铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金及其生产工艺的制作方法

本发明属于硬质合金生产技术领域，尤其涉及一种铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金及其生产工艺。

背景技术：

随着工业技术的快速发展，硬质合金工具材料快速深入到工业生产的方方面面，逐步替代了原始的高速钢材料，并表现出了无可比拟的优异性能。硬质合金主要成分是碳化钨(WC)，由于钴粉对钨有很好的湿润性，所以一般用钴做粘接相，采用粉末冶金方法生产，具有很高的耐磨性和强度，它的高耐磨性使其使用寿命比高速钢类工具提高了几十甚至上百倍，大大的提高了生产效益，减少了浪费，降低了生产成本，得到了行业的认可。由于硬质合金的需求量越来越大，而钨和钴的资源越来越少，所以近年世界各国的专家学者都在研究新的硬质合金材料的新资源，铁镍代钴，钛代钨成了近年的热门。

硬质合金生产过程一般包括配料、湿磨、干燥、掺成型剂、制粒、压制成型、脱成型剂、烧结等步骤，现有技术中制备硬质合金分切刀具一般采用的成型剂是橡胶，经过橡胶工艺成型的硬质合金材料烧结后产品内会有一些残留灰粉，一定程度上影响产品使用质量，并且橡胶工艺成分相对复杂，需要用汽油做溶剂、用氢气作脱胶载气，增加了生产的安全危险性。现有技术中也存在使用石蜡作成型剂，但操作方法麻烦，而且石蜡很难掺拌均匀或容易造成石蜡偏析，严重影响成型性能和产品质量。

中国专利申请(申请号：201010273174.7，授权公告号CN101921924B)公开了一种硬质合金混合料中掺入石蜡成型剂的方法。它是将固体石蜡熔化成熔融体，同时将硬质合金湿磨混合料加热到高于石蜡熔点温度，向硬质合金湿磨混合料中加入熔化的石蜡，继续加热并搅拌硬质合金湿磨混合料，当硬质合金湿磨混合料达到干燥要求后，按常规方法进行过筛和制粒，得到合格的硬质合金混合料。本发明将硬质合金湿磨混合料的干燥、石蜡的加入及搅拌均匀集中在一个环节和设备中完成，且无需采用汽油或其他溶剂溶解石蜡，避免溶剂中所含杂质的混入，并降低了生产成本，具有工艺简单、设备投资小、操作简单和硬质合金湿磨混合料质量高的优点。但是其不足在于：将湿磨好的硬质合金湿磨混合料在双Z真空搅拌机里干燥时加入，并且要加热到65℃以上，这时料浆里的酒精大量汽化，此时去加石蜡极不安全，而且双Z真空搅拌机搅拌时死角很多，石蜡很难在混合料中混合均匀，会严重影响硬质合金压制成形性能，石蜡聚集时还会造成孔洞，影响硬质合金质。

技术实现要素：

为解决上述现有硬质合金材料生产使用橡胶工艺对硬质合金进行成型会残留灰粉，影响产品使用质量或者使用石蜡作成型剂存在很难在混合料中混合均匀，影响硬质合金压制成形的性能、硬质合金质量以及存在安全隐患的问题，以及针对现有技术生产的硬质合金材料、主要原料是钨和钴，而钨和钴都资源奇缺，特别是钴是特别奇缺的战略物资，价格居高不下，而硬质合金市场需求越来越大，钨钴资源越来越少，但是铁镍以及钛矿藏相当丰富，并且价格便宜的技术问题，本发明提供一种能够保证硬质合金压制成形的性能和低成本硬质合金材料的特殊优异性能，同时在硬质合金混合料烧结时用氩气作载气脱蜡，对石蜡进行回收，大大的提高了产品的使用质量、减少了污染，降低了安全隐患的铁镍代钴，钛代部分钨的新型硬质合金及其生产工艺。

本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金由碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬的重量比为60～80:3～10：10～20：1：0.35～0.7为原材料制成的硬质合金。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺，包括如下步骤：

步骤一、原料混合研磨：将所述碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬以重量比为60～80:3～10：10～20：1：0.35～0.7加入湿磨机中混合，并加入研磨棒进行研磨；

步骤二、加入研磨介质及成型剂：所述成型剂为石蜡，具体为58℃全精炼石蜡，加热融化后在湿磨结束前24小时左右、或开始湿磨5小时之后加入到所述湿磨机内

步骤三、过滤、筛分并干燥：将所述步骤二后的湿磨料浆进行过滤、筛分，并干燥；

步骤四、压制成型：将经过筛网擦筛的料粒进行压制成型，得到半成品；

步骤五、烧结成型：将压制后的半成品放入烧结炉中烧结后，冷却后即得成品。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种较佳实施例中，所述步骤一中，所述湿磨机为300L可倾湿磨机。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种较佳实施例中，所述步骤一中，所述研磨棒为棒球，直径为5.5-10.5cm，高度为14.4-17cm。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种较佳实施例中，所述步骤一中所述铁镍粉、钴粉的粒度为小于2um，所述的碳化铬的粒度为小于2.0um，所述碳化钨由粒径为0.8～3.0um碳化钨和0.8～3um的碳化钛组成，二者的重量比为60～80:3～10，所述铁镍复合粉、钴粉由粒径为小于2.0um，铁粉、镍粉、钴粉三者的重量比为10:3：1，所述研磨棒与碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬所配成的原料的重量比为4～5:1，所述研磨棒为棒球，直径为5.5-10.5cm，高度为14.4-17cm。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种较佳实施例中，所述步骤二中，所述研磨介质为浓度≥95％的乙醇，乙醇与碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬所配成的原料的液固比是220～300mL/Kg，湿磨时间为25～60小时；石蜡与碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬所配成的原料的质量比为1.8～2.5:100。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种较佳实施例中，所述步骤二中，所述棒球规格直径分别采用10.5cm、9.5cm、8.5cm、7.3cm、5.5cm，对应棒球的高度分别是17cm、16.7cm、16.3cm、15.6cm、14.4cm，对应投加比例分别为3％、33％、32.5％、16％、15.5％。。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种较佳实施例中，所述步骤三中，过滤、筛分并干燥过程具体包括如下步骤：

步骤三一、采用400-500目的不锈钢筛网过筛湿磨料浆，采用预过滤处理，对筛分物料先进行过滤处理；

步骤三二、采用300L双Z混合、真空、乙醇回收、热水干燥系统对步骤三一中过筛后的混合料进行干燥，所述干燥时间为8～12小时，热水干燥温度为90～95℃；

步骤三三、采用50-70目的不锈钢筛网过筛干燥后的混合料，采用预过滤处理，对筛分物料先进行过滤处理。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种较佳实施例中，所述步骤五中烧结成型具体为，在普通真空烧结一体炉中烧结至1380～1450℃，保温50～120分钟，冷却至室温出炉即得硬质合金材料。

在本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种较佳实施例中，所述步骤四及所述步骤五中所述粒料压制成型、烧结成型过程中通入氩气，并对所述成型剂进行回收处理。

本发明的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金及其生产工艺具有如下有益效果：

采用铁镍代钴，钛代部分钨的新型硬质合金材料，现有技术生产的硬质合金材料、主要原料是钨和钴，而钨和钴都资源奇缺，特别是钴是特别奇缺的战略物资，价格居高不下，而硬质合金市场需求越来越大，钨钴资源越来越少，但是铁镍以及钛矿藏相当丰富，并且价格便宜的技术问题。

采用熔点为58℃的全精炼石蜡作为成型剂，加热熔融后直接加入到已经湿磨的混合料浆的湿磨机里，与混合料一起再湿磨24小时左右，经过干燥、制粒、压制成型、脱成型剂、真空烧结制备得出一种成本低，性能高的硬质合金新材料；并在烧结过程中采用氩气作载气，对石蜡进行回收处理。减少了环境污染、消除了安全隐患问题，同时保证了硬质合金压制成形的性能和硬质合金材料的质量，具有广泛和长远的应用前景。能够保证硬质合金压制成形的性能和低成本硬质合金材料的特殊优异性能，同时在硬质合金混合料烧结时用氩气作载气脱蜡，对石蜡进行回收，大大的提高了产品的使用质量、减少了污染，降低了安全隐患。

采用石蜡成型生产工艺，替代传统的橡胶生产工艺，避免了橡胶需要航空汽油溶解，橡胶工艺制品烧结时需要氢气作载气，以及用燃烧的方法处理橡胶废气，既污染设备和环境，又存在高度危险的安全隐患的情况，同时避免了橡胶工艺的制品烧结后制品内有残留灰粉，影响产品使用质量的情况发生；采用熔点为58℃的全精炼石蜡，只要加热融化就可以直接加入湿磨机内，同时在石蜡工艺制品烧结时，采用氩气作载气脱蜡，对石蜡进行回收处理，减少了危险和污染，同时提高了产品的使用质量。

将熔融石蜡直接加入已经湿磨发热的料浆的湿磨机里，与混合料一起再湿磨24小时左右；因混合料浆的液体是乙醇，石蜡能溶于热乙醇中，又加上24小时以上左右的长时间的湿磨混合，石蜡在湿磨机里就能很均匀的包裹混合料粒，这样操作安全省事，能很好的防止混合料增氧，保证了制备的硬质合金材料的质量。

配合使用真空、搅拌、热水干燥系统，相比现有技术采用的双桶、振动、蒸汽干燥，操作方便，省时省力；热水比蒸汽对设备和人的安全系数高；搅拌比振动干燥的硬质合金混合料受热更均匀、混合料的质量稳定性好；双桶、振动、蒸汽干燥的橡胶工艺，干燥时完全靠蒸汽压来保护原料，而且原料是干好后再卸出来掺成型剂，此时原料的表面能非常大，很容易氧化，原料中氧含量无法控制，从而严重影响合金制品质量；本发明的真空干燥是用真空来保护被干燥的原料，由于石蜡是在湿磨时就加入到湿磨机内和原料一起混合，干燥好后就有一层石蜡包裹在原料表面，很好的隔绝了原料和空气，保护原料不会被氧化，能有效控制原料中的氧含量，确保合金制品的质量；

使用双Z混合、真空、乙醇回收、热水干燥系统，乙醇回收率高；现有技术的双桶、振动、蒸汽干燥原料中的乙醇，干燥时简单的用一根橡胶管，直接接入不锈钢桶，加上蒸汽加热，乙醇气体温度在100℃以上，乙醇很难回收，基本上都跑到空气中去了；本发明增加了一套带冷冻水的乙醇回收系统，乙醇回收率可达90％以上，减少了乙醇浪费，节约了生产成本，同时降低了环境污染；

采用规格直径为5.5～10.5cm，高度为14.4cm～17cm的研磨棒球，这种特殊的研磨棒规格使得研磨棒球与硬质合金原料进行充分混合，取得良好的湿磨效果；

研磨棒球规格直径分别采用10.5cm、9.5cm、8.5cm、7.3cm、5.5cm，对应棒球的高度分别采用17cm、16.7cm、16.3cm、15.6cm、14.4cm，对应投加比例分别3％、33％、32.5％、16％、15.5％，这种特殊比列组合以保证研磨棒与硬质合金原料最好的接触面积，获得最好的湿磨效果；

湿磨时间控制在36～60小时，以保证最短的时间达到最好的湿磨效果；

不锈钢筛网选择400-500目，可以有效防止研磨棒碎屑等团粒杂物进入合格料浆造成产品脏化；

选用钴粉的粒度为1.0～2.0um，因钴粉越细在合金中的分散性越好，又由于原材料主要成分是粒度为0.6～1.0um的WC，是细颗粒，钴粉越细，两者接触面积也就越大，合金韧性越好，从而保证了硬质合金的韧度，同时制作的成本相较而言比较适宜；

选用碳化铬的粒度为1.0～2.0um，碳化铬主要起抑制碳化钨晶粒长大的作用，颗粒越细抑制作用越好，同时制作的成本相较而言比较适宜；

碳化钨由粒径为0.6～1.0um和3～6um的碳化钨组成，二者的质量比为70～90:10～30，原料采用特殊的材料组合：粒度为0.6～1.0um的WC和3～6um的WC，其中粒度为3～6um的WC均匀错位填充于粒度为0.6～1.0um的WC中，既能确保刀口锋锐切削阻力小，又有效的改变了合金崩口时的撕裂曲线，增强了韧性，同时很好的避免了机床跳动时刀口容易崩裂的问题，从而确保了在较恶劣环境下刀具的优良切削效果和超强的使用寿命；大大的提高了切削效率和切削质量，减少了材料的严重浪费，增强了市场竞争力；经实验验证0.6～1.0um的WC和3～6um的WC的质量比为70～90:10～30时制得的硬质合金分切刀具用的材料的效果最好，各项性能指标良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种实施例的工艺流程图；

图2是本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺的过滤、筛分并干燥过程一种实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

所述铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金1由碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬的重量比为60～80:3～10：10～20：1：0.35～0.7为原材料制成的硬质合金。

请一并参阅图1及图2，其中图1是本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺一种实施例的工艺流程图；图2是本发明提供的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺的过滤、筛分并干燥过程一种实施例的工艺流程图。

所述铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金的生产工艺S1包括以下步骤：

步骤S11、原料混合研磨：将所述碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬以重量比为60～80:3～10：10～20：1：0.35～0.7加入湿磨机中混合，并加入研磨棒进行研磨；

具体地，所述湿磨机为300L可倾湿磨机；

所述研磨棒为棒球，直径为5.5-10.5cm，高度为14.4-17cm；

所述铁镍粉、钴粉的粒度为小于2um，所述的碳化铬的粒度为小于2.0um，所述碳化钨由粒径为0.8～3.0um碳化钨和0.8～3um的碳化钛组成，二者的重量比为60～80:3～10，所述铁镍复合粉、钴粉由粒径为小于2.0um，铁粉、镍粉、钴粉三者的重量比为10:3：1，所述研磨棒与碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬所配成的原料的重量比为4～5:1，所述研磨棒为棒球，直径为5.5-10.5cm，高度为14.4-17cm；

步骤S12、加入研磨介质及成型剂：所述成型剂为石蜡，具体为58℃全精炼石蜡，加热融化后在湿磨结束前24小时左右、或开始湿磨5小时之后加入到所述湿磨机内；

具体地，所述研磨介质为浓度≥95％的乙醇，乙醇与碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬所配成的原料的液固比是220～300mL/Kg，湿磨时间为25～60小时；石蜡与碳化钨、碳化钛、铁镍复合粉、钴粉、碳化铬所配成的原料的质量比为1.8～2.5:100；

所述棒球规格直径分别采用10.5cm、9.5cm、8.5cm、7.3cm、5.5cm，对应棒球的高度分别是17cm、16.7cm、16.3cm、15.6cm、14.4cm，对应投加比例分别为3％、33％、32.5％、16％、15.5％；

步骤S13、过滤、筛分并干燥：将所述步骤二后的湿磨料浆进行过滤、筛分，并干燥；

具体包括如下步骤：

步骤S131、采用400-500目的不锈钢筛网过筛湿磨料浆，采用预过滤处理，对筛分物料先进行过滤处理；

步骤S132、采用300L双Z混合、真空、乙醇回收、热水干燥系统对步骤S131中过筛后的混合料进行干燥，所述干燥时间为8～12小时，热水干燥温度为90～95℃；

步骤S133、采用50-70目的不锈钢筛网过筛干燥后的混合料，采用预过滤处理，对筛分物料先进行过滤处理；

步骤S14、压制成型：将经过筛网擦筛的料粒进行压制成型，得到半成品；

具体地，所述粒料压制成型过程中通入氩气，并对所述成型剂进行回收处理；

步骤S15、烧结成型：将压制后的半成品放入烧结炉中烧结后，冷却后即得成品；

具体地，所述烧结成型过程中通入氩气，并对所述成型剂进行回收处理；

具体为，在普通真空烧结一体炉中烧结至1380～1450℃，保温50～120分钟，冷却至室温出炉即得硬质合金材料。

本发明的铁镍代钴、钛代部分钨的新型硬质合金1及其生产工艺具有如下有益效果：

采用铁镍代钴，钛代部分钨的新型硬质合金材料，现有技术生产的硬质合金材料、主要原料是钨和钴，而钨和钴都资源奇缺，特别是钴是特别奇缺的战略物资，价格居高不下，而硬质合金市场需求越来越大，钨钴资源越来越少，但是铁镍以及钛矿藏相当丰富，并且价格便宜的技术问题。

采用熔点为58℃的全精炼石蜡作为成型剂，加热熔融后直接加入到已经湿磨的混合料浆的湿磨机里，与混合料一起再湿磨24小时左右，经过干燥、制粒、压制成型、脱成型剂、真空烧结制备得出一种成本低，性能高的硬质合金新材料；并在烧结过程中采用氩气作载气，对石蜡进行回收处理。减少了环境污染、消除了安全隐患问题，同时保证了硬质合金压制成形的性能和硬质合金材料的质量，具有广泛和长远的应用前景。能够保证硬质合金压制成形的性能和低成本硬质合金材料的特殊优异性能，同时在硬质合金混合料烧结时用氩气作载气脱蜡，对石蜡进行回收，大大的提高了产品的使用质量、减少了污染，降低了安全隐患。

采用石蜡成型生产工艺，替代传统的橡胶生产工艺，避免了橡胶需要航空汽油溶解，橡胶工艺制品烧结时需要氢气作载气，以及用燃烧的方法处理橡胶废气，既污染设备和环境，又存在高度危险的安全隐患的情况，同时避免了橡胶工艺的制品烧结后制品内有残留灰粉，影响产品使用质量的情况发生；采用熔点为58℃的全精炼石蜡，只要加热融化就可以直接加入湿磨机内，同时在石蜡工艺制品烧结时，采用氩气作载气脱蜡，对石蜡进行回收处理，减少了危险和污染，同时提高了产品的使用质量。

将熔融石蜡直接加入已经湿磨发热的料浆的湿磨机里，与混合料一起再湿磨24小时左右；因混合料浆的液体是乙醇，石蜡能溶于热乙醇中，又加上24小时以上左右的长时间的湿磨混合，石蜡在湿磨机里就能很均匀的包裹混合料粒，这样操作安全省事，能很好的防止混合料增氧，保证了制备的硬质合金材料的质量。

配合使用真空、搅拌、热水干燥系统，相比现有技术采用的双桶、振动、蒸汽干燥，操作方便，省时省力；热水比蒸汽对设备和人的安全系数高；搅拌比振动干燥的硬质合金混合料受热更均匀、混合料的质量稳定性好；双桶、振动、蒸汽干燥的橡胶工艺，干燥时完全靠蒸汽压来保护原料，而且原料是干好后再卸出来掺成型剂，此时原料的表面能非常大，很容易氧化，原料中氧含量无法控制，从而严重影响合金制品质量；本发明的真空干燥是用真空来保护被干燥的原料，由于石蜡是在湿磨时就加入到湿磨机内和原料一起混合，干燥好后就有一层石蜡包裹在原料表面，很好的隔绝了原料和空气，保护原料不会被氧化，能有效控制原料中的氧含量，确保合金制品的质量；

使用双Z混合、真空、乙醇回收、热水干燥系统，乙醇回收率高；现有技术的双桶、振动、蒸汽干燥原料中的乙醇，干燥时简单的用一根橡胶管，直接接入不锈钢桶，加上蒸汽加热，乙醇气体温度在100℃以上，乙醇很难回收，基本上都跑到空气中去了；本发明增加了一套带冷冻水的乙醇回收系统，乙醇回收率可达90％以上，减少了乙醇浪费，节约了生产成本，同时降低了环境污染；

采用规格直径为5.5～10.5cm，高度为14.4cm～17cm的研磨棒球，这种特殊的研磨棒规格使得研磨棒球与硬质合金原料进行充分混合，取得良好的湿磨效果；

研磨棒球规格直径分别采用10.5cm、9.5cm、8.5cm、7.3cm、5.5cm，对应棒球的高度分别采用17cm、16.7cm、16.3cm、15.6cm、14.4cm，对应投加比例分别3％、33％、32.5％、16％、15.5％，这种特殊比列组合以保证研磨棒与硬质合金原料最好的接触面积，获得最好的湿磨效果；

湿磨时间控制在36～60小时，以保证最短的时间达到最好的湿磨效果；

不锈钢筛网选择400-500目，可以有效防止研磨棒碎屑等团粒杂物进入合格料浆造成产品脏化；

选用钴粉的粒度为1.0～2.0um，因钴粉越细在合金中的分散性越好，又由于原材料主要成分是粒度为0.6～1.0um的WC，是细颗粒，钴粉越细，两者接触面积也就越大，合金韧性越好，从而保证了硬质合金的韧度，同时制作的成本相较而言比较适宜；

选用碳化铬的粒度为1.0～2.0um，碳化铬主要起抑制碳化钨晶粒长大的作用，颗粒越细抑制作用越好，同时制作的成本相较而言比较适宜；

碳化钨由粒径为0.6～1.0um和3～6um的碳化钨组成，二者的质量比为70～90:10～30，原料采用特殊的材料组合：粒度为0.6～1.0um的WC和3～6um的WC，其中粒度为3～6um的WC均匀错位填充于粒度为0.6～1.0um的WC中，既能确保刀口锋锐切削阻力小，又有效的改变了合金崩口时的撕裂曲线，增强了韧性，同时很好的避免了机床跳动时刀口容易崩裂的问题，从而确保了在较恶劣环境下刀具的优良切削效果和超强的使用寿命；大大的提高了切削效率和切削质量，减少了材料的严重浪费，增强了市场竞争力；经实验验证0.6～1.0um的WC和3～6um的WC的质量比为70～90:10～30时制得的硬质合金分切刀具用的材料的效果最好，各项性能指标良好。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。