本发明属于合金材料技术领域，更具体地说，是涉及一种硬质合金及其制备方法和合金刀头。
背景技术：
合金刀头是冲击钻或电锤钻的钻头及旋转锉的核心部件，由硬质合金制备加工而成。合金刀头的应用十分广泛，如破碎石块、水泥路面或建筑物内的实体砖墙或水泥墙等场所，加工钢构件及铸件钢等。而合金刀头在实际应用过程中，尤其是在高强度岩石、钢构件及铸钢件的应用过程中，易断裂，这不仅增加了使用成本、影响经济效益，而且还会因为更换合金刀头而降低使用效率。
目前，现有技术为改善合金刀头的上述技术问题，通过改善制备合金刀头的硬质合金的韧性，使合金刀头在使用过程中很少发生断裂。但是，上述改进限制了合金元素的加入量，使合金刀头的硬度受到影响。因此，提供一种能够同时具备较好硬度和韧性的合金刀头，能够兼顾各种应用的不同需求，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硬质合金及其制备方法和合金刀头，本发明提供的硬质合金同时具有高硬度和高强度。
本发明提供了一种硬质合金，包括以下组分：
碳化钨87重量份～94重量份；
粘结剂9重量份～12重量份；
抑制剂0.4重量份～2重量份；
所述抑制剂包括碳化钽和碳化铌。
优选的，所述抑制剂中碳化钽和碳化铌的质量比为1：(0.5～1.5)。
优选的，所述粘结剂包括钴粉、钨粉、镍粉和钼粉中的一种或多种。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
a)将碳化钨、粘结剂和抑制剂进行混合，得到混合料；所述抑制剂包括碳化钽和碳化钨；
b)将步骤a)得到的混合料依次进行压制和烧结，得到硬质合金。
优选的，步骤a)中所述混合的过程具体为：
a1)将碳化钨、粘结剂和抑制剂在球磨介质中进行球磨，得到混合物；
a2)将步骤a1)得到的混合物依次进行第一次过筛、干燥和第二次过筛，得到混合料。
优选的，步骤a1)中所述球磨介质为乙醇；所述球磨的球直径为8mm～10mm；所述球磨的速度为35r/min～45r/min，时间为20h～50h。
优选的，步骤a2)中所述第一次过筛的目数为300目～350目；所述第二次过筛的目数为55目～65目。
优选的，步骤b)中所述压制的方式为掺胶压制；所述压制的压力为3t～100t。
优选的，步骤b)中所述烧结的温度为1430℃～1480℃，时间为10h～12h。
本发明还提供了一种合金刀头，由上述技术方案所述的硬质合金或上述技术方案所述的制备方法得到的硬质合金制备而成。
本发明提供了一种硬质合金及其制备方法和合金刀头，所述硬质合金包括以下组分：碳化钨87重量份～94重量份；粘结剂9重量份～12重量份；抑制剂0.4重量份～2重量份；所述抑制剂包括碳化钽和碳化铌。与现有技术相比，本发明提供的硬质合金以碳化钽和碳化铌共同作为抑制剂，不仅有效抑制碳化钨晶粒长大，控制碳化钨的晶粒度，还能够提升硬质合金对不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的组分实现协同作用，从而使硬质合金同时具有高硬度和高强度。实验结果表明，本发明提供的硬质合金制备的合金刀头硬度为91HRA～91.5HRA，抗弯强度TRS大于2400N/mm2。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种硬质合金，包括以下组分：
碳化钨87重量份～94重量份；
粘结剂9重量份～12重量份；
抑制剂0.4重量份～2重量份；
所述抑制剂包括碳化钽和碳化铌。
在本发明中，所述硬质合金包括碳化钨、粘结剂和抑制剂。在本发明中，所述硬质合金以碳化钨为主要组分，其具有稳定的化学性质，是合金具有高硬度和高强度的基础。在本发明中，所述硬质合金包括87重量份～94重量份的碳化钨，优选为90重量份～93.5重量份。
在本发明中，所述粘结剂优选包括钴粉、钨粉、镍粉和钼粉中的一种或多种，更优选为钴粉和钨粉中的一种或两种，最优选为钴粉和钨粉。在本发明一个优选的实施例中，所述粘结剂为钴粉和钨粉；所述钴粉和钨粉的质量比优选为(8～9)：(1～3)，更优选为(8.3～9)：(1～2.8)。在本发明中，所述硬质合金包括9重量份～12重量份的粘结剂，优选为9.3重量份～11.8重量份。
在本发明中，所述抑制剂包括碳化钽和碳化铌。在本发明中，采用碳化钽和碳化铌共同作为抑制剂，不仅有效抑制碳化钨晶粒长大，控制碳化钨的晶粒度，还能够提升硬质合金对不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的组分实现协同作用，从而使硬质合金同时具有高硬度和高强度。在本发明中，所述抑制剂中碳化钽和碳化铌的质量比优选为1：(0.5～1.5)，更优选为1：1。在本发明中，所述硬质合金包括0.4重量份～2重量份的抑制剂，优选为1重量份～1.6重量份。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
a)将碳化钨、粘结剂和抑制剂进行混合，得到混合料；所述抑制剂包括碳化钽和碳化钨；
b)将步骤a)得到的混合料依次进行压制和烧结，得到硬质合金。
本发明首先将碳化钨、粘结剂和抑制剂进行混合，得到混合料。在本发明中，所述碳化钨为硬质合金的主要原料，其具有稳定的化学性质，是合金具有高硬度和高强度的基础。本发明对所述碳化钨的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售碳化钨粉即可。在本发明中，所述碳化钨的粒径优选为0.9μm～2.0μm，更优选为1μm～1.49μm。
在本发明中，所述粘结剂优选包括钴粉、钨粉、镍粉和钼粉中的一种或多种，更优选为钴粉和钨粉中的一种或两种，最优选为钴粉和钨粉。在本发明一个优选的实施例中，所述粘结剂为钴粉和钨粉；所述钴粉和钨粉的质量比优选为(8～9)：(1～3)，更优选为(8.3～9)：(1～2.8)；所述钴粉的粒径优选为1.9μm～2.6μm，更优选为2μm～2.5μm；所述钨粉的粒径优选为1.9μm～2.6μm，更优选为2μm～2.5μm。本发明对所述粘结剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述钴粉、钨粉、镍粉和钼粉的市售商品即可。
在本发明中，所述抑制剂包括碳化钽和碳化铌。在本发明中，所述抑制剂中碳化钽和碳化铌的质量比优选为1：(0.5～1.5)，更优选为1：1。本发明对所述抑制剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述碳化钽粉和碳化铌粉的市售商品即可。在本发明中，所述碳化钽的粒径优选为0.9μm～2.0μm，更优选为1μm～1.49μm；所述碳化铌的粒径优选为0.9μm～2.0μm，更优选为1μm～1.49μm。
在本发明中，所述碳化钨、粘结剂和抑制剂的质量比为(87～94)：(9～12)：(0.4～2)，更优选为(90～93.5)：(9.3～11.8)：(1～1.6)。
在本发明中，所述混合的过程优选具体为：
a1)将碳化钨、粘结剂和抑制剂在球磨介质中进行球磨，得到混合物；
a2)将步骤a1)得到的混合物依次进行第一次过筛、干燥和第二次过筛，得到混合料。
在本发明中，采用湿磨工艺进行球磨；本发明对所述球磨的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的球磨机即可。在本发明中，所述球磨介质优选为乙醇，本发明对此没有特殊限制。在本发明中，所述球磨的球直径优选为8mm～10mm。本发明采用上述球磨介质和球，设置球料比为3：1，填充系数为0.45～0.5，液固比为250mL/kg～350mL/kg。
在本发明中，所述球磨的速度优选为35r/min～45r/min，更优选为40r/min；所述球磨的时间优选为20h～50h，更优选为30h～40h。
得到所述混合物后，本发明将得到的混合物依次进行第一次过筛、干燥和第二次过筛，得到混合料。在本发明中，所述第一次过筛的目数优选为300目～350目，更优选为320目。
在本发明中，所述干燥的目的是去除混合物中的球磨介质。在本发明中，所述干燥的温度优选为80℃～82℃，更优选为81℃；所述干燥的时间优选为15h～20h，更优选为18h。
在本发明中，所述第二次过筛的方式优选采用振动过筛；所述第二次过筛的目数优选为55目～65目，更优选为60目。
得到所述混合料后，本发明将得到的混合料依次进行压制和烧结，得到硬质合金。在本发明中，所述压制的方式优选为掺胶压制，具体为：将混合料与胶混合，干燥5min～10min后过40目～50目筛，再干燥60min～80min，最后压制成型。在本发明中，所述胶优选为丁钠橡胶；所述掺胶量优选为90mL/kg～100mL/kg，更优选为94mL/kg。本发明对所述压制的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的双向式压机即可。在本发明中，所述压制的压力优选为3t～100t，更优选为10t～90t。
完成所述压制过程后，本发明将压制成型后的混合料进行烧结，得到硬质合金。在本发明中，所述烧结的温度优选为1430℃～1480℃，更优选为1450℃～1460℃；所述烧结的时间优选为10h～12h，更优选为670min。
本发明优选还包括对得到的硬质合金进行后处理；所述后处理优选为表面处理。本发明对所述表面处理的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的立式喷砂机即可。在本发明中，所述表面处理的时间优选为10min～20min，更优选为15min。
本发明还提供了一种合金刀头，由上述技术方案所述的硬质合金或上述技术方案所述的制备方法得到的硬质合金制备而成。本发明对所述合金刀头的制备方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的机械加工工艺即可。
本发明提供了一种硬质合金及其制备方法和合金刀头，所述硬质合金包括以下组分：碳化钨87重量份～94重量份；粘结剂9重量份～12重量份；抑制剂0.4重量份～2重量份；所述抑制剂包括碳化钽和碳化铌。与现有技术相比，本发明提供的硬质合金以碳化钽和碳化铌共同作为抑制剂，不仅有效抑制碳化钨晶粒长大，控制碳化钨的晶粒度，还能够提升硬质合金对不同合金元素的包容性及分散性，使特定用量的组分实现协同作用，从而使硬质合金同时具有高硬度和高强度。实验结果表明，本发明提供的硬质合金制备的合金刀头硬度HRA为91～91.5，抗弯强度TRS大于2400N/mm2。
另外，本发明提供的硬质合金的制备方法工艺简单，易于操作，适合大规模生产。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。以下实施例中所用的原料均为市售商品。
实施例1
(1)原料配比：碳化钨93.5重量份，钴粉9重量份，钨粉2重量份，碳化钽0.8重量份，碳化铌0.8重量份；
将上述原料与球料比为3：1的直径为8mm～10mm的球、液固比为300mL/kg的乙醇加入球磨机，填充系数为0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
将上述混合物过320目筛，在81℃下干燥18h，在振动过60目筛，得到混合料。
(2)将上述混合料与掺胶量为94mL/kg的丁钠橡胶混合均匀，干燥5min～10min后过40目～50目筛，再干燥60min～80min，然后采用双向式压机在50t压力下压制成型，最后在1455℃下烧结670min，得到硬质合金。
(3)采用立式喷砂机表面处理15min，根据不同型号进行机械加工，得到合金刀头。
采用压痕法对本发明实施例1提供的合金刀头的硬度进行测试，结果表明，本发明实施例1提供的合金刀头的硬度为91.5HRA。
采用万能试验机对本发明实施例1提供的合金刀头的抗弯强度(TRS)进行测试，结果表明，本发明实施例1提供的合金刀头的抗弯强度(TRS)大于2500。
实施例2
(1)原料配比：碳化钨87重量份，钴粉8.5重量份，钨粉2.8重量份，碳化钽0.5重量份，碳化铌0.5重量份；
将上述原料与球料比为3：1的直径为8mm～10mm的球、液固比为300mL/kg的乙醇加入球磨机，填充系数为0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
将上述混合物过320目筛，在81℃下干燥18h，在振动过60目筛，得到混合料。
(2)将上述混合料与掺胶量为94mL/kg的丁钠橡胶混合均匀，干燥5min～10min后过40目～50目筛，再干燥60min～80min，然后采用双向式压机在50t压力下压制成型，最后在1455℃下烧结670min，得到硬质合金。
(3)采用立式喷砂机表面处理15min，根据不同型号进行机械加工，得到合金刀头。
采用压痕法对本发明实施例2提供的合金刀头的硬度进行测试，结果表明，本发明实施例2提供的合金刀头的硬度为91HRA。
采用万能试验机对本发明实施例2提供的合金刀头的抗弯强度(TRS)进行测试，结果表明，本发明实施例2提供的合金刀头的抗弯强度(TRS)大于2400。
实施例3
(1)原料配比：碳化钨90重量份，钴粉8.3重量份，钨粉1重量份，碳化钽0.2重量份，碳化铌0.2重量份；
将上述原料与球料比为3：1的直径为8mm～10mm的球、液固比为300mL/kg的乙醇加入球磨机，填充系数为0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
将上述混合物过320目筛，在81℃下干燥18h，在振动过60目筛，得到混合料。
(2)将上述混合料与掺胶量为94mL/kg的丁钠橡胶混合均匀，干燥5min～10min后过40目～50目筛，再干燥60min～80min，然后采用双向式压机在50t压力下压制成型，最后在1455℃下烧结670min，得到硬质合金。
(3)采用立式喷砂机表面处理15min，根据不同型号进行机械加工，得到合金刀头。
采用压痕法对本发明实施例3提供的合金刀头的硬度进行测试，结果表明，本发明实施例3提供的合金刀头的硬度为91HRA。
采用万能试验机对本发明实施例3提供的合金刀头的抗弯强度(TRS)进行测试，结果表明，本发明实施例3提供的合金刀头的抗弯强度(TRS)大于2400。
对比例1
(1)原料配比：碳化钨90重量份，钴粉8.6重量份，碳化钽0.6重量份；
将上述原料与球料比为3：1的直径为8mm～10mm的球、液固比为300mL/kg的乙醇加入球磨机，填充系数为0.45～0.5，在40r/min下球磨45h，得到混合物；
将上述混合物过320目筛，在81℃下干燥18h，在振动过60目筛，得到混合料。
(2)将上述混合料与掺胶量为94mL/kg的丁钠橡胶混合均匀，干燥5min～10min后过40目～50目筛，再干燥60min～80min，然后采用双向式压机在50t压力下压制成型，最后在1455℃下烧结670min，得到硬质合金。
(3)采用立式喷砂机表面处理15min，根据不同型号进行机械加工，得到合金刀头。
采用压痕法对对比例1提供的合金刀头的硬度进行测试，结果表明，对比例1提供的合金刀头的硬度为90HRA。
采用万能试验机对对比例1提供的合金刀头的抗弯强度(TRS)进行测试，结果表明，对比例1提供的合金刀头的抗弯强度(TRS)大于2200。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。