专利名称：一种硬质合金辊面柱钉的制备方法
技术领域：
本发明属于硬质合金 材料制备领域，特别涉及一种硬质合金辊面柱钉的制备方法。
背景技术：
广泛应用于水泥熟料、水泥生料、矿渣、钢渣、铁矿石、化工等粉磨领域的辊压机(或称高压辊磨机、挤压磨、辊压磨)，是国际80年代中期发展起来的新型水泥节能粉磨设备，具有替代能耗高、效率低球磨机预粉磨系统，可使球磨机系统产量提高30—50%，取得了明显的增产节能效果。为了提高辊压机辊面的耐磨性和抗冲击性能要求，其辊面采用的是镶嵌硬质合金柱钉的方法，但常规的硬质合金柱钉所选用的硬质合金牌号为高钴、细颗粒碳化钨硬质合金，虽然较以往辊面所采用的堆焊耐磨层性能有较大的改善，但由于由于高钴牌号的硬质合金生产工艺中，钴相均匀的分布一直是生产中控制的难点与重点，容易产生钴聚集或WC聚集等合金缺陷，通过延长球磨时间可以改善晶粒聚集现象，但又会出现碳化钨晶粒细化，在烧结中形成不均匀长大组织缺陷，抗冲击性能不强的现象。而辊压机使用工作环境和工况较恶劣，柱钉的耐磨性和抗冲击性仍然无法满足使用要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有具有混晶结构的硬质合金产品，以及这种硬质合金产品的制备方法，所制作的硬质合金产品应用于辊压机，具有高的耐磨性和抗冲击性。为了解决以上问题，本发明的制备方法包括配料、湿磨、干燥制粒、压制成型、烧结工序步骤，所述配料工序wc粉与Co粉的质量百分比为(85-90) (10 15);所述WC粉由粗、中粗两种颗粒度的WC粉组成，WC粉的化合碳在6. 11%-6. 13%，总碳在6. 14%-6. 16%，且粗颗粒WC粉的粒度为(15 19) u m，球磨系数值在3. 9-4. 5KA/m;中粗颗粒WC粉的费氏粒度为(10 14) u m,球磨系数值在4. 8-5. 4KA/m ;粗颗粒WC粉与中粗颗粒WC粉之质量比为 40 60。本发明通过研究和实验，得到一种混晶结构的硬质合金制品，即一种中粗颗粒WC与一种粗颗粗WC按比例混合后所形成的非均匀分布的结构。采用这种宽粒度分布的碳化钨制备具有宽粒度分布的合金，主要作用是使钴相更加均匀的分布，避免了钴聚集或WC聚集等合金缺陷。尤其是所采用的碳化钨均为“三高”碳化钨(高温还原，高温碳化，高化合碳)，WC碳化完全，具有大的亚晶尺寸，基本不含W2C相的单质相。通过在中粗颗粒的碳化鹤中惨入一定比例的粗颗粒碳化鹤，最终达到合金中一定碳化鹤的粒度分布，使之含有一定量的发育良好、没有缺陷的大晶粒碳化钨。这种大晶粒碳化钨能够促使裂纹扩展过程中方向发生改变，而这种改变必然消耗能量，从而阻碍了裂解扩展，增强合金断裂韧性。这种含有粗大晶粒碳化钨并达到一定比例的合金不仅具有强度高硬度大的特性，而且裂纹轻易不能穿越，从而提高合金的断裂韧性，所制取的柱钉具有如下性能I.柱钉强度高，耐磨性好，抗冲击性强。2.与辊压机辊面配合使用，使用寿命长，工作过种中不易出现柱钉断裂或破碎等影响辊压机正常使用的情况。3.与辊面同步磨损，实现辊面的自我修复功能。更进一步的改进是,所述球磨工序中，球磨时间按照如下公式计算
球磨时间=球磨基准时间+[基准矫顽磁力_(粗颗粒WC粉球磨系数*40%+中粗颗粒WC粉球磨系数*60%) ] /球磨系数换算值；
所述球磨基准时间为16小时；所述球磨系数按照如下公式计算，即球磨系数=测定的 矫顽磁力X (测定的钴磁/基准钴磁)，基准钴磁为9. 50%。所述粗颗粒WC粉的球磨系数为3. 9-4. 5 KA/m ;所述中粗颗粒WC粉的球磨系数为4. 8-5. 4 KA/m。所述基准矫顽磁力分别为5. 5KA/m或6. 5KA/m，对应的球磨系数换算值分别为0. 20KA/m*h或0. 25KA/m*h。在硬质合金生产中，球磨时间与混合料的均匀性、粒度以及最终合金晶粒大小、性能息息相关。球磨时间过短，致使混合料无法混合均匀，球磨时间过长，粉末的活性增加，合金性能变得难以控制。精确控制混合料球磨时间是获得较佳的WC粉末粒度分布的重要手段。尤其是本发明采用的混晶结构的WC，如何在两种晶粒的WC粉末之间寻求到一个最佳的球磨时间，从而获得最佳的粉末粒度分布，以提高硬质合金物理机械性能，也是本发明要力求解决的一个问题。硬质合金物理机械性能中的矫顽磁力与合金的钴含量和组织结构密切相关，可以衡量WC平均晶粒度的大小；钴磁是合金中能产生磁性的钴的质量分数，与钴含量和碳含量有着密切的关系。通过大量的研究和实验，获得了本发明所述的具有混晶结构的WC-Co硬质合金中，其矫顽磁力、钴磁与球磨时间的对应关系，通过上述对应关系,可以计算出每批硬质合金混合料的最佳球磨时间为18-24小时。克服了现有的硬质合金生产中，以费氏粒度来判断WC粉末粒度的大小不够准确的现象，现有技术中存在着球磨时间与WC粉末粒度(费氏粒度)对应，并一经确定后球磨时间就统一固定的缺点。由于每批混合料均获得了最佳的球磨时间，所制备的混合料用于硬质合金生产，性能较佳。说明书附图
图I为混合料I制备的样品放大1500倍金相组织结构图。图2为混合料2制备的样品放大1500倍金相组织结构图。图3为混合料3制备的样品放大1500倍金相组织结构图。图4为混合料4制备的样品放大1500倍金相组织结构图。图5为混合料5制备的样品放大1500倍金相组织结构图。图6为混合料6制备的样品放大1500倍金相组织结构图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例I
一种适用于碾压矿石类(岩石硬度系数f8-15)物料用辊压机用齿的硬质合金辊面柱钉的制备方法，包括如下步骤1、测定球磨系数
分别选择六批粗颗粒碳化钨和中粗颗粒碳化钨，两种颗粒的碳化钨的化合碳均为6. 11%，总碳均为6. 16%。其费氏粒度见下表I。表I
将六批粗颗粒碳化钨和中粗颗粒碳化钨分别与钴粉配制成六组各一公斤混合料，每组混合料钴为IOOg,碳化鹤900g。六组一公斤混合料分别装入容量一升的小球磨桶。球磨桶内研磨球质量与混合料质量的球料比4:1，混合料质量与球磨介质己烷体积的固液比3
I(kg/L),研磨球直径为IOmm,球磨桶转速为90 r/min.球磨时间均为16小时。将混合均匀的六组混合料分别干燥；压制成Al 18标准试样；放入真空烧结炉内烧结，烧结温度1450°C。测定每组混合料试样的物理机械性能，并计算每批碳化钨的球磨系数如下表2。其中球磨系数的计算公式如下
球磨系数=测定的矫顽磁力X (测定的钴磁/基准钴磁)；基准钴磁的确定，是将本发明研制过程中多个试样样品进行试验对比后，所确定一个较佳的钴磁数值范围9. 0%-9. 8%，并以数值范围的中心值9. 50%作为基准钴磁值。表2
2、配料将上述的六批碳化钨与钴配制成三批混合料，批号分别为1，2，3。按所配混合料的总质量计，每批混合料钴的质量百分比为15%，粗颗粒碳化钨质量百分比为34%，中粗颗粒碳化钨质量百分比为51%。每批混合料采用的粗颗粒碳化钨的费氏粒度(FSSSl)与中粗颗粒碳化钨的费氏粒度(FSSS2)见表3。表3
3、湿磨将每批混合料分别加入600L可倾式球磨机。装球量约为2.5吨，转速32r/min，球料比4:1，固液比为3:1 (kg/L)，湿磨介质为己烷，成型剂为石蜡，质量百分比为混合料质量的2%，球磨前以固态方式加入。球磨时间根据下述公式确定
球磨时间=球磨基准时间+[基准矫顽磁力-(粗颗粒WC粉球磨系数*40%+中粗颗粒WC粉球磨系数*60%) ] /球磨系数换算值；
球磨基准时间为16小时；基准矫顽磁力为5. 5KA/m,基准矫顽磁力的确定，是将本发明研制过程中多个试样样品进行试验对比后，所确定一个较佳的矫顽磁力数值范围4. 5KA/m -6.5 KA/m，并以数值范围的中心值5. 5KA/m作为基准矫顽磁力值。球磨系数换算值为0. 20KA/m*h。根据上述计算公式，计算出每批混合料的球磨时间如下表4
权利要求
1.一种硬质合金辊面柱钉的制备方法，包括配料、湿磨、干燥制粒、压制成型、烧结工序，其特征在于， 所述配料工序WC粉与Co粉的质量百分比为(85-90) (10 15)； 所述WC粉由粗、中粗两种颗粒度的WC粉组成，WC粉的化合碳在6. 11%-6. 13%，总碳在6. 14-6. 16%，且粗颗粒WC粉的费氏粒度为(15 19) μ m;中粗颗粒WC粉的费氏粒度为(10 14) μ m ;粗颗粒WC粉与中粗颗粒WC粉之质量比为40 60。
2.一种如权利要求I所述的硬质合金辊面柱钉的制备方法，其特征在于，所述湿磨工序的球磨时间按照如下公式计算 球磨时间=球磨基准时间+[基准矫顽磁力-(粗颗粒WC粉球磨系数*40%+中粗颗粒WC粉球磨系数*60%) ] /球磨系数换算值； 其中球磨基准时间为16小时，基准矫顽磁力为5. 5KA/m ;粗颗粒WC粉的球磨系数值在3.9-4. 5KA/m;中粗颗粒WC粉的球磨系数值在4. 8-5. 4KA/m ;球磨系数换算值为O. 20KA/m*h ο
3.—种如权利要求2所述的硬质合金辊面柱钉的制备方法，其特征在于，所述球磨时间计算公式中的参数如下 球磨基准时间为16小时，基准矫顽磁力为6. 5KA/m ;粗颗粒WC粉的球磨系数值在3.9-4. 5KA/m;中粗颗粒WC粉的球磨系数值在4. 8-5. 4KA/m ;球磨系数换算值为O. 25KA/m*h ο
4.一种如权利要求I所述的硬质合金辊面柱钉的制备方法，其特征在于，所述湿磨工序参数如下球磨时间为18-21小时。
全文摘要
本发明涉及一种硬质合金辊面柱钉的制备方法，包括配料、湿磨、干燥制粒、压制成型、烧结工序，其配料工序中WC粉与Co粉的质量百分比为(85-90)∶(10～15)；WC粉由粗、中粗两种颗粒度的WC粉组成，WC粉的化合碳在6.11%-6.13%，总碳在6.14-6.16%，且粗颗粒WC粉的费氏粒度为(15～19)μm，球磨系数值在3.9-4.5KA/m;中粗颗粒WC粉的费氏粒度为(10～14)μm，球磨系数值在4.8-5.4KA/m；粗颗粒WC粉与中粗颗粒WC粉之重量比为40∶60。采用本发明方法制得的硬质合金产品，装配于辊压机的辊面，具有高强度、高韧性及优良的耐磨性，对辊压机辊面起到良好的保护作用。
文档编号B22F9/04GK102699330SQ20121013079
公开日2012年10月3日 申请日期2012年4月30日 优先权日2012年4月30日
发明者李美波 申请人:自贡硬质合金有限责任公司