本發明屬于合金材料技術領域，更具體地說，是涉及一種硬質合金及其制備方法和合金刀頭。
背景技術：
合金刀頭是沖擊鉆或電錘鉆的鉆頭及旋轉銼的核心部件，由硬質合金制備加工而成。合金刀頭的應用十分廣泛，如破碎石塊、水泥路面或建筑物內的實體磚墻或水泥墻等場所，加工鋼構件及鑄件鋼等。而合金刀頭在實際應用過程中，尤其是在高強度巖石、鋼構件及鑄鋼件的應用過程中，易斷裂，這不僅增加了使用成本、影響經濟效益，而且還會因為更換合金刀頭而降低使用效率。
目前，現有技術為改善合金刀頭的上述技術問題，通過改善制備合金刀頭的硬質合金的韌性，使合金刀頭在使用過程中很少發生斷裂。但是，上述改進限制了合金元素的加入量，使合金刀頭的硬度受到影響。因此，提供一種能夠同時具備較好硬度和韌性的合金刀頭，能夠兼顧各種應用的不同需求，成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種硬質合金及其制備方法和合金刀頭，本發明提供的硬質合金同時具有高硬度和高強度。
本發明提供了一種硬質合金，包括以下組分：
碳化鎢87重量份～94重量份；
粘結劑9重量份～12重量份；
抑制劑0.4重量份～2重量份；
所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。
優選的，所述抑制劑中碳化鉭和碳化鈮的質量比為1：(0.5～1.5)。
優選的，所述粘結劑包括鈷粉、鎢粉、鎳粉和鉬粉中的一種或多種。
本發明還提供了一種上述技術方案所述的硬質合金的制備方法，包括以下步驟：
a)將碳化鎢、粘結劑和抑制劑進行混合，得到混合料；所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鎢；
b)將步驟a)得到的混合料依次進行壓制和燒結，得到硬質合金。
優選的，步驟a)中所述混合的過程具體為：
a1)將碳化鎢、粘結劑和抑制劑在球磨介質中進行球磨，得到混合物；
a2)將步驟a1)得到的混合物依次進行第一次過篩、干燥和第二次過篩，得到混合料。
優選的，步驟a1)中所述球磨介質為乙醇；所述球磨的球直徑為8mm～10mm；所述球磨的速度為35r/min～45r/min，時間為20h～50h。
優選的，步驟a2)中所述第一次過篩的目數為300目～350目；所述第二次過篩的目數為55目～65目。
優選的，步驟b)中所述壓制的方式為摻膠壓制；所述壓制的壓力為3t～100t。
優選的，步驟b)中所述燒結的溫度為1430℃～1480℃，時間為10h～12h。
本發明還提供了一種合金刀頭，由上述技術方案所述的硬質合金或上述技術方案所述的制備方法得到的硬質合金制備而成。
本發明提供了一種硬質合金及其制備方法和合金刀頭，所述硬質合金包括以下組分：碳化鎢87重量份～94重量份；粘結劑9重量份～12重量份；抑制劑0.4重量份～2重量份；所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。與現有技術相比，本發明提供的硬質合金以碳化鉭和碳化鈮共同作為抑制劑，不僅有效抑制碳化鎢晶粒長大，控制碳化鎢的晶粒度，還能夠提升硬質合金對不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的組分實現協同作用，從而使硬質合金同時具有高硬度和高強度。實驗結果表明，本發明提供的硬質合金制備的合金刀頭硬度為91HRA～91.5HRA，抗彎強度TRS大于2400N/mm2。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
本發明提供了一種硬質合金，包括以下組分：
碳化鎢87重量份～94重量份；
粘結劑9重量份～12重量份；
抑制劑0.4重量份～2重量份；
所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。
在本發明中，所述硬質合金包括碳化鎢、粘結劑和抑制劑。在本發明中，所述硬質合金以碳化鎢為主要組分，其具有穩定的化學性質，是合金具有高硬度和高強度的基礎。在本發明中，所述硬質合金包括87重量份～94重量份的碳化鎢，優選為90重量份～93.5重量份。
在本發明中，所述粘結劑優選包括鈷粉、鎢粉、鎳粉和鉬粉中的一種或多種，更優選為鈷粉和鎢粉中的一種或兩種，最優選為鈷粉和鎢粉。在本發明一個優選的實施例中，所述粘結劑為鈷粉和鎢粉；所述鈷粉和鎢粉的質量比優選為(8～9)：(1～3)，更優選為(8.3～9)：(1～2.8)。在本發明中，所述硬質合金包括9重量份～12重量份的粘結劑，優選為9.3重量份～11.8重量份。
在本發明中，所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。在本發明中，采用碳化鉭和碳化鈮共同作為抑制劑，不僅有效抑制碳化鎢晶粒長大，控制碳化鎢的晶粒度，還能夠提升硬質合金對不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的組分實現協同作用，從而使硬質合金同時具有高硬度和高強度。在本發明中，所述抑制劑中碳化鉭和碳化鈮的質量比優選為1：(0.5～1.5)，更優選為1：1。在本發明中，所述硬質合金包括0.4重量份～2重量份的抑制劑，優選為1重量份～1.6重量份。
本發明還提供了一種上述技術方案所述的硬質合金的制備方法，包括以下步驟：
a)將碳化鎢、粘結劑和抑制劑進行混合，得到混合料；所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鎢；
b)將步驟a)得到的混合料依次進行壓制和燒結，得到硬質合金。
本發明首先將碳化鎢、粘結劑和抑制劑進行混合，得到混合料。在本發明中，所述碳化鎢為硬質合金的主要原料，其具有穩定的化學性質，是合金具有高硬度和高強度的基礎。本發明對所述碳化鎢的來源沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的市售碳化鎢粉即可。在本發明中，所述碳化鎢的粒徑優選為0.9μm～2.0μm，更優選為1μm～1.49μm。
在本發明中，所述粘結劑優選包括鈷粉、鎢粉、鎳粉和鉬粉中的一種或多種，更優選為鈷粉和鎢粉中的一種或兩種，最優選為鈷粉和鎢粉。在本發明一個優選的實施例中，所述粘結劑為鈷粉和鎢粉；所述鈷粉和鎢粉的質量比優選為(8～9)：(1～3)，更優選為(8.3～9)：(1～2.8)；所述鈷粉的粒徑優選為1.9μm～2.6μm，更優選為2μm～2.5μm；所述鎢粉的粒徑優選為1.9μm～2.6μm，更優選為2μm～2.5μm。本發明對所述粘結劑的來源沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的上述鈷粉、鎢粉、鎳粉和鉬粉的市售商品即可。
在本發明中，所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。在本發明中，所述抑制劑中碳化鉭和碳化鈮的質量比優選為1：(0.5～1.5)，更優選為1：1。本發明對所述抑制劑的來源沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的上述碳化鉭粉和碳化鈮粉的市售商品即可。在本發明中，所述碳化鉭的粒徑優選為0.9μm～2.0μm，更優選為1μm～1.49μm；所述碳化鈮的粒徑優選為0.9μm～2.0μm，更優選為1μm～1.49μm。
在本發明中，所述碳化鎢、粘結劑和抑制劑的質量比為(87～94)：(9～12)：(0.4～2)，更優選為(90～93.5)：(9.3～11.8)：(1～1.6)。
在本發明中，所述混合的過程優選具體為：
a1)將碳化鎢、粘結劑和抑制劑在球磨介質中進行球磨，得到混合物；
a2)將步驟a1)得到的混合物依次進行第一次過篩、干燥和第二次過篩，得到混合料。
在本發明中，采用濕磨工藝進行球磨；本發明對所述球磨的設備沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的球磨機即可。在本發明中，所述球磨介質優選為乙醇，本發明對此沒有特殊限制。在本發明中，所述球磨的球直徑優選為8mm～10mm。本發明采用上述球磨介質和球，設置球料比為3：1，填充系數為0.45～0.5，液固比為250mL/kg～350mL/kg。
在本發明中，所述球磨的速度優選為35r/min～45r/min，更優選為40r/min；所述球磨的時間優選為20h～50h，更優選為30h～40h。
得到所述混合物后，本發明將得到的混合物依次進行第一次過篩、干燥和第二次過篩，得到混合料。在本發明中，所述第一次過篩的目數優選為300目～350目，更優選為320目。
在本發明中，所述干燥的目的是去除混合物中的球磨介質。在本發明中，所述干燥的溫度優選為80℃～82℃，更優選為81℃；所述干燥的時間優選為15h～20h，更優選為18h。
在本發明中，所述第二次過篩的方式優選采用振動過篩；所述第二次過篩的目數優選為55目～65目，更優選為60目。
得到所述混合料后，本發明將得到的混合料依次進行壓制和燒結，得到硬質合金。在本發明中，所述壓制的方式優選為摻膠壓制，具體為：將混合料與膠混合，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，最后壓制成型。在本發明中，所述膠優選為丁鈉橡膠；所述摻膠量優選為90mL/kg～100mL/kg，更優選為94mL/kg。本發明對所述壓制的設備沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的雙向式壓機即可。在本發明中，所述壓制的壓力優選為3t～100t，更優選為10t～90t。
完成所述壓制過程后，本發明將壓制成型后的混合料進行燒結，得到硬質合金。在本發明中，所述燒結的溫度優選為1430℃～1480℃，更優選為1450℃～1460℃；所述燒結的時間優選為10h～12h，更優選為670min。
本發明優選還包括對得到的硬質合金進行后處理；所述后處理優選為表面處理。本發明對所述表面處理的設備沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的立式噴砂機即可。在本發明中，所述表面處理的時間優選為10min～20min，更優選為15min。
本發明還提供了一種合金刀頭，由上述技術方案所述的硬質合金或上述技術方案所述的制備方法得到的硬質合金制備而成。本發明對所述合金刀頭的制備方法沒有特殊限制，采用本領域技術人員熟知的機械加工工藝即可。
本發明提供了一種硬質合金及其制備方法和合金刀頭，所述硬質合金包括以下組分：碳化鎢87重量份～94重量份；粘結劑9重量份～12重量份；抑制劑0.4重量份～2重量份；所述抑制劑包括碳化鉭和碳化鈮。與現有技術相比，本發明提供的硬質合金以碳化鉭和碳化鈮共同作為抑制劑，不僅有效抑制碳化鎢晶粒長大，控制碳化鎢的晶粒度，還能夠提升硬質合金對不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的組分實現協同作用，從而使硬質合金同時具有高硬度和高強度。實驗結果表明，本發明提供的硬質合金制備的合金刀頭硬度HRA為91～91.5，抗彎強度TRS大于2400N/mm2。
另外，本發明提供的硬質合金的制備方法工藝簡單，易于操作，適合大規模生產。
為了進一步說明本發明，下面通過以下實施例進行詳細說明。以下實施例中所用的原料均為市售商品。
實施例1
(1)原料配比：碳化鎢93.5重量份，鈷粉9重量份，鎢粉2重量份，碳化鉭0.8重量份，碳化鈮0.8重量份；
將上述原料與球料比為3：1的直徑為8mm～10mm的球、液固比為300mL/kg的乙醇加入球磨機，填充系數為0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
將上述混合物過320目篩，在81℃下干燥18h，在振動過60目篩，得到混合料。
(2)將上述混合料與摻膠量為94mL/kg的丁鈉橡膠混合均勻，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，然后采用雙向式壓機在50t壓力下壓制成型，最后在1455℃下燒結670min，得到硬質合金。
(3)采用立式噴砂機表面處理15min，根據不同型號進行機械加工，得到合金刀頭。
采用壓痕法對本發明實施例1提供的合金刀頭的硬度進行測試，結果表明，本發明實施例1提供的合金刀頭的硬度為91.5HRA。
采用萬能試驗機對本發明實施例1提供的合金刀頭的抗彎強度(TRS)進行測試，結果表明，本發明實施例1提供的合金刀頭的抗彎強度(TRS)大于2500。
實施例2
(1)原料配比：碳化鎢87重量份，鈷粉8.5重量份，鎢粉2.8重量份，碳化鉭0.5重量份，碳化鈮0.5重量份；
將上述原料與球料比為3：1的直徑為8mm～10mm的球、液固比為300mL/kg的乙醇加入球磨機，填充系數為0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
將上述混合物過320目篩，在81℃下干燥18h，在振動過60目篩，得到混合料。
(2)將上述混合料與摻膠量為94mL/kg的丁鈉橡膠混合均勻，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，然后采用雙向式壓機在50t壓力下壓制成型，最后在1455℃下燒結670min，得到硬質合金。
(3)采用立式噴砂機表面處理15min，根據不同型號進行機械加工，得到合金刀頭。
采用壓痕法對本發明實施例2提供的合金刀頭的硬度進行測試，結果表明，本發明實施例2提供的合金刀頭的硬度為91HRA。
采用萬能試驗機對本發明實施例2提供的合金刀頭的抗彎強度(TRS)進行測試，結果表明，本發明實施例2提供的合金刀頭的抗彎強度(TRS)大于2400。
實施例3
(1)原料配比：碳化鎢90重量份，鈷粉8.3重量份，鎢粉1重量份，碳化鉭0.2重量份，碳化鈮0.2重量份；
將上述原料與球料比為3：1的直徑為8mm～10mm的球、液固比為300mL/kg的乙醇加入球磨機，填充系數為0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
將上述混合物過320目篩，在81℃下干燥18h，在振動過60目篩，得到混合料。
(2)將上述混合料與摻膠量為94mL/kg的丁鈉橡膠混合均勻，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，然后采用雙向式壓機在50t壓力下壓制成型，最后在1455℃下燒結670min，得到硬質合金。
(3)采用立式噴砂機表面處理15min，根據不同型號進行機械加工，得到合金刀頭。
采用壓痕法對本發明實施例3提供的合金刀頭的硬度進行測試，結果表明，本發明實施例3提供的合金刀頭的硬度為91HRA。
采用萬能試驗機對本發明實施例3提供的合金刀頭的抗彎強度(TRS)進行測試，結果表明，本發明實施例3提供的合金刀頭的抗彎強度(TRS)大于2400。
對比例1
(1)原料配比：碳化鎢90重量份，鈷粉8.6重量份，碳化鉭0.6重量份；
將上述原料與球料比為3：1的直徑為8mm～10mm的球、液固比為300mL/kg的乙醇加入球磨機，填充系數為0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
將上述混合物過320目篩，在81℃下干燥18h，在振動過60目篩，得到混合料。
(2)將上述混合料與摻膠量為94mL/kg的丁鈉橡膠混合均勻，干燥5min～10min后過40目～50目篩，再干燥60min～80min，然后采用雙向式壓機在50t壓力下壓制成型，最后在1455℃下燒結670min，得到硬質合金。
(3)采用立式噴砂機表面處理15min，根據不同型號進行機械加工，得到合金刀頭。
采用壓痕法對對比例1提供的合金刀頭的硬度進行測試，結果表明，對比例1提供的合金刀頭的硬度為90HRA。
采用萬能試驗機對對比例1提供的合金刀頭的抗彎強度(TRS)進行測試，結果表明，對比例1提供的合金刀頭的抗彎強度(TRS)大于2200。
所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。