專利名稱：將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法
技術領域：
本發明涉及一種將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法。
技術背景
磨損是硬質合金工具失效的一種典型表現形式。硬質合金的硬度與耐磨性具有正相關關系，提高合金耐磨性首先必須提高合金的硬度。對WC-Co硬質合金，降低硬質合金中的Co含量，可顯著提高合金硬度，改善合金耐磨性。硬質合金中Co的梯度變化必然會導致合金中硬度的梯度變化。
傳統硬質合金的硬度與韌性是一對相互矛盾的參數，提高硬度要以犧牲韌性為代價，反之亦然。1986年，瑞典Sandvik公司率先推出了一種硬質合金新材質-雙相結構 WC-Co梯度硬質合金，簡稱DP (dual phase)合金。這種合金成功地解決了硬質合金的硬度與韌性難以同時兼顧的矛盾，可使合金的使用壽命得到明顯改善。這項技術主要包括兩個方面，即首先制得含均勻、細小且體積分數可控脫碳相(Π相)的WC+β + ι 三相組織合金 (β :Co基粘結相)，然后對此合金進行滲碳處理，以獲得具有雙相結構的梯度合金。這種合金的表層與中間過渡層為WC+β兩相組織合金，合金芯部為WC+β +η三相組織合金。合金表層為貧Co區；合金過渡層中Co含量呈梯度變化，為富Co區。DP合金中Co梯度的形成機理主要是通過碳勢差為合金中Co發生質量遷移提供驅動力，即通過對低碳合金進行滲碳處理，使WC-Co硬質合金中Co從合金表面的高碳區向合金中的低碳區遷移。采用這種方法制備的合金表層厚度通常為Imm 3mm，含Co約3%，賦予合金高硬度與高耐磨性；中間過渡層厚度通常為1. 5mm 2. 5mm，最高含Co量通常在10%左右，賦予合金高韌性。圖 1展示了一種典型DP合金拋光截面(沿合金中部的切割面)小負荷維氏硬度HV2 Qkgf載荷)變化曲線。采用這種技術制備的合金存在表層高硬度區厚度偏小，過渡層為低硬度突變區的缺陷。若表面高硬度區被磨損后，合金工具壽命會迅速降低，因而限制了合金的推廣應用。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種硬度突變型WC-Co梯度硬質合金轉變為硬度漸變型WC-Co梯度硬質合金，以提高合金工具使用壽命的將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法。
為了解決上述技術問題，本發明提供的將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法，通過對具有貧鈷高硬度表層區、富鈷低硬度過渡層區WC-Co梯度硬質合金進行后續液相復燒處理，達到消除低硬度突變區，實現合金中硬度漸變的目的，所述的后續液相復燒處理是指在真空燒結爐內將原始硬度突變型WC-Co梯度硬質合金在1400°C 1460°C的溫度保溫60min 120min。所述硬度漸變是指合金硬度由表至里呈現緩慢降低特性。
采用上述技術方案的將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法，通過對具有貧鈷高硬度表層區、富鈷低硬度過渡層區WC-Co梯度硬質合金進行后續液相復燒處理，達到消除低硬度突變區，實現合金中硬度的漸變，進一步改善合金耐磨性與使用壽命的目的。硬質合金中Co梯度結構的穩定性受控于液相遷移驅動力。液相遷移驅動力由合金中液相體積分數、合金含碳量、合金中WC晶粒度大小等因素共同決定。由于原始突變型梯度態合金中存在碳勢差和WC晶粒度差異，同時受表層區液相遷移通道狹窄等因素的影響， 復燒過程中原始富鈷過渡層區的Co只向合金芯部遷移，從而使合金中Co含量由表至里逐漸升高、合金硬度由表至里逐漸降低。
綜上所述，本發明是一種硬度突變型WC-Co梯度硬質合金轉變為硬度漸變型 WC-Co梯度硬質合金，以提高合金工具使用壽命的將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法。


圖1是一種典型DP合金拋光截面小負荷維氏硬度HV2變化曲線。
圖2是本發明制備方法1460°C，保溫120min真空復燒前后DP合金拋光截面硬度變化曲線。
圖3是本發明制備方法1430°C，保溫90min真空復燒后DP合金拋光截面由表至里不同部位HV50壓痕的對角裂紋；(a)、(b)表層；(c)、(d)中部；(e)、(f)芯部(含η相)。
圖4是本發明制備方法1400°C，保溫60min真空復燒前后DP合金拋光截面硬度變化曲線。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
將拋光截面小負荷維氏硬度HV2呈圖1變化的TLll型DP柱齒在真空燒結爐內進行復燒處理，復燒溫度為1460°C，保溫時間為120min。按與復燒前同樣的取樣、制樣與測量方式測量真空復燒處理后合金拋光截面由表至里的小負荷維氏硬度HV2。觀察真空復燒處理后合金拋光截面，可見明顯的反光特性不同的3層區域。圖2展示了真空復燒前后DP 合金拋光截面硬度變化曲線。由圖2可知，經復燒處理后合金中低硬度突變區已經消失，合金硬度由表至里呈現緩慢降低特性，合金表層的硬度得到進一步提高，距合金表層第一個硬度測量點約5. 7mm的區域范圍內，復燒處理后合金的硬度均高于處理前原始態合金的硬度。
實施例2:
將拋光截面小負荷維氏硬度HV2呈圖1變化的TLll型DP柱齒在真空燒結爐內進行復燒處理，復燒溫度為1430°C，保溫時間為90min。按與復燒前同樣的取樣、制樣與測量方式測量真空復燒處理后合金拋光截面由表至里的小負荷維氏硬度HV2。觀察真空復燒處理后合金拋光截面，可見明顯的反光特性不同的3層區域。測量真空復燒后DP合金拋光截面硬度變化曲線，結果表明經復燒處理后合金中低硬度突變區已經消失，合金硬度由表至里呈現緩慢降低特性，合金表層的硬度得到進一步提高，距合金表層第一個硬度測量點約 5. 6mm的區域范圍內，復燒處理后合金的硬度均高于處理前原始態合金的硬度。圖3展示了真空復燒后DP合金拋光截面由表至里不同部位HV50 (50kgf載荷)壓痕的對角裂紋。
Palmqvist斷裂韌性按公式(1)計算
Kic = A · H0.5 · (P/Σ L)0.5(1)
式中Η-維氏硬度，MPa;P-施加載荷，Ν;Σ L-對角裂紋總長度，mm ;Α-常數， 0. 0028 ；Kic-斷裂韌性，麗· πΓ3/2 或 MPa · m1/2。
傳統WC-Co硬質合金的I^almqvist斷裂韌性通常在7MN · πΓ3/2 25ΜΝ · πΓ3/2之間 (施加載荷通常在30kgf 50kgf之間)，Co質量分數為8% 9%的傳統WC-Co硬質合金的Palmqvist斷裂韌性通常在IOMN · πΓ3/2 17ΜΝ · πΓ3/2之間。
由圖3可以看出，除靠近表層個別HV50壓痕的對角存在< 40 μ m的裂紋外，即使施加載荷高達50kgf，真空復燒后DP合金拋光截面由表至里不同部位HV50壓痕的對角均未產生明顯的裂紋，超出了 Palmqvist斷裂韌性的測量范圍。這一現象說明，由于梯度結構的形成，合金具有高硬度與高韌性的優異性能。
實施例3
將拋光截面小負荷維氏硬度HV2呈圖ι變化的ττη型DP柱齒在真空燒結爐內進行復燒處理，復燒溫度為1400°c，保溫時間為60min。按與復燒前同樣的取樣、制樣與測量方式測量真空復燒處理后合金拋光截面由表至里的小負荷維氏硬度HV2。發現經復燒處理后合金中低硬度突變區已經消失，合金硬度由表至里呈現緩慢降低特性。觀察真空復燒處理后合金拋光截面，可見明顯的反光特性不同的3層區域。圖4展示了真空復燒前后DP 合金拋光截面硬度變化曲線。由圖4可知，經復燒處理后合金中低硬度突變區已經消失，合金硬度由表至里呈現緩慢降低特性，合金表層的硬度得到進一步提高，距合金表層第一個硬度測量點約5.4mm的區域范圍內，復燒處理后合金的硬度均高于處理前原始態合金的硬度。
權利要求
1.一種將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法，對具有貧鈷高硬度表層區、富鈷低硬度過渡層區WC-C0梯度硬質合金進行后續液相復燒處理，消除低硬度突變區， 實現合金中硬度的漸變，其特征是所述的后續液相復燒處理是指在真空燒結爐內將原始硬度突變型WC-Co梯度硬質合金在1400°C 1460°C的溫度保溫60min 120min。
2.根據權利要求1所述的將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法，其特征是所述硬度漸變是指合金硬度由表至里呈現緩慢降低特性。
全文摘要
本發明公開了一種將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法，通過對具有貧鈷高硬度表層區、富鈷低硬度過渡層區WC-Co梯度硬質合金進行后續液相復燒處理，達到消除低硬度突變區，實現合金中硬度的漸變，進一步改善合金耐磨性與使用壽命的目的。所述的后續液相復燒處理是指在真空燒結爐內將原始硬度突變型WC-Co梯度硬質合金在1400℃～1460℃的溫度保溫60min～120min。所述硬度漸變是指合金硬度由表至里呈現緩慢降低特性。本發明是一種硬度突變型WC-Co梯度硬質合金轉變為硬度漸變型WC-Co梯度硬質合金，以提高合金工具使用壽命的將硬度突變型轉變為硬度漸變型梯度硬質合金的方法。
文檔編號C22F1/18GK102560169SQ201210045579
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月27日 優先權日2012年2月27日
發明者吳厚平, 張立, 熊湘君, 解明偉, 賀躍輝 申請人:中南大學