硬質合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種硬質合金，特別是一種社鋼用的新型硬質合金漉環材料，本發明 還包括上述硬質合金的制備方法。
【背景技術】
[0002] 在鋼鐵社制領域，特別是高速線材社制時，硬質合金漉環是重要的消耗備件，自上 世紀六、屯十年代起就已成為高線社機的標準配件。
[0003] 隨著社鋼技術的進步，鋼材品種越來越多，難社鋼種的需求量越來越大，對產品 質量的要求也越來越高，普通的硬質合金漉環材料越來越不能滿足使用要求。特別是 在社制高碳鋼，合金鋼等高強、高硬度特殊鋼種時，社制力大，粘漉性強，普通的WC-Co, WC-Co-Ni-化材質漉環易開裂，磨損快、壽命低，越來越不能滿足用戶的要求及期望。
[0004] 近年來，針對市場對現有漉環產品在社制特鋼時存在問題，各漉環制造商均對此 進行了大力研究，開發了一些新材質漉環，取得了一定的效果，但仍存在原料成本高及工藝 控制難等問題。 陽0化]公開號為CN101994051A的專利《一種碳化鶴漉環配方》，采用低粘結劑（2~ 5wt. % )，添加 TiC(0. 2 ~0. 3wt. % )，CrC(0. 2 ~0. 3wt. % )，VC(0. 05 ~0. 3wt. % )， Y(0. 05~0.1 wt. % )的方法提高耐磨性和抗裂性。
[0006][0007][0008] 眾所周知，在WC-Co硬質合金中，添加 TiC、TaC等高烙點碳化物，有利于改善合金 的高溫性能W及化學穩定性，然而，眾多實踐表明TiC、TaC的添加會顯著降低合金的強初 性，因此，一般TiC、TaC等的添加量不能超過0. 3wt. %。對于特鋼社制用硬質合金漉環而 言，材料的高溫力學性能和化學穩定性是非常重要的，少量添加 TiC、TaC等，對漉環高溫性 能的改善有限，不能滿足使用期望，要在不明顯降低強初性的前提下，顯著提高漉環的高溫 性能和化學穩定性，仍是一個技術難點。

【發明內容】

[0009] 本發明目的在于：是針對現有技術存在的不足和難點，提供一種硬質合金及其制 備方法，該合金材料在保證良好的強初性的同時具有耐高溫、耐磨、抗裂、抗粘鋼、抗塑性變 形能力好的特點。 陽010] 1、本發明的硬質合金，合金組織中含有a相、0相、丫相S相，所述a相為WC 晶粒；所述P相為燈i，W，化)C相；所述丫相為Co (Ni,化）相，所述的a相平均晶粒度為 2. 0~4. 0 Ji m，所述的0相平均晶粒度為0. 5~1. 5 Ji m，所述的0相晶粒數量約占 a相 和0相兩種晶粒總數量的10%~40%。上述a相平均晶粒度優選為2. 4~4. 0 ym ; 0 相平均晶粒度優選為0.8~LOii m，所述的0相晶粒數量約占 a相和0相兩種晶粒總數 量優選為13 %~36%。
[0011] 本發明的合金組織設計成S相雙晶結構。采用Co+Ni+化作粘結金屬丫相，W WC 晶粒（a相）及燈i，W，化，）C固溶體相（0相）作為硬質相，S相結構中粗大的WC晶粒（a 相）有利于增大粘結相的平均自由程，提高合金強初性，而細顆粒的P相具有良好的高溫 化學穩定性，同時又可起彌散強化粘結相的作用，提高合金硬度及抗塑性變形能力。因此， 使得合金在保持高強度和良好的抗沖擊能力的同時，其高硬度、耐高溫、優良的化學穩定性 也得到顯著改善，從而實現其目的。 陽〇1引更進一步的是，本發明的硬質合金各元素重量組分如下：W:Co:Ni :Ti :Ta:化： C:雜質=(62-86):化.9-30.1 ) :(0. 7-1.73) :(0. 4-1. I) :(0. 05-0. 21) :(0. 03-0. 11): (4. 13-5. 6) : (0. 53-0. 96)
[0013] 本發明還包括上述合金的制備方法，其配料和球磨工序按如下工藝控制：
[0014] 所述配料工序按W下重量組份配制原料 陽01引 WC，54. 3~84. 7,費氏粒度20. 0-30.0 ym(優選為22. 0-28. 0);配碳含量為 6. 12wt. % ~6. 16wt. % (優選為 6. 12wt. % ~6. 15wt. % );
[0016] Co, 7. 3 ~30. 7;
[0017] Pp粉末，8~巧； 陽〇1引所述Pp粉末由W下重量組分組成：
[0019] Ni ：8, 5
[0020] TiC :7,費氏粒度小于等于2. 5 Jim(優選為小于等于2. 0 Ji m);
[0021] TaC :1
[0022] Cr :0. 5
[0023] WC :83,費氏粒度小于等于0. 8 Ji m(優選為小于等于0. 6 Ji m);
[0024] 所述球磨工序的工藝為：0 P粉末在球磨筒內先預先濕磨12~18小時，再和費氏 粒度20. 0-30. 0 ym的超粗顆粒WC、Co -并在球磨筒內濕磨16~24小時。
[00巧]現有球磨工藝都是采用原料一次性投入的研磨方法，本發明為了獲得不同晶粒度 的硬質相，在配料工序，分別選取了超粗晶粒的WC，和含有細晶粒WC、TiC的0 P粉末粉末， 再輔之W分段研磨的方法，形成硬質相中細晶結構的原料球磨時間約為28-42小時，形成 硬質相中粗晶結構的原料球磨時間為16~24小時。
[0026] 本發明的超粗WC粉末，其配碳含量為6. IOwt. %~6. 16wt. % (優選6. 12wt. %~ 6. 15wt. % )，平均FSSS粒度不小于20 y m，優選不小于22 y m，W得到平均晶粒度為2. 4~ 4.0ym的a相。因為WC的配碳量對合金燒結過程中a相的發育W及Ti、化等在粘結相 中的固溶行為有顯著影響，配碳量過低（低于6. IOwt. % )時，燒結后得到的合金a相偏 細，抗沖擊性能降低。Ti、化等將大量溶解進入粘結相中，無法形成細小的0相。
[0027] 通過上述工序制備成所需的合金牌號混合料，再經過壓制成型、燒結等常規粉末 冶金工序，得到的硬質合金產品，與傳統硬質合金相比，粘結相含量相同的情況下，具有更 高的硬度、更耐高溫，化學穩定性W及抗塑性變形能力更好，使用壽命更長等優點，更適合 于社制高硬度、高強度鋼材。
【附圖說明】
[0028] 圖1是實施例3合金顯微組織X 1500金相圖化其中粗大的多邊形灰色晶粒為a 相，細小的近圓形黑色顆粒為0相，白色組織為丫相。
[0029] 圖2是對比例3-0合金的顯微組織X 1500金相圖化其中不規則多邊形灰色晶粒 為a相，近圓形含有黑色忍核的顆粒為0相，白色組織為丫相。
[0030] 圖3是對比例3-2合金的顯微組織X 1500金相圖化其中不規則多邊形灰色晶粒 為a相，白色組織為丫相，本例中，由于配碳量偏低，含Ti相均溶解進入丫相而幾乎完全 消失，僅殘留粗大含Ti相顆粒（圖中黑色顆粒）。
[0031] 圖4是實施例1~5與對比例1~5合金高溫硬度（HV30)對比圖
[0032] 圖5是實施例1~5與對比例1~5合金抗沖擊初性（Ak)對比圖
[0033] 圖6是實施例1~5與對比例1~5合金抗彎強度燈3巧對比圖
【具體實施方式】
[0034] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟W外，均可WW任何方式組合。本說明書（包括任何附加權利要求、摘要 和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征 加 W替換。目P，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0035] 本發明制備Pp粉末的工藝如下：
[0036] 將符合工業生產標準用原料粉末￥(：1、1'1(：^曰(：、化、化，按表1重量組分進行配比， 混合，獲得所需要的Pp粉末，待用。
[0037] 其中TiC粉末，平均費氏粒度2.0 ym。WCl粉末，平均費氏粒度0.6 ym。為了獲得 細晶粒的0相，TiC粉末和WCl粉末，粒度越細越好，為了實現本發明的目的，TiC :費氏粒 度應小于等于2. 5 Ji m ;WC，費氏粒度小于等于0. 8 Ji m。
[0038] W39]表 1
陽040] 實施例1 :
[0041] 一種硬質合金的制備方法，包括如下步驟：
[0042] 1、配料：按表2實施例1中的重量組份和工藝參數配制原料粉末WC2、Co、0 P粉 O 陽0創 2、球磨，將上述配比的Pp粉末加入球磨筒濕磨18小時后，再加入WC2、Co濕磨24 小時；并加入1. 5wt%的成型劑石蠟。
[0044] 3、干燥，將濕磨完畢的混合料料漿干燥、得到混合料粉末；
[0045] 4、壓制成型，采用常規模壓工藝成型；
[0046] 5、燒結，常規低壓燒結工藝，具體見表3。獲得合金制