一种表面硬化的梯度硬质合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及硬质合金制备技术领域，尤其设及一种表面硬化的梯度硬质合金及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 硬质合金是粉末冶金工艺生产的具有高耐磨、高强度W及耐腐蚀等诸多优异性能 的材料。硬质合金通常是由硬质相（WC、TiC、VC等）与合金粘结相（C。或Ni)构成，它综 合了碳化物相的高耐磨性、高硬度及金属粘结相足够的强度和初性，使其在金属切削领域 得到广泛应用。但由于目前切削加工技术逐渐向干切削、硬切削、高速化和超精密等方向发 展，对硬质合金刀具的表层性能和高温性能的要求越来越高。由于传统WC-Co硬质合金成 分、组织具有均质性，各性能间（如耐磨性与强度、硬度与初性）的矛盾难W兼顾和调整，其 工业应用的进一步推广受到了限制。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有的硬质合金因成分、组织具有均质性而导致硬质合金的耐磨性 与强度、硬度与初性等性能间存在难W兼顾和调和的矛盾，提供一种表面硬化的梯度硬质 合金及其制备方法，该表面硬化的梯度硬质合金具有比传统均质硬质合金更优化的高耐磨 性、高强度、高硬度和高初性的组合。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案。
[0005] -种表面硬化的梯度硬质合金，由W下质量百分比的各组分烧结而成；5-15%的 TiC，2-5%的TaC，10-15%合金粘结相，余量为WC;所述合金粘结相由W下质量百分比的粉 体组成；0. 5-5. 5% 的Cr，0. 5-5. 5% 的Mo,0. 5-5. 5% 的B，0. 5-5. 5% 的A1，0. 5-5. 5% 的V， 0. 5-5. 5%的Y，0. 5-5. 5%的Si,余量为Co,且合金粘结相中Cr、Mo、B、A1、V、Y和Si的质 量之和为合金粘结相质量的7-20%。
[0006] 优选的，所述合金粘结相由W下质量百分比的粉体组成；2%的化，2%的Mo, 2% 的B，2% 的A1，2% 的V，2% 的Y，2% 的Si, 86% 的Co。
[0007] 优选的，表面硬化的梯度硬质合金由W下质量百分比的各组分烧结而成；1〇%的 TiC，3 %的hC，12 %的合金粘结相，75 %的WC。
[0008]W上所述表面硬化的梯度硬质合金的制备方法，包括W下步骤：
[0009]S1、制备合金粘结相；按质量百分比分别称取化、Mo、B、A1、V、Y、Si、Co八种粉体， 将八种粉体混合均匀，得合金粘结相。
[0010] 优选的，将八种粉体置于球磨机中，用硬质合金研磨球球磨72小时，且每球磨比 就暂停球磨lOmin，得到合金粘结相。
[0011] S2、制备巧料：按质量百分比分别称取合金粘结相、TiC、TaC、WC四种组分，四种组 分组成原料粉体；按原料粉体总质量的1. 5-2. 5%称取石蜡，并将石蜡与原料粉体混合均 匀，得到巧料。
[0012] 优选的，将原料粉体和石蜡置于球磨机中，并注入有机溶剂使原料粉体和石蜡浸 没在有机溶剂中，球磨2化得浆料，使浆料干燥后得到巧料。
[0013] 优选的，所述有机溶剂为四氯化碳。
[0014]S3、压制巧体：将巧料压制成型，得巧体。
[0015] 优选的，先用压模机将巧料压制成型，得初巧体；再用冷等静压机进一步压制初巧 体，得巧体。
[0016] 优选的，用冷等静压机进一步压制初巧体时，压强为200Mpa，时间为5min。
[0017]S4、烧结；将巧体置于烧结炉中，W5-8°C/min的速度升温至1200-1250°C，保温 18-22min，并保持1(T中aW下的真空度；然后向烧结炉中充入氮气并W1-3°C/min的速度 升温至1420-1450°C，保温55-65min且保持0. 2MPaW上的压强；接着再W2-6°C/min的速 度降温至1000-1200°C，保温110-130min，并保持0. 2MPaW上的压强；再接着巧体随炉冷 却，并保持0. 2MPaW上的压强，制得表面硬化的梯度硬质合金。
[0018] 优选的，步骤S4前，还包括脱蜡和预烧结步骤，所述的脱蜡步骤是将巧体置于烧 结炉中，在还原性或惰性气氛下，在50(TCW下烧结30分钟，所述预烧结步骤是将巧体置于 烧结炉中，在惰性气体气氛下，W1400°C烧结lOmin;巧体随炉冷却后精修巧体外形。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是；本发明通过调节合金粘结相的成分使所 制备的硬质合金中WC晶粒细小、分布均匀、致密度高、梯度明显，使硬质合金表现出更优异 的力学性能，改善了硬质合金的红硬性。本发明通过调节巧料配方、烧结温度和烧结时间 等参数来控制硬质合金梯度层的成分和厚度，使硬质合金内的晶粒细小，硬质合金的表层 富立方相而贫粘结相，并且表层下还有一富合金化粘结相的过度层，从而使硬质合金具有 优异的硬度、耐磨性和初性，可用于金属的机械加工。采用预烧结和烧结两步法制备硬质合 金，有利于控制硬质合金块体的几何尺寸和精度，避免烧结形成硬质合金后再精修硬质合 金块体的外形使硬质合金的表层结构被破坏，从而破坏硬质合金的整体性能。
[0020] 使用本发明方法制备的硬质合金同时具有优异的耐磨性、强度、硬度和初性。本发 明方法对现有设备和工艺的改动不大即可生产出功能梯度硬质合金，适用于工业化生产。
【附图说明】
[0021] 图1为实施例15的表面硬化梯度硬质合金町15的截面的微观形貌图；
[0022] 图2为实施例15的表面硬化梯度硬质合金町15的截面的Co含量线扫描图；
[0023] 图3为实施例15的表面硬化梯度硬质合金町15的截面的Ti含量线扫描图；
[0024] 图4为实施例15的表面硬化梯度硬质合金町15的X畑谱图；
[00巧]图5为实施例15的表面硬化梯度硬质合金町15的截面的微观组织图。
【具体实施方式】
[0026] 为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作 进一步介绍和说明。
[0027]实施例 1-33
[0028] 实施例1-33提供一种表面硬化的梯度硬质合金，W及该种表面硬化的梯度硬质 合金的制备方法。
[0029] 实施例1-33中使用的合金粘结相的各组分质量百分比如下表1所示，用于制备表 面硬化的梯度硬质合金的各组分质量百分比如下表2所示。
[0030] 表1实施例1-33中用到的不同合金粘结相的组成
[0031]
[0033] 表2实施例1-33中用于制备表面硬化的梯度硬质合金的各组分
[0034]
[0036] 实施例1-33的表面硬化的梯度硬质合金的制备方法包括W下步骤：
[0037] (1)制备合金粘结相
[0038] 按质量百分比分别称取组成合金粘结相的粉体，将粉体置于全方位行星式球磨机 中，用硬质合金研磨球球磨72小时，且每球磨Ih就暂停球磨lOmin，使粉体混合均匀，得到 合金粘结相。
[0039] 对于实施例13的合金粘结相，直接取Co粉即可，无需球磨机球磨。
[0040] 似制备巧料
[0041] 按质量百分比分别称取合金粘结相、TiC、化C、WC四种组分，四种组分组成原料粉 体。按原料粉体总质量的1.5-2. 5%称取石蜡，将原料粉体和石蜡置于球磨机中，并注入有 机溶剂使原料粉体和石蜡浸没在四氯化碳中，球磨2化使石蜡与原料粉体混合均匀，得浆 料。然后干燥浆料，形成粉体；粉体过筛后得到巧料。
[004引做压制巧体
[004引将巧料置于自动压模机中压制成立方体的初巧体，初巧体的长约20mm，宽约20mm，高约10mm的初巧体；再用冷等静压机进一步压制初巧体，压强为200Mpa，时间为 5min，得;t丕体。
[0044] (4)预烧结
[004引将巧体置于烧结炉中，在Ar气氛下W1400°C烧结lOmin;巧体随炉冷却后精修巧 体外形，将巧体加工成长为12. 76mm，宽为12. 76mm，高为4. 76mm的长方体。在预烧结过程 中，还可W在其它惰性气体的气氛下进行烧结。
[0046] (5)烧结；将巧体置于烧结炉