一种模具用高温韧性硬质合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及金属模具材料领域，特别是涉及一种模具用高温韧性硬质合金材料及其制备方法。

背景技术：

热锻模具、热挤压模具均是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下将金属坯料通过锻造或挤压模具型腔形成所要求形状的金属配件的模具。随着金属坯料材质的不同，所需要的锻造或热挤压温度也不同，因此，对热锻模具或热挤压模具自身的耐高温性能、高温下的强度和韧性要求也不同。

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和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、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，是制备热锻模具和热挤压模具的理想材料。

但目前用于热锻模具和热挤压模具的硬质合金材料大都为一般合金材料，这种合金材料在高温下的机械性能较差，在高温使用时，模具容易出现变形，产生龟裂及容易掉块等缺陷，不仅使得模具自身的使用寿命较短，也影响了用该类模具成型的产品质量。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种模具用高温韧性硬质合金材料及其制备方法，能够有效解决现有热锻模具和热挤压模具存在的上述缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种模具用高温韧性硬质合金材料，其包括如下重量百分比的合金组分：wc79.1～79.5%，co11.5～11.9%，ni7.4～7.8%和cr3c21.3～1.4%，各组分之和为100%。

在本发明一个较佳实施例中，所述wc包括平均粒径为6μm和9μm的两种粒径尺寸的颗粒。

在本发明一个较佳实施例中，平均粒径为6μm的所述wc与平均粒径为9μm的所述wc的质量比为4～5：1。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种模具用高温韧性硬质合金材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）配料：将两种粒径的wc、co、ni和cr3c2按上述配方量称取，备用；

（2）研磨混合：将上述物料依次加入球磨桶中，然后加入一定量溶剂油，混合研磨，得到一定粒径的湿磨料浆；

（3）干燥过筛：向步骤（2）中得到的湿磨料浆中加入低熔点石蜡，搅拌使上述湿磨料浆干燥，然后过400目筛，滤除杂质；

（4）压制成型：将经过筛处理后的料粒进行压制成型，得到半成品；

（5）烧结成型：将压制后的半成品放入烧结炉中，在惰性气氛条件下经高温加压烧结后，冷却得到所述模具用高温韧性硬质合金材料。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，所述溶剂油的加入量为所述wc、co、ni和cr3c2总质量的1/5～1/4；所述混合研磨的工艺条件为：球料比10：1，球磨时间为15～20h，所得湿磨料浆的平均粒径为1.5～3μm。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（5）中，所述烧结的工艺条件为：在惰性氩气气氛，10～15mpa的压力条件下，先以3～5℃/min的升温速度从室温升至500℃，恒温保持30～60min，然后以8～10℃/min的升温速度从500℃升温至1000～1100℃，恒温保持30～60min，最后再以3～5℃/min的升温速度从1000～1100℃升温至1500～1550℃，恒温保持30～45min。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（5）中，所述冷却的工艺条件为：在惰性氩气气氛，5～8mpa的压力条件下，先以15～30℃/min的降温速率从1500～1550℃降温至500～800℃，恒温保持1～2h，然后惰性氩气气氛，常压条件下自然冷却至室温。

本发明的有益效果是：本发明一种模具用高温韧性硬质合金材料，通过合理的配方设计和制备工艺的调整，使所制备的硬质合金材料具有良好的耐高温性能，其高温强度和韧性性能好，可有效防止模具在高温热锻工序或高温热挤压过程中出现变形、龟裂及掉块等现象，大大提高了模具的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种模具用高温韧性硬质合金材料放大1500倍的金相显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明实施例包括：

本发明揭示了一种模具用高温韧性硬质合金材料，其包括如下重量百分比的合金组分：wc79.1～79.5%，co11.5～11.9%，ni7.4～7.8%和cr3c21.3～1.4%，各组分之和为100%。

其中，所述wc包括平均粒径为6μm和9μm的两种粒径尺寸的颗粒，且平均粒径为6μm的所述wc与平均粒径为9μm的所述wc的质量比为4～5：1。

上述一种模具用高温韧性硬质合金材料的制备方法，其包括如下步骤：

（1）配料：将两种平均粒径的wc、co、ni和cr3c2按上述配方量称取，备用；

（2）研磨混合：将上述物料依次加入球磨桶中，然后加入占所述wc、co、ni和cr3c2总质量的1/5～1/4的溶剂油，在10：1的球料比的条件下混合研磨15～20h，得到平均粒径为1.5～4μm的湿磨料浆；

（3）干燥过筛：向步骤（2）中得到的湿磨料浆中加入低熔点石蜡，搅拌使上述湿磨料浆干燥，然后过400目筛，滤除杂质；

（4）压制成型：将经过过筛处理后的混合料粒进行压制成型，得到半成品；

（5）烧结成型：将压制后的半成品放入烧结炉中，在惰性氩气气氛下经高温加压烧结后，冷却得到所述模具用高温韧性硬质合金材料；具体的烧结工艺条件为：在惰性氩气气氛下，10～15mpa的压力条件下，先以3～5℃/min的升温速度从室温升至500℃，恒温保持30～60min，然后以8～10℃/min的升温速度从500℃升温至1000～1100℃，恒温保持30～60min，最后再以3～5℃/min的升温速度从1000～1100℃升温至1500～1550℃，恒温保持30～45min。

具体的冷却工艺条件为：在惰性氩气气氛，以及5～8mpa的压力条件下，先以15～30℃/min的降温速率从1500～1550℃降温至500～800℃，恒温保持1～2h，然后惰性氩气气氛，常压条件下自然冷却至室温。

上述方法制备的一种模具用高温韧性硬质合金材料，其可在1300℃以上的高温环境下使用，其物理性能测试如下：硬度为80～85hrd；拉伸强度为2600～3200n/mm²；密度为12～15g/cm³，断裂表面为韧性断裂。

实施例1

以配置100kg混合硬质合金材料为例。

称取平均粒径为6μm的wc颗粒62kg和平均粒径为9μm的wc颗粒15.5kg，再称取co粉21.8～22.2kg，cr3c20.8～1.2kg，ni7.4～7.8kg，依次加入球磨桶中，再加入28kg溶剂油，混合研磨20h，得到平均粒径为1.5～4μm的湿磨料浆，然后加入适量的低熔点石蜡，搅拌干燥，然后将干燥后的混合料过400目筛，以去除其中的杂质，最后按要求压制成所需形状的半成品，再经过高温加压烧结成型，冷却后得到所述硬质合金材料。

具体地，所述高温加压烧结成型的工艺条件为：在惰性氩气气氛下，10～15mpa的压力条件下，先以5℃/min的升温速度从室温升至500℃，恒温保持30min，然后以10℃/min的升温速度从500℃升温至1000～1100℃，恒温保持60min，最后再以5℃/min的升温速度从1000～1100℃升温至1500～1550℃，恒温保持45min。

具体的冷却工艺条件为：在惰性氩气气氛，5～8mpa的压力条件下，先以15℃/min的降温速率从1500～1550℃降温至500℃，恒温保持1h，然后惰性氩气气氛，常压条件下自然冷却至室温。

本发明一种模具用高温韧性硬质合金材料，采用粗颗粒的wc为主要原料，由于粗颗粒的wc是注重高韧性的低摩擦合金，其作为热锻模具材料发挥优良的特性。另外，由于粗颗粒的wc还具有较高的抗热疲劳性，可有效防止模具在高温热锻工序或高温热挤过程中出现变形、龟裂等现象，从而提高模具的使用寿命。上述方法制得的硬质合金材料放大1500倍的金相显微镜图如图1所示。

所制得的硬质合金材料经测试，其硬度为82.5±0.5hrd；拉伸强度为2800n/mm²；密度为13.42±0.1g/cm³，断裂表面为韧性断裂。

本发明一种模具用高温韧性硬质合金材料及其制备方法，通过合理的配方设计和制备工艺的调整，尤其是配方组分用量的调整和高温加压烧结成型工艺的设计，使所制备的硬质合金材料具有良好的耐高温性能，其高温下的机械强度和韧性性能优异，可以有效防止模具在高温热锻工序或高温热挤压过程中出现变形、龟裂及掉块等现象，大大提高了模具的使用寿命，也提高了采用该类模具成型的制品的质量。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。