一種亞微晶粒硬質合金頂錘及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種亞微晶粒硬質合金頂錘及其制備方法。亞微晶粒硬質合金頂錘的合金成分為WC–10Co–0.4～0.6Cr3C2–0.2～0.3VC，合金晶粒度為0.8～0.9μm，合金孔隙度為A00B00C00，合金硬度為90.5～91.5HRA，合金矯頑磁力為205～245Oe。采用費氏粒度分別為1.0～1.2μm和0.8～1.0μm的WC粉和球形Co粉為原料，合金中Cr、V添加劑在WC粉末制備過程中添加。采用滾動濕磨工藝制備合金混合料，濕磨時間為55～60h，球料質量比為4:1；采用噴霧干燥制粒方法對濕磨混合料進行干燥制粒；采用壓力燒結工藝對冷等靜壓成形的頂錘壓坯進行燒結，燒結溫度為1400～1410℃。采用–180～–190℃液氮深冷處理、隨后350～400℃中溫回火處理工藝對精加工頂錘進行后續強化處理。
【專利說明】一種亞微晶粒硬質合金頂錘及其制備方法
[0001]【技術領域】
本發明涉及一種頂錘及其制備方法，具體講是涉及一種亞微晶粒硬質合金頂錘及其制備方法。
【背景技術】
[0002]硬質合金頂錘是合成金剛石與立方氮化硼超硬材料以及硬質合金-金剛石復合片的重要消耗材料，是影響超硬材料與硬質合金-金剛石復合片生產成本的重要因素之一。硬質合金頂錘在超硬材料與硬質合金-金剛石復合片合成過程中，承受著高溫高壓的交變熱/力循環作用，工作環境極為惡劣，因此對硬質合金材質及其制備技術以及合金的使用技術具有很高的要求。超硬材料與硬質合金-金剛石復合片生產企業為了降低生產成本，在如何合理使用硬質合金頂錘方面進行了大量工作，使頂錘的使用技術有了較大提高，單位錘耗有了較大幅度的下降。與此同時，超硬材料與硬質合金-金剛石復合片生產企業也迫切需要硬質合金頂錘生產企業提高硬質合金頂錘的質量和使用壽命，以進一步降低企業的生產成本。
[0003]目前硬質合金頂錘的常用材質為含Co質量分數為8%的WC- 8Co硬質合金，合金的晶粒度通常為1.2~1.6 Pm，屬于典型的中細晶粒硬質合金。關于硬質合金頂錘的專利已有報道。申請號為201110287292.8的發明專利“合成金剛石復合片用硬質合金頂錘及其制備方法”提供了一種合成金剛石復合片用硬質合金頂錘，合金粘結相鈷的質量百分比為6~9%，添加劑為Cr或Ta的碳化物，其質量百分比為粘接相的2.0~8.5%，余量為WC，硬質合金頂錘中WC平均晶粒度為0.8~1.2 Um0關于硬質合金頂錘的熱處理已有報道(郭建中，龍建國.熱處理對硬質合金頂錘性能和結構的影響.硬質合金，2001，18 (2):84 - 88.)，結果表明，淬火熱處理可提高YG8硬質合金(WC_8Co)的抗彎強度、抗壓強度和頂錘表層的鈷粘結相固溶度及面心立方鈷含量，從而使YG8頂錘的使用性能得到提高。關于硬質合金頂錘的深冷處理已有報道(樊戀.頂錘用YL20.3硬質合金深冷處理研究.湖南大學碩士學位論文，2010年.)，但是研究結果表明，深冷處理可導致YG8合金抗彎強度的降低。
[0004]Cr3C2和VC是合金晶粒度〈0.5 U m超細晶硬質合金最常用的晶粒生長抑制劑，但是由于超細晶硬質合金的抗熱疲勞性能較差，超細晶硬質合金不能用作硬質合金頂錘材質。

【發明內容】

[0005]鑒于現有技術存在的問題，本發明的目的是要提供一種亞微晶粒硬質合金頂錘及其制備方法。
[0006]為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為亞微晶粒硬質合金頂錘，其特征在于:以質量分數計，合金中Co含量為10%，Cr3C2含量為0.4~0.6%，VC含量為0.2~0.3%，余量為WC，合金晶粒度為0.8~0.9 um,合金孔隙度為A00B00C00，合金硬度為90.5~91.5 HRA，合金矯頑磁力為205~245 Oe0
[0007]如上所述的亞微晶粒硬質合金頂錘的制備方法，其步驟如下:
第一步:采用費氏粒度為1.0~1.2 Pm含Cr、V添加劑的WC粉和費氏粒度為0.8~
1.0ym的球形Co粉為原料
第二步:采用滾動濕磨工藝制備合金混合料，球料質暈比為4:1，所述濕磨時間為55~60h ；
第三步:采用噴霧干燥制粒方法對濕磨混合料進行干燥制粒；
第四步:采用冷等靜壓成形工藝將混合料成形頂錘壓坯；
第五步:采用壓力燒結工藝對頂錘壓坯進行燒結；燒結溫度為1400~1410°C、燒結保溫階段燒結爐內壓力>5 MPa；
第六步:采用-180~-190 °C液氮深冷處理燒結的頂錘壓還；
第七步:將液氮深處理的頂錘在350~400°C條件下中溫回火處理工藝對精加工頂錘進行后續強化處理。
[0008]所述球形Co粉由球形碳酸鈷為原料制得的。
[0009]所述含Cr、V添加劑的WC粉為在WC粉末制備過程中按比例添加添加劑Cr、V制得的。
[0010]所述-180~-190°C液氮深冷處理頂錘壓坯的過程為:
第一次降溫:向燒結的頂錘壓坯通入液氮降勻速溫至-80度，降溫時間為2小時；
第一次保溫:保溫時間為2小時，溫度為-80度；
第二次降溫:繼續通入液氮使頂錘勻速降溫至-140度，降溫時間為2小時；
第二次保溫:保溫時間為2小時，溫度為-140度；
第三次降溫:繼續通入液氮使頂錘勻速降溫至-180度，降溫時間為2小時；
第三次保溫:保溫時間為2小時，溫度為-180度；
最后風機回溫至室溫。
[0011]本發明的優點在于:
1、采用Cr3C2和VC為硬質合金的晶粒生長抑制劑，實現金剛石與金剛石復合片高溫高壓合成條件下硬質合金頂錘所受壓應力的最小化；聯合添加Cr3C2和VC顯著增強合金中WC晶粒分布的均勻性，改變合金中WC硬質相與鈷基固溶體粘結相相界性質，實現對硬質合金中鈷基固溶體粘結相成分及其熱膨脹系數的有效調控，從而實現對硬質合金中應力分布狀態以及合金抗彎強度、抗壓強度、硬度、韌性等物理力學性能參數組合狀態的有效調控，以及合金物理力學性能參數組合狀態與合金服役工況匹配度的最優化；
2、在制備過程中，通過液氮深冷處理和回火強化處理，對合金微觀組織結構均勻性的改善、合金中應力分布狀態的改善以及合金中硬質相與鈷基固溶體粘結相熱膨脹系數的調控，實現合金抗彎強度、抗壓強度、硬度、韌性等物理力學性能參數組合狀態與服役工況匹配度的最優化，從而實現硬質合金頂錘壽命及其穩定性的改善。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
亞微晶粒硬質合金頂錘，以質量分數計，合金中Co含量為10%，Cr3C2含量為0.6%，VC含量為0.2%，余量為WC。采用費氏粒度為1.0 Pm含Cr、V添加劑的WC粉和費氏粒度為
0.8 um的球形Co粉為原料，通過滾動濕磨工藝濕磨55h制得合金混合料,球料質量比為4:1，通過噴霧干燥制粒方法對濕磨混合料進行干燥制粒，采用冷等靜壓成形工藝成形頂錘壓坯，采用壓力燒結工藝對頂錘壓坯進行燒結，燒結溫度為1400°C、燒結保溫階段燒結爐內壓力為6 MPa。測量結果表明，合金微觀組織結構均勻，合金晶粒度為0.8 Pm，合金孔隙度為八0(?000)0，合金硬度為91.5 HRA，合金矯頑磁力為245 Oe。采用-180°C液氮深冷處理、后續350°C中溫回火處理工藝對精加工頂錘進行后續強化處理。高溫高壓金剛石合成考核結果表明，此批頂錘的平均使用壽命為6850次。
[0013] 實施例2
頂錘合金成分為，以質量分數計，合金中Co含量為10%，Cr3C2含量為0.4%，VC含量為
0.3%，余量為WC。采用費氏粒度為1.2 Pm含Cr、V添加劑的WC粉和費氏粒度為1.0 Um的球形Co粉為原料,通過滾動濕磨工藝濕磨55h制得合金混合料,球料質量比為4:1,采用噴霧干燥制粒方法對濕磨混合料進行干燥制粒。采用冷等靜壓成形工藝成形頂錘壓坯。采用壓力燒結工藝對頂錘壓坯進行燒結，燒結溫度為1410°C、燒結保溫階段燒結爐內壓力為6 MPa。測量結果表明，合金微觀組織結構均勻，合金晶粒度為0.9 Pm，合金孔隙度為A00B00C00，合金硬度為90.5 HRA，合金矯頑磁力為205 Oe。采用_ 190°C液氮深冷處理、后續400°C中溫回火處理工藝對精加工頂錘進行后續強化處理。高溫高壓金剛石合成考核結果表明，此批頂錘的平均使用壽命 為7610次。
【權利要求】
1.亞微晶粒硬質合金頂錘，其特征在于:以質量分數計，合金中Co含量為10%，Cr3C2含量為0.4~0.6%，VC含量為0.2~0.3%，余量為WC，合金晶粒度為0.8~0.9 u m,合金孔隙度為A00B00C00，合金硬度為90.5~91.5 HRA，合金矯頑磁力為205~245 Oe0
2.如上權利要求1所述的亞微晶粒硬質合金頂錘的制備方法，其特征在于:其步驟如下: 第一步:采用費氏粒度為1.0~1.2 Pm含Cr、V添加劑的WC粉和費氏粒度為0.8~1.0y m的球形Co粉為原料； 第二步:采用滾動濕磨工藝制備混合料，球料質暈比為4:1，所述濕磨時間為55飛Oh ； 第三步:采用噴霧干燥制粒方法對濕磨混合料進行干燥制粒； 第四步:采用冷等靜壓成形工藝將混合料成形頂錘壓坯； 第五步:采用壓力燒結工藝對頂錘壓坯進行燒結；燒結溫度為1400~1410°C、燒結保溫階段燒結爐內壓力>5 MPa； 第六步:采用-180~-190°C液氮深冷處理頂錘壓還； 第七步:將液氮深處理的頂錘在350~400°C條件下中溫回火處理工藝對精加工頂錘進行后續強化處理。
3.根據權利要求2所述的亞微晶粒硬質合金頂錘的制備方法，其特征在于:所述球形Co粉由球形碳酸鈷為原料制得的。·
4.根據權利要求2所述的亞微晶粒硬質合金頂錘的制備方法，其特征在于:所述含Cr、V添加劑的WC粉為在WC粉末制備過程中按照配比添加添加劑Cr、V制得的。
【文檔編號】B22F1/00GK103572136SQ201310542232
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】楊愛軍, 孫景義, 張宇, 聶騫, 吳日紅, 王艷興, 李巖 申請人:大連遠東硬質合金有限公司