专利名称：：网状结构硬质合金及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种网状结构硬质合金，即微观结构具有网状形貌的硬质合金，具体涉及一种微观结构具有网状形貌的球齿用硬质合金材质及其制备方法。
背景技术：
：球齿用硬质合金，是由钴粉和碳化钨粉末通过粉末冶金方法制备的一类高性能耐磨材料，因其高的硬度、耐磨性和良好的抗冲击性能，广泛用于凿岩、钻探等领域。其性能好坏直接关系到凿岩钻头的使用效率和使用寿命。球齿用硬质合金在使用过程中，世界各国已逐渐形成了较为统一的性能标准要求，如表l所示。表1常规球齿用硬质合金的成分和性能<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>常规球齿用硬质合金的微观组织是一种均匀结构，WC颗粒在钴粘结相基体上均匀分布。该类材质制备的硬质合金球齿在中硬岩层中的使用效果较好，已取代了硬质合金钎片。但在高硬度、高致密性岩层中，往往出现不耐磨情况，使用寿命较短。美国专利US5880382公开了一种具有网状结构的硬质合金球齿用材质，该合金是在纯钴基体上分布着硬质合金团粒，因此合金的韧性较好。现场试验表明，该结构能够明显的提高硬质合金抗冲击性能，适用于要求高韧性的油田开采。但其耐磨性较低，不适宜在矿用合金领域采用。
发明内容本发明的目的是提供一种具有高耐磨性的矿用硬质合金球齿及其制备方法，该合金具有网状结构的典型形貌，适宜在高硬度、致密性岩层中使用，使用寿命能够比常规硬质合金球齿提高15%以上。本发明的网状结构硬质合金，是在硬度较低的硬质合金网状基体上分布有一定数量的另一种高硬度硬质合金团粒；所述团粒在网状结构硬质合金中所占重量比例为7090%;所述网状结构硬质合金的硬度为HRA88.591，矫顽磁力Hcll15kA/m，钴磁Com4.27.5，密度14.815.2g/cm3。所述团粒的组成是钴的重量百分比为3.56%，TaC小于2%，余量为WC;所述团粒按常规硬质合金制备方法单独压制、烧结后的硬度为HRA9092，矫顽磁力Hc为1218kA/所述网状基体的组成是钴的重量百分比为610%，TaC小于1X，余量为WC;所述基体按常规硬质合金制备方法单独压制、烧结后的硬度为HRA8789.5，矫顽磁力Hc为711.8kA/m。本发明的网状结构硬质合金，其制备方法依次包括以下步骤按照网状结构硬质合金中团粒的成分及性能要求，将原料进行配料、湿磨、干燥过筛，然后掺入成型剂、制粒，制备成团粒；按照网状结构硬质合金中网状基体的成分及性能要求，将原料进行配料、湿磨、干燥过筛，然后掺入成型剂，制备成料浆；将重量百分比为7090%的团粒与料浆混合2030min;将上述混合料在干燥箱中干燥，干燥温度8095°C;将干燥后混合物过60目筛，然后压制；最后进行烧结，形成网状结构硬质合金，烧结温度1430146(TC。本发明的网状结构硬质合金，其中硬度较高的硬质合金作为团粒，硬度较低的硬质合金作为网状基体，由于硬质合金团粒的硬度较高，因此耐磨性好，而基体的硬度低韧性好，从而达到了高耐磨性与高韧性的统一，应用于制作矿用硬质合金球齿，具有高的耐磨性，解决了硬质合金球齿在高硬度岩层使用寿命低的问题。图1是本发明的网状结构硬质合金的微观组织照片(X500)。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明作进一步描述。实施例1:球齿用网状结构硬质合金材质——F10牌号材质及其制备方法。F10牌号材质由A#材质与B#材质复合而成，用于制作球齿，其中A#材质用于制备硬质合金团粒，B"材质用于制备硬质合金基体。其成分和性能如表2所示，重量百分比为80:20。首先按照表2中A#材质的成分要求配料，采用常规硬质合金的制备方法，即配料后，在300L球磨机中进行湿磨，球料比为3:1，研磨介质为酒精，加量为300mL/kg，湿磨时间3040h;湿磨后过400目筛网，再干燥，干燥温度8095t:;干燥后过筛，然后掺入成型剂，制粒。A"材质取样烧结后的性能典型值如表2所示，烧结温度1450士1(TC。8#材质的成分要求见表2，制备工艺与上述工艺基本相同，但在掺入成型剂后形成的是料浆，不制粒B#材质取样烧结后的性能典型值如表2所示，烧结温度1450±l(TC。。将重量百分比为80:20的的A#团粒与B#料桨混合2030min;将上述混合料在干燥箱中干燥，干燥温度8095t:;将干燥后混合物过60目筛，然后压制；最后进行烧结，烧结温度1440士1(TC。其最终产品——网状结构硬质合金F10的性能典型值如表2所示。表2合金的组成及性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例2:球齿用网状结构硬质合金材质——F20牌号材质及其制备方法。F20牌号材质由^材质与W材质复合而成，用于制作球齿，其中(:#材质制备为团粒，D"材质制备成料浆。其成分和性能如表3所示，重量百分比为80:20。首先按照表3中C#的成分要求配料，采用常规硬质合金的制备方法，即配料后，在300L球磨机中进行湿磨，球料比为3:l，研磨介质为酒精，加量为300mL/kg，湿磨时间3040h;湿磨后过400目筛网，再干燥，干燥温度8095t:;干燥后过筛，然后掺入成型剂，制粒。C"取样烧结后的性能典型值如表3所示，烧结温度1450士1(TC。W材质的成分要求见表3，制备工艺与上述工艺基本相同，但在掺入成型剂后形成的是料浆，不制粒。D"取样烧结后的性能典型值如表3所示，烧结温度1450士1(TC。。将重量百分比为80:20的的A#团粒与B#料桨混合2030min;将上述混合料在干燥箱中干燥，干燥温度8095t:;将干燥后混合物过60目筛，然后压制；最后进行烧结，烧结温度1450士1(TC。其最终产品——网状结构硬质合金F20的性能典型值如表3所示。表3合金的组成及性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例3:球齿用网状结构硬质合金材质——F30牌号材质及其制备方法。F30牌号材质由E#材质与F#材质复合而成，用于制作球齿，其中E#材质用于制备硬质合金团粒，F#材质用于制备硬质合金网状基体。其成分和性能如表4所示，重量百分比为70:30。首先按照表4中E#的成分要求配料，采用常规硬质合金的制备方法，即配料后，在300L球磨机中进行湿磨，球料比为3:l，研磨介质为酒精，加量为300mL/kg，湿磨时间3040h;湿磨后过400目筛网，再干燥，干燥温度8095t:;干燥后过筛，然后掺入成型剂，制粒。A"取样烧结后的性能典型值如表4所示，烧结温度1450±10°C。Fft材质的成分要求见表4，制备工艺与上述工艺基本相同，但在掺入成型剂后形成的是料浆，不制粒。B"取样烧结后的性能典型值如表4所示，烧结温度1450±10°C。。将重量百分比为70:30的的E#团粒与F#料浆混合2030min;将上述混合料在干燥箱中干燥，干燥温度8095t:;将干燥后混合物过60目筛，然后压制；最后进行烧结，烧结温度1450士1(TC。其最终产品——网状结构硬质合金F30的性能典型值如表4所示。表4合金的组成及性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施效果试制的FIO，F20，F30材质与表1所述材质进行了现场对比试验，试验结果如表5所示。表5数据显示，网状结构新材质的合金使用寿命提高了15%以上。表5合金使用性能对比试验<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求一种网状结构硬质合金，其特征在于在硬度较低的硬质合金网状基体上分布有一定数量的另一种高硬度的硬质合金团粒；所述团粒在网状结构硬质合金中所占重量比例为70～90％；所述网状硬质合金的硬度为HRA88.5～91，矫顽磁力Hc11～15kA/m，钴磁Com4.2～7.5，密度14.8～15.2g/cm3。2.如权利要求1所述的网状结构硬质合金，其特征在于所述团粒中钴的重量百分比为3.56%，TaC小于2%，余量为WC;所述团粒按照常规硬质合金制备方法单独压制、烧结后的硬度HRA在9092，矫顽磁力Hc为1218kA/m。3.如权利要求1所述的网状结构硬质合金，其特征在于所述网状基体中钴的重量百分比为610%，TaC小于1%，余量为WC;所述网状基体按照常规硬质合金制备方法单独压制、烧结后的硬度HRA为8789.5，矫顽磁力Hc为711.8kA/m。4.如权利要求1所述的网状结构硬质合金的制备方法，依次包括以下步骤按照权利要求2所述的网状结构硬质合金中团粒的成分及性能要求，将原料进行配料、湿磨、干燥过筛，然后掺入成型剂、制粒，制备成团粒；按照权利要求3所述的网状结构硬质合金中网状基体的成分及性能要求，将原料进行配料、湿磨、干燥过筛，然后掺入成型剂，制备成料浆；将重量百分比为7090%的团粒与料桨混合2030min;将上述混合料在干燥箱中干燥，干燥温度8095t:;将干燥后混合物过60目筛，然后压制；最后进行烧结，形成网状结构硬质合金，烧结温度14301460°C。全文摘要本发明公开了一种网状结构硬质合金及其制备方法，即在硬度较低的硬质合金网状基体上分布有一定数量的另一种高硬度硬质合金团粒，团粒所占重量比例为70~90％；团粒中钴含量为3.5~6％，TaC小于2％，余量为WC，且单独压制烧结后HRA90~92，Hc12~18kA/m；网状基体中钴含量为6~10％，TaC小于1％，余量为WC，且单独压制烧结后HRA87~89.5，Hc7~11.8kA/m；网状结构硬质合金中团粒按常规工艺制粒、网状基体制备料浆，然后混合、干燥、压制、烧结，制备的网状结构硬质合金HRA88.5~91，Hc11~15kA/m，Com4.2～7.5，14.8～15.2g/cm3；用于制作硬质合金球齿，适宜在高硬度、致密性岩层中使用，寿命比常规硬质合金球齿提高15％以上。文档编号E21B10/56GK101787479SQ20101010076公开日2010年7月28日申请日期2010年1月26日优先权日2010年1月26日发明者张颢申请人:株洲硬质合金集团有限公司