.9g/cm3,而粘結(jié)相Fe3Al的密度為:6.7g/cm3。以Fe3Al為粘結(jié)相的硬質(zhì)合金可以降低合金本身自重，并且金屬件化合物Fe3Al價(jià)格更是低于金屬Co的價(jià)格，因此Fe3Al作為粘結(jié)相可以減少生產(chǎn)成本。綜上所述，本發(fā)明的硬質(zhì)合金具有優(yōu)異的硬度及耐磨性能，可以提高合金的硬度及耐磨性能，在耐磨硬件中可以提供優(yōu)異耐磨性，例如:鉆地，銑刨路面，油氣鉆探及挖掘等耐磨部件。降低了硬質(zhì)相與粘結(jié)相之間的線膨脹系數(shù)差，降低合金燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，還使同類型的硬質(zhì)合金制備成本降低，并且制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，可以大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為真空燒結(jié)制備以Fe3Al為粘結(jié)相的WC新型硬質(zhì)合金SEM照片。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步具體說(shuō)明。
實(shí)施例1: a)首先將提前過(guò)篩選好均勻粒度為3 5 μ m的WC粉末和粒度為I 3 μ m的粘結(jié)劑Fe3Al粉末按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)85%、15%配好，其中Fe3Al合金的成分為(占Fe3Al合金得質(zhì)量百分比):A117% ；Cr5.2% ；Nb2.0% ；Zr0.3% ；B0.1% ；Ce0.5% ;Fe75%。并添加 1% 硬脂酸配料作為添加劑，在球磨機(jī)中進(jìn)行混合并研磨45小時(shí)；b)將混合并研磨好的原料經(jīng)真空干燥后篩分去除團(tuán)聚體，然后制粒，再在900kg/cm2的壓力下進(jìn)行精密壓制，制成壓坯；c)將制好的壓坯置于真空度為4X 10_4MPa的真空燒結(jié)爐中加熱至1250°C真空燒結(jié)I小時(shí)，接著在1250°C和IOOMPa下進(jìn)行I小時(shí)的熱等靜壓處理，制成硬質(zhì)合金。待冷卻后取出即得到成品。實(shí)施例2:a)首先將提前 過(guò)篩選好均勻粒度為3 5 μ m的WC和粒度為I 3 μ m粘結(jié)劑Fe3Al粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)92%、8%配好，其中Fe3Al合金的成分為(占Fe3Al合金得質(zhì)量百分比):Al 15.6% ；Crl.3% ；Nb2.2% ；Zr0.4% ；B0.2% ；Ce0.3% ;Fe80%。并添加 0.8% 硬脂酸配料作為添加劑，在球磨機(jī)中進(jìn)行混合并研磨48小時(shí)；b)將混合并研磨好的原料經(jīng)真空干燥后篩分去除團(tuán)聚體，然后制粒，再在IOOOkg/cm2的壓力下進(jìn)行壓制，制成壓坯；c)將制好的壓坯置于真空度為4.5X IO^4MPa的真空燒結(jié)爐中加熱至1300°C真空燒結(jié)1.5小時(shí)，接著在1300°C和IlOMPa下進(jìn)行1.5小時(shí)的熱等靜壓處理，制成硬質(zhì)合金。待冷卻后取出即得到成品。實(shí)施例3:a)首先將提前過(guò)篩選好均勻粒度為3 5 μ m的WC和粒度為I 3 μ m粘結(jié)劑Fe3Al按質(zhì)量分?jǐn)?shù)94.5%、5.5%配好，其中Fe3Al合金的成分為(占Fe3Al合金得質(zhì)量百分比):Al 14% ；Cr6% ；Nb2.4% ；Zr0.5% ；B0.3% ；Ce0.2% ；Fe76.6%。并添加 0.5%添加劑硬脂酸配料，在球磨機(jī)中進(jìn)行混合并研磨50小時(shí)；b)將混合并研磨好的原料經(jīng)真空干燥后篩分去除團(tuán)聚體，然后制粒，再在1200kg/cm2的壓力下進(jìn)行壓制，制成壓坯；c)將制好的壓坯置于真空度為5X 10_4MPa的真空燒結(jié)爐中加熱至1350 °C真空燒結(jié)2小時(shí)，接著在1350°C和120MPa下進(jìn)行2小時(shí)的熱等靜壓處理，制成硬質(zhì)合金。待冷卻后取出即得到成品。所制硬質(zhì)合金性能
權(quán)利要求
1.一種粘結(jié)相的碳化鎢硬質(zhì)合金，其特征在于，該硬質(zhì)合金包括作為硬質(zhì)相的碳化鎢粉末和作為粘結(jié)相的Fe3Al合金粉末，所述碳化鎢粉末的粒徑范圍為3飛μ m,所述Fe3Al合金粉末占硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分比為5.5°/Γ 5%，粒徑范圍為f 3 μ m, Fe3Al合金的成分包括:
2.一種制備權(quán)利要求1所述粘結(jié)相的碳化鎢硬質(zhì)合金的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: a)首先將提前過(guò)篩選好粒度均勻的碳化鎢粉末和Fe3Al合金粉末按85:15 94.5:5.5例配好，并添加占碳化鎢粉末與Fe3Al合金粉末混合物總質(zhì)量0.59Tl%的硬脂酸配料作為添加劑,在球磨機(jī)中進(jìn)行混合并研磨45 50小時(shí)； b)將混合并研磨后的原料經(jīng)真空干燥后篩分去除團(tuán)聚體，然后制粒，再在90(Tl200kg/cm2的壓力下進(jìn)行壓制，制成壓坯； c)將制好的壓坯置于真空度為4X10_4MPa飛X10_4MPa的真空燒結(jié)爐中加熱至12500C 1350°C真空燒結(jié)I 2小時(shí)，接著在1250°C 1350°C和10(Tl20MPa下進(jìn)行I 2小時(shí)的熱等靜壓處理，制成硬質(zhì)合金。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種粘結(jié)相的碳化鎢硬質(zhì)合金及其制備方法，其中硬質(zhì)合金包括作為硬質(zhì)相的碳化鎢粉末和作為粘結(jié)相的Fe3Al合金粉末，碳化鎢的粒徑范圍為3~5μm，F(xiàn)e3Al粉末占硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分比為5.5%~15%，粒徑范圍為1~3μm。本發(fā)明制備方法，首先將提前過(guò)篩選好均勻粒度的WC和粘結(jié)劑Fe3Al粉末按需要質(zhì)量分?jǐn)?shù)配好，并添加添加劑，在球磨機(jī)中混合研磨；然后經(jīng)真空干燥后篩分去除團(tuán)聚體，然后制粒壓制；最后將制好的壓坯置于真空燒結(jié)爐中真空燒結(jié)、熱等靜壓處理，制成硬質(zhì)合金。
文檔編號(hào)C22C29/08GK103243252SQ20131017389
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者薛烽, 周健, 巨佳, 白晶, 孫揚(yáng)善 申請(qǐng)人:東南大學(xué)