专利名称：一种高硬度超细硬质合金及其制造方法
技术领域：
本发明属于合金材料制造工艺技术领域，具体地说，是一种高硬度超细硬质合金及其制造方法。
背景技术：
硬质合金是由难熔金属盒粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。具有硬度高、耐磨、强度和韧性好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，其被广泛用作刀具材料。目前国内在金属切削半精加工和精加工所用的刀具一般为YT和YW系列硬质合金刀具，加入的 TiC能提高刀具的硬度及红硬性，但是TiC会使合金的韧性偏低，不利于加工脆性材料和切削有冲击的领域，同时普通YT类硬质合金的晶粒较粗，制得的刀具刃口不够锋利，不能制造高精度的零部件。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有优越的硬度和良好韧性的高硬度超细硬质合金，提供一种新的复合硬质合金配方；本发明的另一目的是提供一种制造高硬度超细硬质合金的工艺方法。为达到上述目的，本发明所采用的方案如下
一种高硬度超细硬质合金，其要点是该合金采用超细碳化物WC作为硬质相，以 Co作为粘结相，以VC、NbC和TaC作为抑制剂，该合金的组成成分及重量含量如下WC 90-90. 4%, Co 8%, VC :0. 2 0. 6%, NbC :0. 6%, TaC :0. 8%。为了使本发明具有更加优越的硬度和良好韧性，上述WC的晶粒度选择为0. 4 μ m， 所述Co的晶粒度选择为1. 42 μ m。一种高硬度超细硬质合金的制造方法，其特征在于包括如下步骤
(1)湿磨将WC、VC、NbC和TaC按比例加入球磨桶，同时按300 400ml/kg加入纯度 99. 99%的无水乙醇作为球磨介质，先球磨20 48小时，然后在加入粘结相Co，再球磨时间 60 80小时，球磨过程中每隔12小时翻动球磨筒一次；
(2)干燥将球磨后的湿料过320目筛网过滤，并在真空干燥箱中干燥，干燥温度80 120 0C ；
(3)掺胶干燥后的粉料过80目筛网，按110ml/kg加入汽油橡胶溶液后干燥，然后过 60目筛网待用；
(4)压制将步骤(3)得到的粉料在单柱液压机上压制成7.02X8. 04X24. 74 mm3的B 型条；
(5)烧结将步骤(4)所得的B型条放置于真空烧结一体炉中烧结；
(6)冷却将步骤(5)中的B型随炉冷却至室温，并将该B型条取出，从而制得高硬度超细硬质合金。作为优选步骤(1)中在球磨桶中按比例加入WC、VC、NbC和TaC时，球料比3:1 6:1。作为优选其特征在于步骤(5)中烧结过程分为三个烧结阶段，脱胶阶段温度从室温升值500°C，时间为1. 5h ；固相烧结阶段温度从500°C升至1230°C，时间为1. 5h ；最高烧结阶段温度为1400°C，保温1.证。作为优选将制得的高硬度超细硬质合金进行性能测试，根据GB3851-83测试硬质合金的抗弯强度，从而得到抗弯强度为1500 1700MPa ；根据GB7887-87测试硬质合金的维氏硬度，从而得到维氏硬度为2000 2100 HV30 ；根据GB3488-83标准检测硬质合金的显微组织，从而得到硬质合金的晶粒度为380 MOnm。本发明的显著效果是由于选用了细WC粉以及采用适量的VC、NbC和TaC做晶粒长大抑制剂，细化了合金的晶粒，降低合金的空隙度，并提高了合金中面心立方Co的含量， 可使得硬质合金中WC的平均晶粒度达390 540nm，硬质合金的硬度HV3tl达2000 2100， 硬质合金的抗弯强度MPa 1500 1700 ；加入的NbC能提高合金的高温硬度与高温强度， 同时在切削过程中提高合金与钢的粘结温度，减缓合金成分向钢中扩散，提高刀具使用寿命。本发明的合金晶粒细小，具有高温硬度与强度，并且具有良好的抗磨损性能，可用作精加工刀具的合金材料。
图1是本发明的工艺流程图2是本发明高硬度超细硬质合金的微观结构组织图； 图3是普通硬质合金的微观结构组织图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1
如图ι所示，一种高硬度超细硬质合金，该合金采用超细碳化物WC作为硬质相，以Co 作为粘结相，以vc、NbC和TaC作为抑制剂，该合金的组成成分及重量含量如下WC :90%， Co 8%, VC 0. 6%，NbC 0. 6%, TaC:0. 8% ；其中所述WC的晶粒度为0. 4 μ m,所述Co的晶粒度为 L 42 μ m0上述高硬度超细硬质合金采用如下步骤制得
(1)湿磨将WC、VC、NbC和TaC按比例加入球磨桶，同时按300ml/kg加入纯度99.99% 的无水乙醇作为球磨介质，在球磨桶中按比例加入WC、VC、NbC和TaC时，球料比3:1，先球磨20小时，然后在加入粘结相Co，再球磨时间60小时，球磨过程中每隔12小时翻动球磨筒一次；
(2)干燥将球磨后的湿料过320目筛网过滤，并在真空干燥箱中干燥，干燥温度 IOO0C ；
(3)掺胶干燥后的粉料过80目筛网，按110ml/kg加入汽油橡胶溶液后干燥，然后过 60目筛网待用；
(4)压制将步骤(3)得到的粉料在单柱液压机上压制成7.02X8. 04X24. 74 mm3的B 型条；
(5)烧结将步骤(4)所得的B型条放置于真空烧结一体炉中烧结，烧结过程分为三个烧结阶段，脱胶阶段温度从室温升值500°C，时间为1. 5h ；固相烧结阶段温度从500°C升至1230°C，时间为1. 5h ；最高烧结阶段温度为1400°C，保温1.釙。(6)冷却将步骤(5)中的B型随炉冷却至室温，并将该B型条取出，从而制得高硬度超细硬质合金。对制得的高硬度超细硬质合金进行性能检测，根据GB3851-83测试硬质合金的抗弯强度，其值为1500MPa ；根据GB7887-87测试硬质合金的韦氏硬度，其值为2000 HV30 ；根据GB3488-83标准硬质合金的显微组织，其晶粒度为540nm。实施例2:
如图1所示，一种高硬度超细硬质合金，该合金采用超细碳化物WC作为硬质相，以 Co作为粘结相，以VC、NbC和TaC作为抑制剂，该合金的组成成分及重量含量如下WC 90. 2%, Co 8%, VC 0. 4%, NbC :0. 6%, TaC :0. 8% ；其中所述 WC 的晶粒度为 0. 4 μ m,所述 Co 的晶粒度为1.42ym0上述高硬度超细硬质合金采用如下步骤制得
(1)湿磨将WC、VC、NbC和TaC按比例加入球磨桶，同时按;350ml/kg加入纯度99.99% 的无水乙醇作为球磨介质，在球磨桶中按比例加入WC、VC、NbC和TaC时，球料比4. 7:1，先球磨34小时，然后在加入粘结相Co，再球磨时间72小时，球磨过程中每隔12小时翻动球磨筒一次；
(2)干燥将球磨后的湿料过320目筛网过滤，并在真空干燥箱中干燥，干燥温度80°C;
(3)掺胶干燥后的粉料过80目筛网，按110ml/kg加入汽油橡胶溶液后干燥，然后过 60目筛网待用；
(4)压制将步骤(3)得到的粉料在单柱液压机上压制成7.02X8. 04X24. 74 mm3的B 型条；
(5)烧结将步骤(4)所得的B型条放置于真空烧结一体炉中烧结，烧结过程分为三个烧结阶段，脱胶阶段温度从室温升值500°C，时间为1. 5h ；固相烧结阶段温度从500°C升至1230°C，时间为1. 5h ；最高烧结阶段温度为1400°C，保温1.釙。(6)冷却将步骤(5)中的B型随炉冷却至室温，并将该B型条取出，从而制得高硬度超细硬质合金。对制得的高硬度超细硬质合金进行性能检测，根据GB3851-83测试硬质合金的抗弯强度，其值为1600MPa ；根据GB7887-87测试硬质合金的韦氏硬度，其值为2068 HV30 ； 根据GB3488-83标准硬质合金的显微组织，其晶粒度为380nm。本实施例2中的高硬度超细硬质合金与普通硬质合金微观结构组织对比分别见图2和图3 在本发明中通过添加0. 4%VC+0. 6%NbC+0. 8%TaC后，VC、NbC和TaC能有效的降低合金的平均晶粒尺寸，从而提高合金的硬度、抗磨损性能。实施例3
如图ι所示，一种高硬度超细硬质合金，该合金采用超细碳化物WC作为硬质相，以Co 作为粘结相，以VC、NbC和TaC作为抑制剂，该合金的组成成分及重量含量如下WC :90. 4%， Co 8%, VC 0. 2%，NbC 0. 6%，TaC:0. 8% ；其中所述WC的晶粒度为0. 4 μ m,所述Co的晶粒度为 L 42 μ m0上述高硬度超细硬质合金采用如下步骤制得
(1)湿磨将WC、VC、NbC和TaC按比例加入球磨桶，同时按400ml/kg加入纯度99. 99%的无水乙醇作为球磨介质，在球磨桶中按比例加入WC、VC、NbC和TaC时，球料比6:1，先球磨48小时，然后在加入粘结相Co，再球磨时间80小时，球磨过程中每隔12小时翻动球磨筒一次；
(2)干燥将球磨后的湿料过320目筛网过滤，并在真空干燥箱中干燥，干燥温度 120 0C ；
(3)掺胶干燥后的粉料过80目筛网，按110ml/kg加入汽油橡胶溶液后干燥，然后过 60目筛网待用；
(4)压制将步骤(3)得到的粉料在单柱液压机上压制成7.02X8. 04X24. 74 mm3的B 型条；
(5)烧结将步骤(4)所得的B型条放置于真空烧结一体炉中烧结，烧结过程分为三个烧结阶段，脱胶阶段温度从室温升值500°C，时间为1. 5h ；固相烧结阶段温度从500°C升至1230°C，时间为1. 5h ；最高烧结阶段温度为1400°C，保温1.釙。(6)冷却将步骤(5)中的B型随炉冷却至室温，并将该B型条取出，从而制得高硬度超细硬质合金。对制得的高硬度超细硬质合金进行性能检测，根据GB3851-83测试硬质合金的抗弯强度，其值为1700MPa ；根据GB7887-87测试硬质合金的韦氏硬度，其值为2100 HV30 ； 根据GB3488-83标准硬质合金的显微组织，其晶粒度为460nm。本发明中加入的抑制剂VC、NbC和TaC不同比例是所测得的硬度和抗弯强度如下表所示
权利要求
1.一种高硬度超细硬质合金，其特征在于该合金采用超细碳化物WC作为硬质相，以 Co作为粘结相，以VC、NbC和TaC作为抑制剂，该合金的组成成分及重量含量如下WC :90-90. 4%, Co 8%, VC :0. 2 0. 6%, NbC :0. 6%, TaC :0. 8%。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度超细硬质合金，其特征在于所述WC的晶粒度为0. 4 μ m，所述Co的晶粒度为1. 42 μ m。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度超细硬质合金的制造方法，其特征在于包括如下步骤(1)湿磨将WC、VC、NbC和TaC按比例加入球磨桶，同时按300 400ml/kg加入纯度 99. 99%的无水乙醇作为球磨介质，先球磨20 48小时，然后在加入粘结相Co，再球磨时间 60 80小时，球磨过程中每隔12小时翻动球磨筒一次；(2)干燥将球磨后的湿料过320目筛网过滤，并在真空干燥箱中干燥，干燥温度80 120 0C ；(3)掺胶干燥后的粉料过80目筛网，按110ml/kg加入汽油橡胶溶液后干燥，然后过 60目筛网待用；(4)压制将步骤(3)得到的粉料在单柱液压机上压制成7.02X8. 04X24. 74 mm3的B 型条；(5)烧结将步骤(4)所得的B型条放置于真空烧结一体炉中烧结；(6)冷却将步骤(5)中的B型随炉冷却至室温，并将该B型条取出，从而制得高硬度超细硬质合金。
4.根据权利要求3所述的一种高硬度超细硬质合金的制造方法，其特征在于步骤(1) 中在球磨桶中按比例加入WC、VC、NbC和TaC时，球料比3:1 6:1。
5.根据权利要求3所述的一种高硬度超细硬质合金的制造方法，其特征在于步骤(5) 中烧结过程分为三个烧结阶段，脱胶阶段温度从室温升值500°C，时间为1. 5h ；固相烧结阶段温度从500°C升至1230°C，时间为1. 5h ；最高烧结阶段温度为1400°C，保温1.证。
6.根据权利要求3所述的一种高硬度超细硬质合金的制造方法，其特征在于制得的高硬度超细硬质合金的硬度为2000 2100 HV30 ；抗弯强度为1500 1700MPa，晶粒度为380 540nm。
全文摘要
本发明公开一种高硬度超细硬质合金及其制造方法，该合金采用超细碳化物WC作为硬质相，以Co作为粘结相，以VC、NbC和TaC作为抑制剂，该合金的组成成分及重量含量如下WC90-90.4%，Co8%，VC0.2～0.6%，NbC0.6%，TaC0.8%；所述高硬度超细硬质合金的制造方法包括如下步骤湿磨、干燥、掺胶、压制、烧结、冷却。采用上述制造方法得到的高硬度超细硬质合金晶粒细小，具有高温硬度与强度，并且具有良好的抗磨损性能，可用作精加工刀具的合金材料。
文档编号C22C1/04GK102383020SQ20111036177
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者姜爱民, 蒋显全 申请人:重庆市科学技术研究院