专利名称：将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法
技术领域：
本发明涉及一种将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法。
技术背景
磨损是硬质合金工具失效的一种典型表现形式。硬质合金的硬度与耐磨性具有正相关关系，提高合金耐磨性首先必须提高合金的硬度。对WC-Co硬质合金，降低硬质合金中的Co含量，可显著提高合金硬度，改善合金耐磨性。硬质合金中Co的梯度变化必然会导致合金中硬度的梯度变化。
传统硬质合金的硬度与韧性是一对相互矛盾的参数，提高硬度要以牺牲韧性为代价，反之亦然。1986年，瑞典Sandvik公司率先推出了一种硬质合金新材质-双相结构 WC-Co梯度硬质合金，简称DP (dual phase)合金。这种合金成功地解决了硬质合金的硬度与韧性难以同时兼顾的矛盾，可使合金的使用寿命得到明显改善。这项技术主要包括两个方面，即首先制得含均勻、细小且体积分数可控脱碳相(Π相)的WC+β + ι 三相组织合金 (β :Co基粘结相)，然后对此合金进行渗碳处理，以获得具有双相结构的梯度合金。这种合金的表层与中间过渡层为WC+β两相组织合金，合金芯部为WC+β +η三相组织合金。合金表层为贫Co区；合金过渡层中Co含量呈梯度变化，为富Co区。DP合金中Co梯度的形成机理主要是通过碳势差为合金中Co发生质量迁移提供驱动力，即通过对低碳合金进行渗碳处理，使WC-Co硬质合金中Co从合金表面的高碳区向合金中的低碳区迁移。采用这种方法制备的合金表层厚度通常为Imm 3mm，含Co约3%，赋予合金高硬度与高耐磨性；中间过渡层厚度通常为1. 5mm 2. 5mm，最高含Co量通常在10%左右，赋予合金高韧性。图 1展示了一种典型DP合金抛光截面(沿合金中部的切割面)小负荷维氏硬度HV2 Qkgf载荷)变化曲线。采用这种技术制备的合金存在表层高硬度区厚度偏小，过渡层为低硬度突变区的缺陷。若表面高硬度区被磨损后，合金工具寿命会迅速降低，因而限制了合金的推广应用。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硬度突变型WC-Co梯度硬质合金转变为硬度渐变型WC-Co梯度硬质合金，以提高合金工具使用寿命的将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法，通过对具有贫钴高硬度表层区、富钴低硬度过渡层区WC-Co梯度硬质合金进行后续液相复烧处理，达到消除低硬度突变区，实现合金中硬度渐变的目的，所述的后续液相复烧处理是指在真空烧结炉内将原始硬度突变型WC-Co梯度硬质合金在1400°C 1460°C的温度保温60min 120min。所述硬度渐变是指合金硬度由表至里呈现缓慢降低特性。
采用上述技术方案的将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法，通过对具有贫钴高硬度表层区、富钴低硬度过渡层区WC-Co梯度硬质合金进行后续液相复烧处理，达到消除低硬度突变区，实现合金中硬度的渐变，进一步改善合金耐磨性与使用寿命的目的。硬质合金中Co梯度结构的稳定性受控于液相迁移驱动力。液相迁移驱动力由合金中液相体积分数、合金含碳量、合金中WC晶粒度大小等因素共同决定。由于原始突变型梯度态合金中存在碳势差和WC晶粒度差异，同时受表层区液相迁移通道狭窄等因素的影响， 复烧过程中原始富钴过渡层区的Co只向合金芯部迁移，从而使合金中Co含量由表至里逐渐升高、合金硬度由表至里逐渐降低。
综上所述，本发明是一种硬度突变型WC-Co梯度硬质合金转变为硬度渐变型 WC-Co梯度硬质合金，以提高合金工具使用寿命的将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法。
图1是一种典型DP合金抛光截面小负荷维氏硬度HV2变化曲线。
图2是本发明制备方法1460°C，保温120min真空复烧前后DP合金抛光截面硬度变化曲线。
图3是本发明制备方法1430°C，保温90min真空复烧后DP合金抛光截面由表至里不同部位HV50压痕的对角裂纹；(a)、(b)表层；(c)、(d)中部；(e)、(f)芯部(含η相)。
图4是本发明制备方法1400°C，保温60min真空复烧前后DP合金抛光截面硬度变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将抛光截面小负荷维氏硬度HV2呈图1变化的TLll型DP柱齿在真空烧结炉内进行复烧处理，复烧温度为1460°C，保温时间为120min。按与复烧前同样的取样、制样与测量方式测量真空复烧处理后合金抛光截面由表至里的小负荷维氏硬度HV2。观察真空复烧处理后合金抛光截面，可见明显的反光特性不同的3层区域。图2展示了真空复烧前后DP 合金抛光截面硬度变化曲线。由图2可知，经复烧处理后合金中低硬度突变区已经消失，合金硬度由表至里呈现缓慢降低特性，合金表层的硬度得到进一步提高，距合金表层第一个硬度测量点约5. 7mm的区域范围内，复烧处理后合金的硬度均高于处理前原始态合金的硬度。
实施例2:
将抛光截面小负荷维氏硬度HV2呈图1变化的TLll型DP柱齿在真空烧结炉内进行复烧处理，复烧温度为1430°C，保温时间为90min。按与复烧前同样的取样、制样与测量方式测量真空复烧处理后合金抛光截面由表至里的小负荷维氏硬度HV2。观察真空复烧处理后合金抛光截面，可见明显的反光特性不同的3层区域。测量真空复烧后DP合金抛光截面硬度变化曲线，结果表明经复烧处理后合金中低硬度突变区已经消失，合金硬度由表至里呈现缓慢降低特性，合金表层的硬度得到进一步提高，距合金表层第一个硬度测量点约 5. 6mm的区域范围内，复烧处理后合金的硬度均高于处理前原始态合金的硬度。图3展示了真空复烧后DP合金抛光截面由表至里不同部位HV50 (50kgf载荷)压痕的对角裂纹。
Palmqvist断裂韧性按公式(1)计算
Kic = A · H0.5 · (P/Σ L)0.5(1)
式中Η-维氏硬度，MPa;P-施加载荷，Ν;Σ L-对角裂纹总长度，mm ;Α-常数， 0. 0028 ；Kic-断裂韧性，丽· πΓ3/2 或 MPa · m1/2。
传统WC-Co硬质合金的I^almqvist断裂韧性通常在7MN · πΓ3/2 25ΜΝ · πΓ3/2之间 (施加载荷通常在30kgf 50kgf之间)，Co质量分数为8% 9%的传统WC-Co硬质合金的Palmqvist断裂韧性通常在IOMN · πΓ3/2 17ΜΝ · πΓ3/2之间。
由图3可以看出，除靠近表层个别HV50压痕的对角存在< 40 μ m的裂纹外，即使施加载荷高达50kgf，真空复烧后DP合金抛光截面由表至里不同部位HV50压痕的对角均未产生明显的裂纹，超出了 Palmqvist断裂韧性的测量范围。这一现象说明，由于梯度结构的形成，合金具有高硬度与高韧性的优异性能。
实施例3
将抛光截面小负荷维氏硬度HV2呈图ι变化的ττη型DP柱齿在真空烧结炉内进行复烧处理，复烧温度为1400°c，保温时间为60min。按与复烧前同样的取样、制样与测量方式测量真空复烧处理后合金抛光截面由表至里的小负荷维氏硬度HV2。发现经复烧处理后合金中低硬度突变区已经消失，合金硬度由表至里呈现缓慢降低特性。观察真空复烧处理后合金抛光截面，可见明显的反光特性不同的3层区域。图4展示了真空复烧前后DP 合金抛光截面硬度变化曲线。由图4可知，经复烧处理后合金中低硬度突变区已经消失，合金硬度由表至里呈现缓慢降低特性，合金表层的硬度得到进一步提高，距合金表层第一个硬度测量点约5.4mm的区域范围内，复烧处理后合金的硬度均高于处理前原始态合金的硬度。
权利要求
1.一种将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法，对具有贫钴高硬度表层区、富钴低硬度过渡层区WC-C0梯度硬质合金进行后续液相复烧处理，消除低硬度突变区， 实现合金中硬度的渐变，其特征是所述的后续液相复烧处理是指在真空烧结炉内将原始硬度突变型WC-Co梯度硬质合金在1400°C 1460°C的温度保温60min 120min。
2.根据权利要求1所述的将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法，其特征是所述硬度渐变是指合金硬度由表至里呈现缓慢降低特性。
全文摘要
本发明公开了一种将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法，通过对具有贫钴高硬度表层区、富钴低硬度过渡层区WC-Co梯度硬质合金进行后续液相复烧处理，达到消除低硬度突变区，实现合金中硬度的渐变，进一步改善合金耐磨性与使用寿命的目的。所述的后续液相复烧处理是指在真空烧结炉内将原始硬度突变型WC-Co梯度硬质合金在1400℃～1460℃的温度保温60min～120min。所述硬度渐变是指合金硬度由表至里呈现缓慢降低特性。本发明是一种硬度突变型WC-Co梯度硬质合金转变为硬度渐变型WC-Co梯度硬质合金，以提高合金工具使用寿命的将硬度突变型转变为硬度渐变型梯度硬质合金的方法。
文档编号C22F1/18GK102560169SQ201210045579
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者吴厚平, 张立, 熊湘君, 解明伟, 贺跃辉 申请人:中南大学