一种冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及金属没模具材料领域，特别是涉及一种冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料及其制备方法。

背景技术：

冷墩模具是制备紧固件类配件的必备模具。在紧固件类配件的成型过程中，冷镦模具需要承受剧烈的冲压载荷，其凹模表面承受很高的压应力，要求模具材料具有较高的强度、韧性和耐磨性。

但一般来说，同一种合金材料的韧性和耐磨性是相冲突的。一般硬度越高耐磨性越好，但强韧性越差，强韧性越好，硬度越差。

现有冷墩模具用金属材料通常为碳素工具钢或低合金冷作模具钢。这种在使用过程中不能兼顾耐磨性及韧性，导致模具的使用寿命较短。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料及其制备方法，能够解决现有冷墩模具存在的上述不足之处。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料，其包括如下重量百分比的合金组分：wc77.2～78.2%，co21.8～22.2%和cr3c20.8～1.2%，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3μm和6μm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3μm的所述wc与平均粒径为6μm的所述wc的质量比为2～2.5：1。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种冷墩模具用高韧耐磨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6～8：1，球磨时间为12～15h，所得湿磨料浆的平均粒径为2～4μm。

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，10～12mpa的压力条件下，先以3～5℃/min的升温速度从室温升至800℃，恒温保持30～60min，然后以10～15℃/min的升温速度从800℃升温至1100～1200℃，恒温保持30～60min，最后再以3～5℃/min的升温速度从1100～1200℃升温至1400～1450℃，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10～20℃/min的降温速率从1400～1450℃降温至500～600℃，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：本发明一种冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料，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在一定强度的前提下，能够兼具良好的耐磨性和韧性性，可有效防止模具在冷锻过程中破损，大大提高了模具的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料放大1500倍的金相扫描电镜图。

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：

本发明揭示了一种冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料及其制备方法，其中，所述冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料包括如下重量百分比的合金组分：wc77.2～78.2%，co21.8～22.2%和cr3c20.8～1.2%，各组分之和为100%。

其中，所述wc包括平均粒径为3μm和6μm的两种粒径尺寸的颗粒，且

平均粒径为3μm的所述wc颗粒与平均粒径为6μm的所述wc颗粒的质量比为2～2.5：1。

上述一种冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）配料：将两种粒径的wc颗粒、co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和cr3c2总质量的1/5～1/4的溶剂油，在球料比6～8：1的条件下混合研磨12～15h，得到平均粒径为2～4μm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适量低熔点石蜡，搅拌使上述湿磨料浆干燥，然后过400目筛，以滤除杂质；

（4）压制成型：将上述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：将步骤（4）中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。

具体地，所述烧结的工艺条件为：在惰性氩气气氛，10～12mpa的压力条件下，先以3～5℃/min的升温速度从室温升高至800℃，恒温保持30～60min，然后以10～15℃/min的升温速度从800℃升温至1100～1200℃，恒温保持30～60min，最后再以3～5℃/min的升温速度从1100～1200℃升温至1400～1450℃，恒温保持30～45min。

所述步骤（5）中，所述冷却的工艺条件为：在惰性氩气气氛，以及5～8mpa压力的条件下，先以10～20℃/min的降温速率从1400～1450℃降温至500～600℃，恒温保持1～2h，然后在惰性氩气气氛以及常压的条件下，自然冷却至室温。

上述方法制备的模具用高韧耐磨硬质合金材料，经测试，其物理性能如下：硬度为84～90hrd；拉伸强度为2800～3000n/mm²；密度为13～15g/cm³，断裂表面为韧性断裂。

实施例1

以配置100kg的冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料为例。

称取平均粒径为3μm的wc颗粒50kg和平均粒径为6μm的wc颗粒27.8kg，再称取co粉21.8kg，cr3c20.8kg，ni7.4kg，依次加入球磨桶中，再加入30kg溶剂油，混合研磨12h，得到平均粒径为2～4μm的湿磨料浆，然后加入适量低熔点石蜡，搅拌干燥，然后将干燥后的混合物料过400目筛，以滤除其中的杂质，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，冷却后得到所述模具用高韧耐磨硬质合金材料。

具体地，所述烧结的工艺条件为：在惰性氩气气氛，10～12mpa的压力条件下，先以5℃/min的升温速度从室温升至800℃，恒温保持60min，然后以15℃/min的升温速度从800℃升温至1100～1200℃，恒温保持30min，最后再以5℃/min的升温速度从1100～1200℃升温至1400～1450℃，恒温保持45min。

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20℃/min的降温速率从1400～1450℃降温至500～600℃，恒温保持2h，然后惰性氩气气氛，常压条件下自然冷却至室温。

上述方法制得的模具用高韧耐磨硬质合金材料，经测试，其硬度为84±0.5hrd；拉伸强度为2860n/mm²；密度为13.3±0.1g/cm³，断裂表面为韧性断裂。

本发明一种模具用高韧耐磨硬质合金材料，采用粗粒径的wc为主要原料，由于粗粒径的wc具有高韧性和耐磨等特性，且抗龟裂能力强，由其制备的模具兼具韧性和耐磨性，可以有效防止模具在冷镦过程中破损，从而大大提高了模具的使用寿命。上述方法制备的所述冷墩模具用高韧耐磨硬质合金材料放大1500倍的金相显微镜图如图1所示。

本发明一种冷墩模具用高韧耐磨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，尤其是组分用量的选择和烧结成型工艺的设计，使所制备的硬质合金材料在一定强度的前提下，能够兼具良好的耐磨性和韧性性，可有效防止模具在冷锻过程中破损，大大提高了模具的使用寿命，从而提高冷锻件的质量。

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。