硬質合金的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種硬質合金，包括硬質相和Co粘結相，其中Co粘結相中主要含有Cr或/和Mo，并且Co粘結相中不含Ni。本發明的硬質合金采用不含Ni的Co粘結相，通過在不含Ni的Co粘結相里添加Cr和/或Mo元素，Co粘結相HCP轉為FCC相變點增加，可防止Co粘結相在溫度升高時HCP轉變成FCC相變后體積膨脹及變軟而引起的Co相流失，從而大大提高硬質合金的切削性能與使用壽命。
【專利說明】
硬質合金
技術領域
[0001] 本發明設及一種在高溫下仍具有較好的切削性能和力學性能的硬質合金。
【背景技術】
[0002] 硬質合金是W高硬度難烙金屬的碳化物（如碳化鶴WC、碳化鐵TiC)微米級粉末為 主要成分（即作為硬質相），W鉆(Co)為粘結相，輔W抑制相，在真空爐或氨氣還原爐中燒結 而成的粉末冶金制品。而目前用于刀具、模具等技術領域的硬質合金材料，主要Wwc或其它 碳化物作為硬質相，WCo作為粘結相，比如主要化學成分為WC-Co、WC-TiC-Co ,WC-TiC-^C-Co配方的硬質合金等。如圖1所示，硬質合金中Co粘結相在溫度低于430°C時為密排六方結 構化CP結構），原子排列比較緊密，密度較高；當溫度高于430°C時為面屯、立方結構(FCC結 構），此時原子排列比較松散，密度突然下降，體積劇烈膨脹(約1.35% )。所W在切削加工過 程中由于摩擦發熱至400°C W上時或者高溫下時Co粘結相會由低溫下的密排六方結構化CP 相)轉變為面屯、立方結構(FCC相），造成粘結相體積膨脹、變軟(測試數據如圖2所示），粘結 相流失(Co粘結相流失機理示意圖如圖3所示），并極大地降低了硬質合金在高溫下的切割 性能與機械性能，并且運些特點在2007年28卷第5期出版的《材料熱處理學報》中的第105-110頁"硬質合金強度隨溫度的變化及失效機理的研究"中也報道過;而如何提高Co粘結相 的運一相變點，W提高硬質合金高溫下的切削性能和力學性能是關系到硬質合金更廣泛應 用的難題。目前研究人員大多集中在Co粘結相基體中加入Ni等元素來穩定FCC結構，運樣會 導致該相變點降低，雖然室溫下硬質合金的硬度、切削性能較好，但溫度升高后，FCC相由于 滑移系較多，容易變軟，硬質合金切削性能仍會急劇下降，例如中國專利公開號CN 103173673 A中公開了在Co-Ni合金做粘結劑的硬質合金體系中提出通過添加劑來對Co-Ni 粘結相進行改善，減緩粘結相在室溫下的消耗，W延長了硬質合金的使用壽命，但由于粘結 相中含有大量的儀，使FCC轉為HCP相變點較純Co更低，粘結相在更低溫度下轉變為FCC相， 隨溫度的升高迅速變軟，大大降低了硬質合金高溫下的切削性能。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種在高溫下仍具有較好 的切削性能和力學性能的硬質合金。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：
[0005] -種硬質合金，包括硬質相和Co粘結相，其中Co粘結相中含有化或/和Mo。優選的， 所述Co粘結相中不含Ni。所述Co粘結相中不含有Ni等會降低HCP轉化為FCC相變點的元素； Co粘結相中含有化或/和Mo,可W提高該相變點，保證粘結相在高溫下仍然為HCP結構，提高 硬質合金的切削性能與力學性能。
[0006] 上述的硬質合金，優選的，所述Co粘結相中化的質量含量為0%~29% ,Mo的質量 含量為0%~5%，其余為Co。進一步優選的，所述Co粘結相中化的質量含量為2%~20% ,Mo 的質量含量為1 %~5 %，其余為Co。
【申請人】通過研究發現，在粘結相中加入一定量的化和Mo 能夠有助于抑制Co的HCP相向FCC相轉變，減少粘結相與加工材料的反應，從而達到減緩其 損耗的要求。但是粘結相中加入&和/或Mo過多會與Co發生反應，形成脆性的0相或Tl相，加 入的化和/或Mo過少，卻達不到抑制Co相轉變的要求。
[0007]上述的硬質合金，優選的，所述粘結相的質量占硬質合金質量的為5%~25%。
[000引上述的硬質合金，優選的，所述硬質相主要為WC或TiC或二者的混合物。也可W為 其它可作為硬質合金硬質相的一種或多種金屬碳化物。
[0009] 上述的硬質合金，優選的，所述硬質合金的制備過程包括為:先按照各元素含量進 行配料，再依次進行球磨、制粒、燒結，最后在粘結劑的相變點溫度下時效5-24小時。燒結后 的硬質合金在相應的粘結相相變點溫度下時效5-24小時，可W使粘結相全部轉變為HCP結 構，一方面由于HCP結構具有更小的體積，可保證粘結相對硬質相的更好包覆，提高硬質相 與粘結相的結合強度，同時使HCP結構的粘結相具有更高的力學性能，全面提高硬質合金的 切削性能與力學性能。
[0010] 上述的硬質合金，優選的，所述燒結溫度高于1300°C，達到燒結溫度后的保溫時長 不低于30min。
[0011] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0012] (1)本發明的硬質合金采用不含Ni的Co粘結相，通過在不含Ni的Co粘結相里添加 Cr和/或Mo元素，Co粘結相肥P轉為FCC相變點增加，可防止Co粘結相在溫度升高時肥P轉變 成FCC相變后體積膨脹而引起的Co相流失，從而大大提高硬質合金的使用壽命。
[0013] (2)本發明的硬質合金通過在不含Ni的Co粘結相里添加化和/或Mo元素，可W大大 提高力學性能好的Co粘結相的HCP相在高溫下的穩定性，極大改善硬質合金的高溫切削性 和硬度。
[0014] (3)本發明通過在不含Ni的Co粘結相里添加化和/或Mo元素，可W大大提高Co粘結 相與硬質相的潤濕性，提高硬質合金燒結性能。
[0015] (4)本發明通過在不含Ni的Co粘結相里添加化和/或Mo元素，由于CinMo在Co內的 固溶強化，可W大大提高Co粘結相的力學性能，提高硬質合金的硬度與切削性能。
[0016] (5)本發明的硬質合金相比于未添加硬質合金的硬度，其在室溫下可W提高10-50HV，抗彎強度提高50-500MPa，在高溫下(400°CW上)硬度可W提高20-40HV。
【附圖說明】
[0017] 圖1是現有技術中硬質合金Co粘結相在不同溫度下的晶體結構。
[0018] 圖2是現有技術中硬質合金Co粘結相超過400°C時相變體積膨脹過程的測試圖。
[0019] 圖3是現有技術中硬質合金Co粘結相發生相變導致Co粘結相流失的機理示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了便于理解本發明，下文將結合較佳的實施例對本發明作更全面、細致地描述， 但本發明的保護范圍并不限于W下具體的實施例。
[0021] 除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解的含義 相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發明 的保護范圍。
[0022] 除有特別說明，本發明中用到的各種試劑、原料均為可W從市場上購買的商品或 者可W通過公知的方法制得的產品。
[0023] 本發明的硬質合金，包括硬質相和Co粘結相，其中，Co粘結相中含有化和/或Mo;而 硬質相主要包括WC或TiC或二者的混合物，硬質相的平均粒徑小于1.2WI1。本發明的硬質合 金的制備過程包括:先按照各元素含量進行配料，再依次進行球磨、制粒、燒結，其中硬質 相、粘結相的燒結溫度高于1300°C，達到燒結溫度后的保溫時長不低于30min;燒結后依照 不同粘結相的相變點，在相變溫度下實行時效處理(時效時間5-24小時），W獲取全部HCP相 的粘結相，提高硬質合金的高溫切削性能。
[0024] 本發明的各個實施例中硬質合金的粘結相成分及性能見表1和表2所示(注:表1中 的Mo和&含量是指其占粘結相的質量分數，WC含量是指其占硬質合金材料的質量分數；由 于目前無高溫下耐磨性測試設備，表2中硬質合金的耐磨性與使用壽命是在室溫下根據 ASTM G65標準來測量的）。
[0025] 表1各個實施例和對比例的硬質合金的粘結相成分及室溫性能 [00261
[i
[0028]表2本發明不同實施例中的硬質合金在不同溫度下的硬度
[0029]
[0030] 由表1和表2的實驗數據可知，本發明的硬質合金相比于現有技術的硬質合金(對 比例1-4)，室溫下抗彎強度提高100-400MPa，室溫下耐磨性提高1-6倍，室溫下使用壽命提 高2-7倍;在高溫下(400°CW上)硬度可W提高10-20HRA。由此可見，本發明在Co粘結相的基 礎上，通過添加適量的化和/或Mo元素，提高了Co粘結相HCP轉為FCC的相變點，使粘結相在 高溫下仍保持為HCP相，并由于該相滑移系較少，硬度高，保證了硬質合金在高溫下的力學 性能與高切削性能，同時，由于該相變得到抑制，可防止HCP相轉為FCC相變引起的體積膨脹 而使鉆相流失，從而可保證硬質合金的具有優異的切削性能與較長的使用壽命。
【主權項】
1. 一種硬質合金，其特征在于，包括硬質相和Co粘結相，其中Co粘結相中含有Cr或/和 Mo〇2. 如權利要求1所述的硬質合金，其特征在于，所述Co粘結相中不含Ni。3. 如權利要求1所述的硬質合金，其特征在于，所述Co粘結相中Cr的質量含量為0 %~ 29%，Mo的質量含量為0%~5%，其余為Co。4. 如權利要求1所述的硬質合金，其特征在于，所述Co粘結相中Cr的質量含量為2 %~ 20%，Mo的質量含量為1%~5%，其余為Co。5. 如權利要求1所述的硬質合金，其特征在于，所述Co粘結相的質量占硬質合金質量的 百分數為5 %~25 %。6. 如權利要求1~5任一項所述的硬質合金，其特征在于，所述硬質相主要為WC或TiC或 二者的混合物。7. 如權利要求1~5任一項所述的硬質合金，其特征在于，所述硬質合金的制備過程包 括為:先按照各元素含量進行配料，再依次進行球磨、制粒、燒結，最后在粘結劑的相變點溫 度下時效5-24小時。8. 如權利要求7所述的硬質合金，其特征在于，所述燒結溫度高于1300°C，達到燒結溫 度后的保溫時長不低于30min。
【文檔編號】C22C29/06GK105861903SQ201610367856
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】李云平
【申請人】中南大學