本發(fā)明涉及制備硬質(zhì)合金材料的方法。

背景技術(shù)：

礦山、煤炭和石油鉆探用硬質(zhì)合金的用量很大，這些鑿巖用硬質(zhì)合金工具由于技術(shù)的限制，多年來變化很小，且這些變化無非是通過精度控制合金純凈度和粘結(jié)相組成等。目前礦用硬質(zhì)合金工具主要采用WC-Co合金。一般情況下，鉆井用、煤炭開采用和瀝青切割用沖擊式鉆頭上的合金組成為WC和6—11%Co，而不同用途的合金，因?yàn)槟承┬阅艿奶岣邔?dǎo)致另一些性能的降低。如高耐磨合金通常韌性不好，反之，韌性好的合金耐磨性不佳。降低Co含量和提高硬度可減少合金磨損，而增加Co含量和加大WC晶粒度可提高沖擊韌性。

目前，WC-Co合金的制備可采用層壓法、燒結(jié)等工藝，通過這些工藝制備的WC-Co硬質(zhì)合金的WC晶粒呈連續(xù)分布，且具有Co相梯度的合金，細(xì)晶一側(cè)具有較高的硬度，粗晶一側(cè)具有一定的抗彎強(qiáng)度；在燒結(jié)時，Co相從粗晶一側(cè)遷移至細(xì)晶側(cè)，其硬度和強(qiáng)度還不夠。隨著自然資源的不斷開發(fā)與應(yīng)用，對礦山用硬質(zhì)合金的要求越來越高，不僅需要較高強(qiáng)度、較好硬度的硬質(zhì)合金工具。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可制備硬度較大、強(qiáng)度較高的制備硬質(zhì)合金材料的方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種制備硬質(zhì)合金材料的方法，其包括以下步驟：

（1）將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；

（2）將合金液澆注至模具中，然后置于冷水中冷卻至室溫，得到合金錠；

（3）將合金錠車削成細(xì)屑后進(jìn)行粉碎，得到合金粉；

（4）將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料；

（5）再對上述硬質(zhì)合金材料進(jìn)行燒結(jié)和熱處理；

（6）將熱處理后的硬質(zhì)合金與液體混合，并加入有機(jī)粘合劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；

（7）再將漿料通過噴霧造粒機(jī)制成粉末。

作為優(yōu)選，在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。

作為優(yōu)選，熱壓燒結(jié)時，先以280—320℃的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600℃溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700℃溫度燒結(jié)20—30s。

作為優(yōu)選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。

作為優(yōu)選，固溶處理的溫度為650—700℃，時間為10—12min。

作為優(yōu)選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。

作為優(yōu)選，時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h。

作為優(yōu)選，擠壓成型在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，壓力為1000—1200MPa。

作為優(yōu)選，所述液體采用蒸餾水或去離子水，且硬質(zhì)合金與液體的質(zhì)量比為（2.5—3）：1；所述有機(jī)粘合劑采用金屬造粒劑，其加入量為硬質(zhì)合金質(zhì)量的2—4%。

作為優(yōu)選，所述噴霧造粒機(jī)采用離心噴霧造粒機(jī)，離心噴霧造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為5000—8000轉(zhuǎn)/分；所述噴霧造粒機(jī)干燥空氣的進(jìn)口溫度為250—350℃、出口溫度為100—150℃；干燥空氣的流量為100—200 Nm ³ /h；進(jìn)料速度為10—20 kg/h。

從以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過合金液澆注至模具中，然后置于冷水中冷卻至室溫，使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時間較短，合金元素來不及擴(kuò)散，從而細(xì)化組織，降低偏析；同時，將WC-Co合金粉進(jìn)行熱壓燒結(jié)和熱處理，可獲得較高的硬度和強(qiáng)度的硬質(zhì)合金材料。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

一種制備硬質(zhì)合金材料的方法，其包括以下步驟：

以WC、Co粉為原料，并按Co的含量為5—10wt%配料；然后將WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液澆注至模具中，連同模具迅速置于冷水中冷卻至室溫，得到合金錠；接著將合金錠車削成細(xì)屑后進(jìn)行粉碎，得到合金粉。

將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料；在擠壓過程中，模具中的金屬粉末處除受到擠壓機(jī)沖頭的正壓力外，還受到模具壁的側(cè)壓力和摩擦力的作用；隨著沖頭的移動，模具中的粉末被逐漸壓實(shí)，從而通過模具擠出。為了防止金屬氧化，擠壓成型在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，壓力采用1000—1200MPa，這樣可獲得致密度較高的的材料，且性能分布均勻，生產(chǎn)率高；接著對上述擠壓成型獲得的硬質(zhì)合金材料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)分三階段進(jìn)行，先以280—320℃的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600℃溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700℃溫度燒結(jié)20—30s；第一階段屬于燒結(jié)準(zhǔn)備階段，為進(jìn)一步地?zé)Y(jié)凈化環(huán)境；第二階段隨著溫度的升高，合金物質(zhì)顆粒之間開始形成燒結(jié)頸，并相互結(jié)合，顆粒表面氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，從而繼續(xù)參與燒結(jié)，顆粒間的結(jié)合封閉了相互之間的空隙；第三個階段的燒結(jié)溫度更高，顆粒間的燒結(jié)頸進(jìn)一步長大，更多的顆粒得到合并，燒結(jié)體得到進(jìn)一步收縮、球化，從而提高制備材料的強(qiáng)度和硬度。

對上述粉末冶金材料進(jìn)行熱處理；熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理；固溶處理的溫度為650—700℃，時間為10—12min，這樣可控制鎳、鋁在銅基體中的固溶度及晶粒大??；固溶溫度過高，會導(dǎo)致晶粒粗大，降低合金強(qiáng)度；固溶溫度過低，晶粒雖較小，但會導(dǎo)致后續(xù)時效處理難以發(fā)揮強(qiáng)化合金的作用。

作為優(yōu)選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%；時效處理前對合金進(jìn)行冷加工變形，可使合金呈現(xiàn)形變強(qiáng)化和時效強(qiáng)化的雙重效果；時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h；時效處理可析出第二相，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化。熱處理后的硬質(zhì)合金與液體混合，并加入金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機(jī)制備金屬粉末。

實(shí)施例1

將95wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入5wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6μm，Co粉的粒徑為0.5—0.8μm，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；再將合金液澆注至模具中，并迅速水冷至室溫，得到合金錠；接著將合金錠車削成細(xì)屑后進(jìn)行粉碎，得到合金粉；將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)采用1000MPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以280℃的溫度燒結(jié)30s，然后以500℃溫度燒結(jié)60s，再以650℃溫度燒結(jié)30s；隨后以650℃固溶處理12min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%；最后以300℃時效處理3h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料；接著將硬質(zhì)合金與蒸餾水混合，且硬質(zhì)合金與蒸餾水的質(zhì)量比為2.5：1，并加入硬質(zhì)合金質(zhì)量的2%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機(jī)進(jìn)行造粒，其中噴霧造粒機(jī)干燥空氣的進(jìn)口溫度為250℃、出口溫度為100℃、干燥空氣的流量為100 Nm ³ /h、進(jìn)料速度為10kg/h，離心噴霧造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分，從而獲得金屬粉末。測得該材料的硬度為51.8HRC，剪切強(qiáng)度為621.6MPa。

實(shí)施例2

將92wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入8wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6μm，Co粉的粒徑為0.5—0.8μm，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；再將合金液澆注至模具中，并迅速水冷至室溫，得到合金錠；接著將合金錠車削成細(xì)屑后進(jìn)行粉碎，得到合金粉；將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)采用1100MPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以300℃的溫度燒結(jié)25s，然后以560℃溫度燒結(jié)50s，再以680℃溫度燒結(jié)25s；隨后以680℃固溶處理11min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為32%；最后以330℃時效處理2.5h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料；接著將硬質(zhì)合金與去離子水混合，且硬質(zhì)合金與去離子水的質(zhì)量比為2.8：1，并加入硬質(zhì)合金質(zhì)量的3%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機(jī)進(jìn)行造粒，其中離心噴霧造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分，噴霧造粒機(jī)干燥空氣的進(jìn)口溫度為300℃、出口溫度為130℃、干燥空氣的流量為150 Nm ³ /h、進(jìn)料速度為15 kg/h，從而獲得金屬粉末。測得該材料的硬度為68.6HRC，剪切強(qiáng)度為684.2MPa。

實(shí)施例3

將90wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入10wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6μm，Co粉的粒徑為0.5—0.8μm，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；再將合金液澆注至模具中，并迅速水冷至室溫，得到合金錠；接著將合金錠車削成細(xì)屑后進(jìn)行粉碎，得到合金粉；將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)采用1200MPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以320℃的溫度燒結(jié)20s，然后以600℃溫度燒結(jié)40s，再以700℃溫度燒結(jié)20s；隨后以700℃固溶處理10min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為35%；最后以350℃時效處理2h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料；接著將硬質(zhì)合金與去離子水混合，且硬質(zhì)合金與去離子水的質(zhì)量比為3：1，并加入硬質(zhì)合金質(zhì)量的4%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機(jī)進(jìn)行造粒，其中離心噴霧造粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/分，噴霧造粒機(jī)干燥空氣的進(jìn)口溫度為350℃、出口溫度為150℃、干燥空氣的流量為200 Nm ³ /h、進(jìn)料速度為20 kg/h，從而獲得金屬粉末。測得該材料的硬度為64.5HRC，剪切強(qiáng)度為638.1MPa。

以上對本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在具體實(shí)施方式以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。