专利名称：一种添加纳米TiC<sub>0.5</sub>N<sub>0.5</sub>的高焊接性能硬质合金的制备方法
技术领域：
本发明为一种硬质合金的制备方法，特别涉及添加纳米TiC05N。5的高焊接性能硬质合金的制备方法，
属于刀具材料领域。
背景技术：
硬质合金是以难熔金属碳化物(如WC， TiC)为硬质相，以铁族金属元素(Fe、 Co、 Ni)作为粘结相，用 粉末冶金工艺生产的具有高硬度高耐磨性的多相材料。硬质合金具有十分优异的性能，但硬质合金价格昂 贵。而且，在许多零部件在使用时并不需要整体都用硬质合金制造。所以，为扩大硬质合金的应用范围， 降低硬质合金制品的成本，将硬质合金与韧性较好、强度较高、加工性能优异的、廉价的钢连接起来使用， 具有重要的实用价值。长期以来,焊接式硬质合金刀片在机加工中应用十分广泛。虽然目前机夹刀具渐渐 代替了绝大多数焊接式刀具,例如瑞典焊接刀具占10%美国、日本和德国占20%,但是在我国焊接式刀具还 用得较多。
分析硬质合金与钢的焊接，加热和冷却是两个紧密相关的过程。金属具有热胀冷縮的物理特性.其热胀 冷縮的程度是由该材料的线膨胀系数决定的。线膨胀系数越大,热胀冷縮的程度越大。在20 900'C温度内， 硬质合金的线膨胀系数为YT类(4 7) X10，YG(5 7) X10，钢(11 14) X10""。可见硬质合金与钢 的线膨胀系数相差悬殊。因此,在焊接过程中，两者的热胀冷縮程度也相当悬殊。因为硬质合金的线膨胀系 数约为钢的一半，所以，在焊接的高温下冷却后硬质合金的收縮量要比钢小一半左右。但实际上硬质合金 刀片与钢刀杆焊接后通过焊缝牢固地联接在一起，刀片与刀杆之间的自由收缩受到限制，从而在线膨胀系 数大的钢在焊缝附近产生拉应力，而焊缝处线膨胀系数小的硬质合金受压应力。拉应力和压应力的综合作 用必将引起硬质合金和钢的变形，甚至产生裂纹、形成空穴、裂纹和断裂等失效行为。因此硬质合金这种 线膨胀系数与钢相差很大、高硬度、低塑性的多孔隙材料在焊接中，表现出极大的裂纹倾向，必须考虑消 除应力问题。
目前各使用采用的焊接加热方式有炉子，(油炉、焦炭炉、电炉)加热、氧乙炔气体加热、电接触加热 及高频感应等，其中最为理想的是高频感应加热焊接。因为高频感应加热温度比较均匀，热传递稳定性好， 操作容易而且焊接后的刀片表面残余应力较小，减少了刀片焊接裂纹的产生。但是由于焊接热残余应力非 常大，实际生产中YT15， YT5， YG8, YG6等许多牌号的硬质合金刀片焊接后出现整体裂纹而无法正常使用。
发明内容
本发明针对目前焊接刀片存在的因硬质合金刀片与钢刀柄热膨胀(收縮系数)存在巨大差异，而产生 的焊接热残余应力易导致刀片裂纹的现状，发明了一种高焊接性能的硬质合金，解决了这一问题。
本发明的高焊接性能的硬质合金的制备方法，其特征是在硬质合金粉末中添加经过超声分散的纳米TiCo5N。5粉末进行高能湿磨、然后进行压制和真空烧结。
本发明的高焊接性能的硬质合金的制备方法，其进一步的特征在于
(1) 纳米TiCo5No5粉末的超声分散时间为1 6h,分散介质为丙酮；添加的纳米TiCo5Na5粉末的质量百 分数为1-5X;
(2) 高能球磨在行星球磨机中进行，转速为400r/min,球磨时间为24~48h,研磨球为直径01ftrm的 WC-8wtWk)硬质合金球，球料比(wtX)为5: 1;湿磨介质为无水乙醇，并加入1.0 2.0wtX的成型剂 聚乙二醇，无水乙醇加量为250 300ml/Kg;
(3) 球磨后经过过滤和干燥，混合粉末在300 400MPa的压力下成型；
(4) 烧结在真空炉中进行，脱成型剂在真空度高于10~15Pa下进行，在4001C 600X:之间保温2 4h;烧结真空度高于1 5X10^Pa下进行，烧结温度为144(TC 1480'C,保温时间为1 1.5h;
本发明的优点在于
通过在硬质合金混合粉末中添加微量的纳米TiCb.5No.5粉末向体系中引入N。真空烧结时N被排除试样 从而造成试样表面N浓度降低，而Ti等的浓度则高于试样内部，同时由于Ti元素与N元素强烈的耦合作 用，使得合金中Ti元素从表面向内部扩散，从而在硬质合金表面形成具富Co的梯度层。通过本方法制 备的硬质合金的表面富Co,避免了焊接时WC"Co体系与钢刀杆的直接连接。而Co的热膨胀系数为14. 2X 1(Ta，与钢非常接近，因此降低了焊接过程中的膨胀系数的不匹配，降低了焊接应力，有效减少硬质合金 刀具焊接后脱片及碎片现象，提高刀具生产的成品率及刀具质量，延长刀具寿命，因此本发明的硬质合金 具有高的焊接性能。图1为本发明硬质合金制备及焊接示意图。
图1本发明硬质合金焊接示意图
图2本发明中实例1的高焊接性能的硬质合金的微观组织形貌(1500X) 图3本发明中实例2的高焊接性能的硬质合金的微观组织形貌(1500X)
具体实施例方式
实例1:硬质合金体系为7.3wtX占(W,Ti)C， Co占9.2V纳米TiCN添加量占3wtX,其余为恥。纳米 TiCo5No5粉末的粒度为130nm,超声分散时间为3h,分散介质为丙酮；混合粉末的球磨在行星球磨机中进行， 转速为400r/min,球磨吋间为24~48h,研磨球为直径O10nm的WC-8wt 4Co硬质合金球，球料比(wtX)为 5: 1;湿磨介质为无水乙醇，并加入1.0 2.0vrtX的成型剂聚乙二醇，无水乙醇加量为250 300ml/Kg; 球磨后经过过滤和干燥，混合粉末在300 400MPa的压力下成型；烧结在真空炉中进行，脱成型剂在真空 度高于10 15Pa下进行，在400。C 600'C之间保温2 4h;烧结真空度高于1 5X 10々a下进行，烧结 温度为144(TC 1480'C,保温时间为1 1.5h;烧结完成后，合金表面形成了 40n m厚的富Co层，如图2 所示。
实例2: 硬质合金体系为3.3wt%占(W,Ti)G. Co占9.254，纳米TiCN添加量占5wtV其余为WC。纳米TiCo5No5粉末的粒度为130nm,超声分散吋间为5h,分散介质为丙鹏；混合粉末的球磨在行星球磨机中进行， 转速为400r/min.球磨时间为24 48h,研磨球为直径O)10r加的WC-8vrtXCo硬质合金球.球料比(vrt )为 5: 1;湿磨介质为无水乙酵，并加入1.0 2.0vrtX的成型剂聚乙二醇，无水乙醇加量为250 300ml/Kg; 球磨后经过过滤和干燥，混合粉末在300 400MPa的压力下成型；烧结在真空炉中进行，脱成型剂在真空 度高于10~15Pa下进行，在400TC 60(TC之间保温2~4h;烧结真空度高于1~5X1(T2Pa下进行，烧结 温度为1440'C 1480'C，保温时间为1 1.5h;烧结完成后，合金表面形成了 32u m厚的富Co层，如图3 所示。
权利要求
1.一种高焊接性能的硬质合金的制备方法，其特征是在硬质合金粉末中添加经过超声分散的纳米TiC0.5N0.5粉末进行高能球磨、然后进行压制和真空烧结。
2. 根据权利要求1所述的高焊接性能的硬质合金的制备方法，其进一步的特征在于(1) 纳米TiC。5N。5粉末的超声分散时间为1 6h，分散介质为丙酮；添加的纳米TiC。.5N。5粉末的质量百分数为1-5%;(2) 高能球磨在行星球磨机中进行，转速为400r/min，球磨时间为24 48h,研磨球为直径O10mm的WC-8wtXGo硬质合金球，球料比(wt O为5: 1;湿磨介质为无水乙醇，并加入1.0 2. OwtX的成型剂聚乙二醇，无水乙醇加量为250 300ml/Kg;(3) 球磨后经过过滤和干燥，混合粉末在300 400MPa的压力下成型；(4) 烧结在真空炉中进行，脱成型剂在真空度高于10 15Pa下进行，在40(TC 60CTC之间保温2 4h;烧结真空度高于1 5X1(TPa下进行，烧结温度为144(TC 1480'C，保温吋间为1 1.5h。
全文摘要
本发明公开了一种高焊接性能的硬质合金的制备方法，其特征是先将纳米TiC<sub>0.5</sub>N<sub>0.5</sub>粉末在丙酮中超声分散1～6h；然后与硬质合金原料粉末混合，并加入1.0～2.0wt％的成型剂聚乙二醇，在无水乙醇中高能球磨24～48h；最后经过压制成型并在1440℃～1480℃下真空烧结1～1.5h。采用本发明的方法制备的硬质合金表面富Co，因Co的热膨胀系数与钢非常接近，因此降低了焊接过程中的膨胀系数的不匹配，降低了焊接应力，有效减少硬质合金刀具焊接后脱片及碎片现象，提高刀具生产的成品率及刀具质量，延长刀具寿命，因此本发明的硬质合金具有高的焊接性能。
文档编号C22C1/05GK101492779SQ200910058540
公开日2009年7月29日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者吴悦梅, 张向宇, 梅 杨, 计 熊, 熊素建, 郭智兴, 陈建中 申请人:四川大学