专利名称：一种蜂窝型纤维胞状结构硬质合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于粉末冶金制品及制备技术领域，特别是涉及一种蜂窝型纤维胞状结构
硬质合金及其制备方法。该材料具有良好的横向断裂强度、断裂韧性、耐磨损等性能。
背景技术：
硬质合金制品在复杂的应用环境中经常损坏，如硬质合金钻头。损坏形式多以断 裂、磨损、热裂纹等为主，材料使用寿命很低，进而造成生产成本居高不下，国内外的技术人 员为提高材料的使用寿命从结构和材料方面作了大量的工作，但是为了提高材料的断裂韧 性，同时又不降低材料的耐磨性及硬度，单纯通过改变硬质合金材料中Co的含量或添加其 他一些成分已经不能满足应用的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蜂窝型纤维胞状结构硬质合金及其制备方法，采用宏 观方法，通过反复挤压工艺手段，得到具有微观组织的蜂窝型纤维胞状硬质合金复合材料， 该结构的硬质合金由于边界为韧性好的高钴硬质合金(或纯钴或其他材料)，故当该材料 受到冲击时，能量可以沿着韧性好的边界进行扩散，从而使能量得到缓冲降低，进而消失， 这样就可以避免整个材料的失效。另一方面由于芯部为低钴材料，故其具有较高的硬度。因 此采用此方法制备的蜂窝型纤维胞状硬质合金复合材料具有较好的韧性的同时也具有较 高的耐磨性。 本发明提供的蜂窝型纤维胞状硬质合金由两种或3 5种硬质合金通过壳、核结 构制备而成的蜂窝型纤维胞状硬质合金。 核体组元为高钴脆性材料，如硬质合金钴含量(重量)3% 硬质合金钴含量8%
中的一种或2 5种；壳体组元为低钴韧性较好的材料，硬质合金钴含量15% 硬质合金
含量25%中的一种或2 5种或纯钴，成形剂为热塑性塑料，如聚乙二醇单甲醚MPEG、甲氧
基聚乙二醇、石蜡或改性的矿物油等，成形剂添加量(重量比)为2_20%。 本发明提供的蜂窝型纤维胞状硬质合金的制备工艺过程如下 (1)将核与壳，按照比例配好，将粘结剂加入，混合均匀后，利用模压设备初次成
形，此时核为圆柱，壳为两半环状； (2)将核放入壳中，将两者装入挤压模具内，然后将挤压模具加热，升温到所需挤 压温度时，开始挤压，挤压变径比范围为l : 10-1 : 20，挤压温度为3(TC-10(TC，挤压压力 为150-1000MPa，得到挤压坯； (3)将步骤(2)所制备的挤压坯组合成一束，重新装入挤压模具，重复步骤(2)，经 过多次重复，得到蜂窝型纤维胞状硬质合金挤压坯； (4)将步骤(3)制得的蜂窝型纤维胞状硬质合金挤压坯，装入真空炉祛除粘结剂， 温度为75°C -80(TC，真空炉真空度最高为1*10—4MPa。 (5)将脱脂干净的蜂窝型纤维胞状硬质合金压坯，进行热压烧结，升温速度为5-30°C /min，烧结温度为1350_1470°C，压力为200-800MPa，保温15-120min，随炉降温至 20(TC以下出炉。 本发明的优点在于，该材料具有良好的横向断裂强度、断裂韧性、耐磨损等性能。 其典型特点为该硬质合金主要由两种结构组元构成第一结构组元核(简称核)，为低钴 脆性材料；第二结构组元壳(简称壳)，为高钴韧性较好的材料。
图l为核的示意图。
图2为壳的示意图。
图3为挤压坯的示意图。 图4为蜂窝型纤维胞状硬质合金挤压坯的示意图。
具体实施例方式
实例1以YG3为核，以YG15为壳，以聚乙二醇单甲醚MPEG为粘结剂，制备纤维蜂
窝状胞形硬质合金，经过若干次热挤压，采用氢气气氛脱酯，脱酯温度为75°c -so(rc，将脱
完酯后的硬质合金采用热压烧结，烧结温度为144(TC，该硬质合金胞状结构已达到微米级
别，其力学性能测试结果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗弯强度(MPa)断裂韧性(1^ ^*^)
14.55~14.83>91>1900>14.2 实例2、以YG3为核，以YG20为壳，以石蜡为粘结剂，制备纤维硬质合金复合材料，
经过若干次热挤压，采用氢气气氛脱蜡，脱蜡温度为75°C -800°C ，脱蜡时间为15个小时，将
脱完蜡后的硬质合金采用热压烧结，烧结温度为143(TC，该硬质合金胞状结构已达到微米
级别，其力学性能测试结果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗弯强度(MPa)断裂韧性(MPa515^)
14.45~14.75>90.5>2100>14.9 实例3、以YG6为核，以YG20为壳，以石蜡为粘结剂，制备纤维硬质合金复合材料， 经过若干次热挤压，采用真空脱蜡，真空度小于100Pa，脱蜡温度为75°C -SO(TC，脱蜡时间 为13个小时，将脱完蜡后的硬质合金采用热压烧结，烧结温度为144(TC，该硬质合金胞状
结构已达到微米级别，其力学性能测试结果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗弯强度(MPa)断裂韧性(MPa5157^)
14.38~14.55>89>2400>15.3
权利要求
一种蜂窝型纤维胞状结构硬质合金，其特征在于，由两种或3-5种硬质合金通过壳、核结构制备而成的蜂窝型纤维胞状硬质合金；核为低钴脆性材料硬质合金钴含量3％～硬质合金钴含量8％中的一种或2～5种；壳为高钴韧性较好的材料硬质合金钴含量15％～硬质合金钴含量25％中的一种或2～5种；成形剂为热塑性塑料聚乙二醇单甲醚MPEG、甲氧基聚乙二醇、石蜡或改性的矿物油。
2. 根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，成形剂掺入量的范围为2-20%重量比。
3. —种制备权利要求1或2所述硬质合金的方法，其特征在于，工艺步骤为(1) 将核与壳，按照比例配好，将粘结剂加入，混合均匀后，利用模压设备初次成形，此 时核为圆柱，壳为两半环状；(2) 将核放入壳中，将两者装入挤压模具内，然后将挤压模具加热，升温到所需挤压温 度时，开始挤压，挤压变径比范围为1 : 10-1 : 20，挤压温度为3(TC-10(TC，挤压压力为 150-1000MPa，得到挤压还；(3) 将步骤(2)所制备的挤压坯组合成一束，重新装入挤压模具，重复步骤(2)，经过多 次重复，得到蜂窝型纤维胞状硬质合金挤压坯；(4) 将步骤(3)制得的蜂窝型纤维胞状硬质合金挤压坯，装入真空炉祛除粘结剂，温度 为75°C -80(TC，真空炉真空度最高为1*10—4MPa。(5) 将脱脂干净的蜂窝型纤维胞状硬质合金压坯，进行热压烧结，升温速度为5-30°C / min，烧结温度为1350-1470。C，压力为200-800MPa，保温15-120min，随炉降温至200。C以下 出炉。
全文摘要
一种蜂窝型纤维胞状结构硬质合金及其制备方法，属于粉末冶金制品及制备工艺。由两种或3-5种硬质合金通过壳、核结构制备而成的蜂窝型纤维胞状硬质合金；核为低钴脆性材料硬质合金钴含量3％～硬质合金钴含量8％中的一种或2～5种；壳为高钴韧性较好的材料硬质合金钴含量15％～硬质合金钴含量25％中的一种或2～5种；成形剂为热塑性塑料聚乙二醇单甲醚MPEG、甲氧基聚乙二醇、石蜡或改性的矿物油。工艺为采用模压工艺制备核与壳结构，然后将核、壳组合在一起，再利用多次热挤压工艺使之形成蜂窝纤维胞状结构硬质合金挤压坯，最后采用真空脱脂工艺或保护气氛脱脂及快速热压烧结工艺制备而成。优点在于，该材料具有良好的横向断裂强度、断裂韧性、耐磨损等性能。
文档编号C22C1/08GK101760661SQ20091024130
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者丁光玉, 丁存光, 姜丽娟, 张瑞勇, 李 一, 李楠, 李红云, 李红印, 柳学全, 霍静 申请人:钢铁研究总院