本发明涉及一种适用于切削淬硬钢的硬质合金及其制备方法。
背景技术：
目前，硬质合金以其高硬度和高强度有着广泛的用途，目前已经取代高速钢成为金属切削加工刀具的主要材料。淬硬钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体，硬度大于HRC55的钢。它在难切削材料中占有相当大的比重。加工淬硬钢的传统方法是磨削。但为了提高加工效率，解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题，往往就需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工方法。淬硬钢在切削时有以下特点：硬度高、强度高，几乎没有塑性，这是淬硬钢的主要切削特点；切削力大、切削温度高；不易产生积屑瘤；刀刃易崩碎、磨损；导热系数低。
由于淬硬钢的切削特点，刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性，而且要有良好的强度和导热性。传统的硬质合金强度和显微硬度匹配较差，综合性能较低，尤其是合金的高温强度不高，抗热冲击和抗热塑变能力不高，不适合在高温环境下工作，大大限制了合金的应用范围，因此都不适用于切削淬硬钢。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种适用于切削淬硬钢的硬质合金，它实现了合金强度和显微硬度的良好匹配，提高了硬质合金的综合性能以及抗热冲击和抗热塑变的能力。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种适用于切削淬硬钢的硬质合金，它含有的组分及各组分重量百分比如下：
2.5～6.0％的Co粉、2.0～4.0％的TaC粉，余量为费氏粒度0.4～0.6μm的超细WC粉，总计100％。
适用于切削淬硬钢的硬质合金的组分中还添加0.2～0.5wt％的晶粒长大抑制剂。
晶粒长大抑制剂和Co粉的重量比为(0.06～0.10)：1。
所述晶粒长大抑制剂为VC+Cr3C2。
WC粉的Hcp值的范围为29～41KA/m。
本发明还提供了一种适用于切削淬硬钢的硬质合金的制备方法，方法的步骤中含有：
依次进行配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型和烧结工序；其中，湿磨的球料重量比为(4.0～5.0)：1，液固比为350～400ml/Kg，球磨时间为96～120h；烧结工序中的烧结温度为1430～1450℃。
进一步，烧结采用多气氛压力烧结。
采用了上述技术方案后，通过本发明的组分及各组分重量百分比的设计，实现了合金强度和显微硬度的良好匹配，提高了硬质合金的综合性能以及抗热冲击和抗热塑变的能力。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
配料时选用重量百分比为6.0％的Co粉，4.0％的TaC粉，余量为04型WC粉，其费氏粒度为0.42μm、Hcp值为36.5～40.5KA/m，以上组分总计100％；以无水酒精作为球磨介质，液固比为375ml/Kg，球料重量比为4.8:1,球磨时间为96小时，喷雾干燥制得混合料，模压成型后，置于压力烧结炉内以1430℃进行烧结。以PS21(尺寸为6.5×5.25×20㎜)试样条作为检验本实施例方法制备的硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为0.5μm，抗弯强度为3600MPa，硬度Hv30 1810～1910。
实施例二：
配料时选用重量百分比为5.0％的Co粉，3％的TaC粉，04型WC粉，其费氏粒度为0.5μm、Hcp值为33.5～36.5KA/m；以无水酒精作为球磨介质，液固比为375ml/Kg，球料重量比为4.8:1,球磨时间为102小时，喷雾干燥制得混合料，模压成型后，置于压力烧结炉内以1440℃进行烧结。以PS21(尺寸为6.5×5.25×20㎜)试样条作为检验本实施例方法制备的硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为0.55μm，抗弯强度为3450MPa，硬度Hv30 1840～1930。
实施例三：配料时选用重量百分比为2.5％的Co粉，3％的TaC粉，04型WC粉，其费氏粒度为0.4μm、Hcp值为36.5～41KA/m；以无水酒精作为球磨介质，液固比为400ml/Kg，球料重量比为4.8:1,球磨时间为120小时，喷雾干燥制得混合料，模压成型后，置于压力烧结炉内以1450℃进行烧结。以PS21(尺寸为6.5×5.25×20㎜)试样条作为检验本实施例方法制备的硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为0.40μm，抗弯强度为3750MPa，硬度Hv30 1910～2020。
实施例四：配料时选用重量百分比为4.0％的Co粉，2％的TaC粉，04型WC粉，其费氏粒度为0.52μm、Hcp值为31～34.0KA/m；以无水酒精作为球磨介质，液固比为400ml/Kg，球料重量比为4.8:1,球磨时间为108小时，喷雾干燥制得混合料，模压成型后，置于压力烧结炉内以1450℃进行烧结。以PS21(尺寸为6.5×5.25×20㎜)试样条作为检验本实施例方法制备的硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为0.55μm，抗弯强度为3300MPa，硬度Hv30 1860～1950。
以上实施例中，04型WC采用“紫钨工艺”制备，具体是指：1、原料为高纯度的紫色氧化物；2、最先进的回转炉还原取代传统的四管或14管还原炉，从而使得其还原温度相对较高，杂质含量大幅减少，结晶更为完整；3、惰性气体保护下的气流破碎取代机械破碎。通过这些工艺革新，“紫钨工艺”制备的04型WC结晶完整，晶界强度更好。
制备采用闭式喷雾干燥+气旋制粒，关键的原料制备过程全部在密闭环境下一步完成，增氧大为减少，最大程度上降低了人为操作因素对产品质量的影响，而且气旋制粒参数设计恒定，制备的粒子大小均分，粒度分布更窄，从而确保产品性能更为稳定。
以上实施例中还可添加0.2～0.5％的晶粒长大抑制剂。晶粒长大抑制剂和Co粉的重量比为(0.06～0.10)：1；所述晶粒长大抑制剂为VC+Cr3C2；VC指的是碳化钒。
由于选用了费氏粒度为0.4～0.6μm的“紫钨工艺”WC粉作为原料，同时采用适量TaC粉以提高合金的高温强度，通过“多气氛压力烧结”，使最终得到的本发明的硬质合金的平均晶粒度达到0.4～0.6μm，而且合金结晶完整，亚晶粒相对粗大，微观应变小，显微硬度高，其耐磨性和韧性均得到了较大程度的改善，实现了强度和显微硬度的良好匹配，抗弯强度达到了3000～4000MPa，硬度达到了Hv30 1810～2020，从而使合金综合性能大大提高，很适用于高速切削淬硬钢。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。