本发明涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金。
背景技术：
硬质合金是由1种或多种高硬度、高模量的间隙化合物(通常是wc与过渡金属fe、co、ni或其合金)组成的复合材料，wc-co硬质合金由于其高硬度、高强度和高耐磨性等一系列优良性能而被广泛地应用在机械加工、矿山开采、军工及冶金等行业。wc-co硬质合金被誉为“工业的牙齿”，如何有针对性的依用途研究或开发高性能材料是该领域的研究热点。
在粘结相含量一定的情况下，当wc晶粒度减少到1.0μm以下时，硬质合金的硬度、强度均有提高，应用领域更为广泛。随着晶粒的长大，合金机械强度降低，粗大的wc晶粒还会导致合金断裂。然而在烧结过程中如果不能有效抑制wc晶粒长大，合金的强度与韧性明显下降。因此，制备出适当粒径的硬质合金粉末就显得至关重要。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善wc-co硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金的制备原料包括：粒径为1.4μm的wc粉末、粒径为1.3μm的co粉末、粒径<100nm的tio2、粒径为80nm的碳黑。
含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金的制备步骤为：将原料粉末按实验设计方案进行称量配料，随后将配好的混合料放入聚氨酯乙烯球磨罐中进行球磨，球磨时间为12h，球磨介质为无水乙醇，球料比为8：1。将湿磨后的浆料干燥、掺胶，然后进行制粒。将制备好的粉末在液压机上压制成型，将制好的压坯放在低压烧结炉内1450℃进行烧结，保温30min。最后，将烧结毛坯粗磨至30mm×5mm×5mm尺寸。
含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金的检测步骤为：抗弯强度测试按照采用gb/t3851-1983，维氏硬度采用维氏硬度计，断裂韧性采用压痕法，显微形貌采用sem、bse-sem。
所述的含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金，(v，ti)(c，n)粉末的添加能提升硬质合金的力学性能。其作用机理为(v，ti)(c，n)粉末的添加能够抑制硬质合金晶粒在烧结过程中的异常长大，达到细化晶粒、提高致密化的作用。
所述的含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金，(v，ti)(c，n)粉末中的ti元素添加量也会对硬质合金的力学性能产生一定的影响。ti元素的添加能够提升硬质合金的抗弯强度，但是ti元素的添加量需要控制在一个精确的范围内。若ti元素的添加量过多，则会导致合金内部残留过多杂志元素，降低硬质合金物相分布均匀度，降低硬质合金的力学性能。若ti元素的添加量过少，则对硬质合金抗弯强度的提升不达标。
所述的含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金，(v，ti)(c，n)粉末的添加也应控制在一个准确的范围内，若添加量过高，则会在合金内部留下杂质。若添加量不足，则不能够有效的抑制内部晶粒的长大，不能充分细化晶粒。当(v，ti)(c，n)粉末的添加量为1%时，所制得的硬质合金具有最佳的综合机械性能，其硬度分别提高了500mpa和1345hv30。
本发明的有益效果是：
采用wc、co、tio2、碳黑粉末为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金。其中，(v，ti)(c，n)固溶体粉末能够更好的抑制硬质合金晶粒在烧结过程中的长大，这也是制备的含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金力学性能提高的原因。所制得的含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的wc-8co硬质合金提供一种新的生产工艺。
具体实施方式
实施案例1：
含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金的制备原料包括：粒径为1.4μm的wc粉末、粒径为1.3μm的co粉末、粒径<100nm的tio2、粒径为80nm的碳黑。含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金的制备步骤为：将原料粉末按实验设计方案进行称量配料，随后将配好的混合料放入聚氨酯乙烯球磨罐中进行球磨，球磨时间为12h，球磨介质为无水乙醇，球料比为8：1。将湿磨后的浆料干燥、掺胶，然后进行制粒。将制备好的粉末在液压机上压制成型，将制好的压坯放在低压烧结炉内1450℃进行烧结，保温30min。最后，将烧结毛坯粗磨至30mm×5mm×5mm尺寸。含(v,ti)(c,n)固溶体粉末的wc-8%co硬质合金的检测步骤为：抗弯强度测试按照采用gb/t3851-1983，维氏硬度采用维氏硬度计，断裂韧性采用压痕法，显微形貌采用sem、bse-sem。
实施案例2：
采用本工艺制得的硬质合金具有相对较高的密度、抗弯强度和硬度，但断裂韧性稍低。ti原子能够有效地固溶强化粘结相，并且ti原子可以填充到合金内部的微孔中，合金中的微小孔隙常常作为裂纹源造成合金的过早断裂，因而ti原子能够有效地提高合金的密度、抗弯强度和硬度。v原子在粘接相co中的溶解性、迁移性和润湿性要优于ti原子，所以，制得的硬质合金具有相对较高的断裂韧性。
实施案例3：
采用本工艺制得的硬质合金的抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为4580mpa、2571hv30、9.43mpa·m1/2，其具有更加优异的综合机械性能。
实施案例4：
采用本工艺制得的硬质合金的晶粒尺寸更加细小。在烧结过程中，c原子和n原子因为尺寸较小，会首先溶解到粘接相中，随着温度的进一步升高，v原子逐渐扩散进入粘接相内，ti原子因为与co相的共晶温度高于v原子与co相的共晶温度，最后溶解进入co相中。
实施案例5：
未添加晶粒细化剂的硬质合金的平均晶粒尺寸约为3.7μm，而添加了晶粒细化剂的合金的晶粒尺寸约为0.2μm。在烧结过程中，小颗粒wc在粘接相中首先发生溶解，然后在大颗粒wc晶粒上的析出造成的；wc晶粒的长大主要受wc晶粒的界面能控制。晶粒细化剂能够有效地降低界面能，减缓wc的溶解析出过程，进而抑制wc晶粒的连续和不连续长大。
实施案例6：
随着细化剂中ti含量的增加，合金中wc晶粒的尺寸逐渐增大，这是因为ti原子的晶粒细化作用要差于v原子，随着细化剂中ti含量的增加，晶粒细化剂对wc晶粒长大的抑制作用减弱，合金的晶粒尺寸增加。添加了不同ti含量的晶粒细化剂的wc基硬质合金的力学性能随着ti含量的增加，wc基硬质合金的抗弯强度逐渐降低。随着晶粒细化剂中ti含量的增加，合金中wc晶粒的尺寸逐渐增大。ti原子在粘接相中的溶解性、迁移性和润湿性要差于v原子，所以随着晶粒细化剂中ti含量的增加，粘接相的润湿性变差。固溶体粉末相对于其它两种ti含量的固溶体粉末能够最大限度地提高合金的力学性能：抗弯强度为3689mpa，硬度为1748hv30，断裂韧性为11.37mpa·m1/2。
实施案例7：
固溶体粉末能够有效地提高wc-8%co硬质合金的硬度，这主要由于晶粒细化剂能够有效地阻止wc晶粒的连续和非连续长大，细化wc晶粒，提高wc基硬质合金的硬度。当加入一定量的晶粒细化剂后，合金的断裂韧性有一定程度的降低；合金的断裂韧性主要受wc晶粒的尺寸，粘接相的成分、分布及孔隙率的影响。当合金中加入一定量的晶粒细化剂后，脆性相在wc与粘接相的界面处析出聚集造成的：n元素具有显著降低v元素在co相中溶解度的作用，粘接相中过饱和的v元素与w、c原子反应，以结晶形核的方式在wc与粘接相界面形成脆性物析出，造成合金断裂韧性的降低。晶粒细化剂中ti元素的含量不超过21%时，ti元素的含量主要对wc基硬质合金的抗弯强度影响作用较大，而对合金的硬度和断裂韧性的影响作用不明显。