專利名稱：一種蜂窩型纖維胞狀結構硬質合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬于粉末冶金制品及制備技術領域，特別是涉及一種蜂窩型纖維胞狀結構
硬質合金及其制備方法。該材料具有良好的橫向斷裂強度、斷裂韌性、耐磨損等性能。
背景技術：
硬質合金制品在復雜的應用環境中經常損壞，如硬質合金鉆頭。損壞形式多以斷 裂、磨損、熱裂紋等為主，材料使用壽命很低，進而造成生產成本居高不下，國內外的技術人 員為提高材料的使用壽命從結構和材料方面作了大量的工作，但是為了提高材料的斷裂韌 性，同時又不降低材料的耐磨性及硬度，單純通過改變硬質合金材料中Co的含量或添加其 他一些成分已經不能滿足應用的要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種蜂窩型纖維胞狀結構硬質合金及其制備方法，采用宏 觀方法，通過反復擠壓工藝手段，得到具有微觀組織的蜂窩型纖維胞狀硬質合金復合材料， 該結構的硬質合金由于邊界為韌性好的高鈷硬質合金(或純鈷或其他材料)，故當該材料 受到沖擊時，能量可以沿著韌性好的邊界進行擴散，從而使能量得到緩沖降低，進而消失， 這樣就可以避免整個材料的失效。另一方面由于芯部為低鈷材料，故其具有較高的硬度。因 此采用此方法制備的蜂窩型纖維胞狀硬質合金復合材料具有較好的韌性的同時也具有較 高的耐磨性。 本發明提供的蜂窩型纖維胞狀硬質合金由兩種或3 5種硬質合金通過殼、核結 構制備而成的蜂窩型纖維胞狀硬質合金。 核體組元為高鈷脆性材料，如硬質合金鈷含量(重量)3% 硬質合金鈷含量8%
中的一種或2 5種；殼體組元為低鈷韌性較好的材料，硬質合金鈷含量15% 硬質合金
含量25%中的一種或2 5種或純鈷，成形劑為熱塑性塑料，如聚乙二醇單甲醚MPEG、甲氧
基聚乙二醇、石蠟或改性的礦物油等，成形劑添加量(重量比)為2_20%。 本發明提供的蜂窩型纖維胞狀硬質合金的制備工藝過程如下 (1)將核與殼，按照比例配好，將粘結劑加入，混合均勻后，利用模壓設備初次成
形，此時核為圓柱，殼為兩半環狀； (2)將核放入殼中，將兩者裝入擠壓模具內，然后將擠壓模具加熱，升溫到所需擠 壓溫度時，開始擠壓，擠壓變徑比范圍為l : 10-1 : 20，擠壓溫度為3(TC-10(TC，擠壓壓力 為150-1000MPa，得到擠壓坯； (3)將步驟(2)所制備的擠壓坯組合成一束，重新裝入擠壓模具，重復步驟(2)，經 過多次重復，得到蜂窩型纖維胞狀硬質合金擠壓坯； (4)將步驟(3)制得的蜂窩型纖維胞狀硬質合金擠壓坯，裝入真空爐祛除粘結劑， 溫度為75°C -80(TC，真空爐真空度最高為1*10—4MPa。 (5)將脫脂干凈的蜂窩型纖維胞狀硬質合金壓坯，進行熱壓燒結，升溫速度為5-30°C /min，燒結溫度為1350_1470°C，壓力為200-800MPa，保溫15-120min，隨爐降溫至 20(TC以下出爐。 本發明的優點在于，該材料具有良好的橫向斷裂強度、斷裂韌性、耐磨損等性能。 其典型特點為該硬質合金主要由兩種結構組元構成第一結構組元核(簡稱核)，為低鈷 脆性材料；第二結構組元殼(簡稱殼)，為高鈷韌性較好的材料。
圖l為核的示意圖。
圖2為殼的示意圖。
圖3為擠壓坯的示意圖。 圖4為蜂窩型纖維胞狀硬質合金擠壓坯的示意圖。
具體實施例方式
實例1以YG3為核，以YG15為殼，以聚乙二醇單甲醚MPEG為粘結劑，制備纖維蜂
窩狀胞形硬質合金，經過若干次熱擠壓，采用氫氣氣氛脫酯，脫酯溫度為75°c -so(rc，將脫
完酯后的硬質合金采用熱壓燒結，燒結溫度為144(TC，該硬質合金胞狀結構已達到微米級
別，其力學性能測試結果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗彎強度(MPa)斷裂韌性(1^ ^*^)
14.55~14.83>91>1900>14.2 實例2、以YG3為核，以YG20為殼，以石蠟為粘結劑，制備纖維硬質合金復合材料，
經過若干次熱擠壓，采用氫氣氣氛脫蠟，脫蠟溫度為75°C -800°C ，脫蠟時間為15個小時，將
脫完蠟后的硬質合金采用熱壓燒結，燒結溫度為143(TC，該硬質合金胞狀結構已達到微米
級別，其力學性能測試結果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗彎強度(MPa)斷裂韌性(MPa515^)
14.45~14.75>90.5>2100>14.9 實例3、以YG6為核，以YG20為殼，以石蠟為粘結劑，制備纖維硬質合金復合材料， 經過若干次熱擠壓，采用真空脫蠟，真空度小于100Pa，脫蠟溫度為75°C -SO(TC，脫蠟時間 為13個小時，將脫完蠟后的硬質合金采用熱壓燒結，燒結溫度為144(TC，該硬質合金胞狀
結構已達到微米級別，其力學性能測試結果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗彎強度(MPa)斷裂韌性(MPa5157^)
14.38~14.55>89>2400>15.3
權利要求
一種蜂窩型纖維胞狀結構硬質合金，其特征在于，由兩種或3-5種硬質合金通過殼、核結構制備而成的蜂窩型纖維胞狀硬質合金；核為低鈷脆性材料硬質合金鈷含量3％～硬質合金鈷含量8％中的一種或2～5種；殼為高鈷韌性較好的材料硬質合金鈷含量15％～硬質合金鈷含量25％中的一種或2～5種；成形劑為熱塑性塑料聚乙二醇單甲醚MPEG、甲氧基聚乙二醇、石蠟或改性的礦物油。
2. 根據權利要求1所述的硬質合金，其特征在于，成形劑摻入量的范圍為2-20%重量比。
3. —種制備權利要求1或2所述硬質合金的方法，其特征在于，工藝步驟為(1) 將核與殼，按照比例配好，將粘結劑加入，混合均勻后，利用模壓設備初次成形，此 時核為圓柱，殼為兩半環狀；(2) 將核放入殼中，將兩者裝入擠壓模具內，然后將擠壓模具加熱，升溫到所需擠壓溫 度時，開始擠壓，擠壓變徑比范圍為1 : 10-1 : 20，擠壓溫度為3(TC-10(TC，擠壓壓力為 150-1000MPa，得到擠壓還；(3) 將步驟(2)所制備的擠壓坯組合成一束，重新裝入擠壓模具，重復步驟(2)，經過多 次重復，得到蜂窩型纖維胞狀硬質合金擠壓坯；(4) 將步驟(3)制得的蜂窩型纖維胞狀硬質合金擠壓坯，裝入真空爐祛除粘結劑，溫度 為75°C -80(TC，真空爐真空度最高為1*10—4MPa。(5) 將脫脂干凈的蜂窩型纖維胞狀硬質合金壓坯，進行熱壓燒結，升溫速度為5-30°C / min，燒結溫度為1350-1470。C，壓力為200-800MPa，保溫15-120min，隨爐降溫至200。C以下 出爐。
全文摘要
一種蜂窩型纖維胞狀結構硬質合金及其制備方法，屬于粉末冶金制品及制備工藝。由兩種或3-5種硬質合金通過殼、核結構制備而成的蜂窩型纖維胞狀硬質合金；核為低鈷脆性材料硬質合金鈷含量3％～硬質合金鈷含量8％中的一種或2～5種；殼為高鈷韌性較好的材料硬質合金鈷含量15％～硬質合金鈷含量25％中的一種或2～5種；成形劑為熱塑性塑料聚乙二醇單甲醚MPEG、甲氧基聚乙二醇、石蠟或改性的礦物油。工藝為采用模壓工藝制備核與殼結構，然后將核、殼組合在一起，再利用多次熱擠壓工藝使之形成蜂窩纖維胞狀結構硬質合金擠壓坯，最后采用真空脫脂工藝或保護氣氛脫脂及快速熱壓燒結工藝制備而成。優點在于，該材料具有良好的橫向斷裂強度、斷裂韌性、耐磨損等性能。
文檔編號C22C1/08GK101760661SQ20091024130
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月2日 優先權日2009年12月2日
發明者丁光玉, 丁存光, 姜麗娟, 張瑞勇, 李 一, 李楠, 李紅云, 李紅印, 柳學全, 霍靜 申請人:鋼鐵研究總院