製取合金粉末的方法
2023-06-13 10:13:01 1
專利名稱：製取合金粉末的方法
技術領域：
本發明涉及製取合金粉末的方法，特別適用於鋼結硬質合金粉末的製取。
鋼結硬質合金(以下簡稱鋼結合金)是近三十年發展起來的一種新型材料，該材料由難熔金屬碳化物(主要是碳化鎢WC與碳化鈦TiC)作為硬質相與以鋼(或合金)為粘結相組成，它是一種新型的高壽命工模具材料。這種材料的製備，目前大多採用粉末冶金工藝方法，即硬質相粉末製備及基體金屬粉末製備經球磨機械混合及壓製成形到燒結至後續加工變成成品。因此原粉末的製備是鋼結合金生產中的主要工序之一，並直接對後續工藝和產品的質量產生影響。
原有製備鋼結合金粉末方法的主要特點是將用不同工藝方法製取的硬質相粉末與粘結相粉末通過機械混合方式而得到最終原材料粉末，在鋼結合金中作為硬質相的原材料主要是碳化鎢粉末和碳化鈦粉末，而作為粘結相的材料則為鐵粉和中間合金粉末，它們是按照不同的牌號，按一定的配比通過球磨進行混合，以得到所需的原材料混合粉末，其製備工藝流程如附圖2所示其中1、碳化鎢粉的製取工業碳化鎢通常是由鎢粉和碳黑在高溫下於氫氣中進行碳化而得，工藝流程見附圖3。
2、碳化鈦粉的製取
工業上通常由二氧化鈦和碳黑配製的爐料在高溫下於氫氣中或真空中進行碳化而得，其工藝流程見附圖4。
3、鋼基形成元素粉的製取工業生產中常用的主要方法有機械粉碎法、固體碳還原法、氣體還原法、霧化法、電解法以及羰基法等等。
生產實踐表明，現行的鋼結合金生產工藝複雜。而且由於鋼結合金需液相燒結，燒結溫度主要取決於組元的共晶溫度(即出現液相溫度)，因此對溫度很敏感，而碳化鎢系鋼結合金對燒結溫度更為敏感，由於C-Fe-W三元素的共晶溫度較低(約1250℃)，因此燒結溫度通常控制在1260-1300℃範圍，對燒結溫度偏差要求控制在±5℃範圍內，所以一般廢品率較高。生產中要求廢品率不大於5%，而實際往往超過這個指標(高達10%以上)。同時，目前一般生產提供的鋼結合金均為粗鍛坯，所以在機械加工生產過程中不可避免地會產生大量切屑，材料利用率較低，一般只達到70-80%，有時甚至為50%。
本發明的目的在於克服上述缺點、改進工藝，降低廢品率，提高材料利用率，同時使生產過程中的廢品以及切屑得到充分利用。
本發明是通過水霧化法來製取鋼結合金粉末，其主要特點是利用水霧化法將各種牌號的鋼結合金廢料及機械加工切屑經熔煉，霧化製成所需的合金粉，其成份可在熔煉過程中進行調節，進而得到所需的牌號鋼結合金粉末，使已成為廢品的材料得到利用，且其性能優於機械混合的鋼結合金粉末，其主要工藝流程如下廢料，機加工屑經加熱熔煉、水霧化及脫水、烘乾到球磨破碎經過篩而得合金粉。
下面進一步對本發明的上述工藝流程各關鍵工序作進一步說明1、加熱熔煉採用中頻感應電爐加熱，溫度控制在1300-1700℃，待爐料熔化後加入爐料重之2-3%的石灰、螢石等造渣，清除爐渣後再加入爐料重1-2%的鋁鈣粉脫氧，精煉20-30分鐘，爐料過熱度維持在150℃左右，最後用金屬鋁(用量為金屬熔液之1‰)脫氧，並加入爐料重量的1。4-2.0%高純石墨或其它增碳劑(例如木碳，碎石墨電極、無煙煤及生鐵等)。
2、水霧化將熔煉好的爐料倒入預熱至800℃以上的漏包1中進行霧化制粉。水霧化工作過程如下將熔液注入漏包，由漏包下口流入霧化罐2，在V形高壓水板交線處3被擊碎成粉末，並從導管4流下，撞在紊流器5上被緩衝並分散，較緩地落入積分罐6中。罐中由於連續噴射高壓水，其增加的多餘水量從溢流口11排出，經沉降池過濾循環使用。
3、脫水姘幹霧化後的粉末從積分罐中取出後經離心機脫水，並置於90-100℃之烘箱中在流動空氣下烘乾，時間為24-48小時，或以快速烘乾方式於400-520℃之爐中在流動空氣中烘乾，烘乾時間為2-5分鐘。
4、球磨破碎考慮到霧化後粉末的粒度等級，為了提高細粉率，對於鋼結合金粉末用球磨機破碎。球磨形式採用乾式球磨，球磨體材料因硬質相不同而異，碳化鎢系鋼結合金可採用WC-Co硬質合金球;碳化鈦系採用鋼球。球磨體直徑為10-20毫米，球料比(重量比)為2∶1，裝球量為球磨筒容積的40%，球磨時間為20-40小時。
採用本發明製取鋼結硬質合金粉末，不僅使採用傳統生產過程中的鋼結硬質合金廢料及其製品機加工切屑得以充分利用，提高了材料利用率，具有較大的經濟和社會效益。此外，由於採用的工藝比較簡單，脫氧和防脫碳辦法合理，而且快速烘乾方法既防止了氧的大幅度增加，又有較高的生產效率。
圖1為本發明所用之水霧化裝置之示意圖，圖中1為漏包、2為霧化罐、3為V形高壓水板交線、4為導管、5為紊流器、6為積分罐、7為高壓噴嘴、8為高壓水管、9為防爆口、10系清水溢流罐、11系清水溢流口、12為粉末沉降罐、13系氮氣進口、14為熔煉爐、15金屬熔液、16系所製取的霧化鋼結硬質合金粉末。
圖2及圖3、圖4分別為鋼結合金粉末原有的製備工藝流程及碳化鎢粉、碳化鈦粉的製取工藝流程。
實施例例1原材料DT40鋼結硬質合金廢料塊(WC 40%，Cr0.8%，Mo1.7%，Ni1.7%，Mn0.5%，C0.6%，其餘為Fe)8Kg;DT40切屑12Ks，共20Kg。
輔料螢石、石灰、鋁鈣粉、金屬鋁。
熔煉工藝將原材料入爐後用中頻電爐加熱，最大功率為60KW，爐料升溫到1300℃後開始熔化，待爐料熔化80%左右時加入螢石、石灰進行造渣，加入量為爐料的3%。爐料完全熔化後扒出部分爐渣，並造新渣，繼而加入鋁鈣粉脫氧精煉加入量為爐料的1%，精煉20-30分鐘。同時使熔煉溫度升至1600℃(過熱度150℃左右)最後扒渣，並用金屬鋁鈣粉進行脫氧(用量為金屬熔液1‰)。
霧化工藝漏包預熱到800℃以上，漏孔取φ7毫米。水霧化裝置為正壓密閉式，V型噴嘴，噴嘴出口壓力為6MPa，將精煉後的熔液注入漏包，最後由積分罐內取出粉末。
後續工藝霧化粉末離心脫水，離心機轉速為7000轉/分。
脫水粉末置於90-100℃之烘箱中，在流動空氣下烘乾，烘乾時間為24-48小時。
霧化粉末在圓筒形球磨機中破碎，裝料量為筒體積的1/3，磨球直徑φ10毫米，材質為硬質合金，球料重量比2∶1，球磨時間為24-48小時，球磨粉末過160目篩子後待用，篩上粉末重新球磨。
例2原材料DT40廢料塊32Kg。
輔料螢石、石灰、鋁鈣粉、金屬鋁、低碳鋼料(45＃或A3，加入量為DT40的5%)高純石墨(加入量為DT40的1.4%)。
熔煉工藝將DT40和低碳鋼料同時裝入爐中，然後加熱，並在熔煉過程中(蓋渣前)加入高純石墨塊。
造渣及精煉工藝同實施例1，熔液出爐溫度為1650℃。
霧化工藝漏包孔徑為φ6毫米，其它同上例1。
後續工藝脫水同上例1，烘乾以快速方式進行，用2-3分鐘時間通過長度300毫米、溫度為520℃液區，以推料相反方向向爐膛通入流動空氣，氣量每分鐘為1-3m3。
球磨工藝同例1。
權利要求
1.一種製取合金粉末的方法，特別適於製取鋼結硬質合金粉末，其特徵在於用水霧化法經熔煉、水霧化、脫水烘乾、球磨破碎、過篩而將各種牌號的鋼結硬質合金廢料及機械加工的切屑製成合金粉末。
2.根據權利1所述的方法，其特徵在於熔煉時採用中頻感應爐加熱，溫度為1300-1700℃，經造渣後再加入鋁鈣粉脫氧精煉20-30分鐘，加熱過熱度維持在150℃左右，最後用金屬鋁脫氧，並加佔入爐料重量1.4-2.0%的高純石墨或其它增碳劑。
3.根據權利要求1所述之方法，其特徵在於水霧化時熔煉好的爐料在預熱到800℃以上的漏包中進行霧化制粉。
4.根據權利要求1所述之方法，其特徵在於水霧化的流程為熔液注入漏包經下口流入霧化罐，經V形高壓水板擊碎成粉末，再到導管經紊流器緩衝、分散最後到積粉罐。
5.根據權利要求1所述之方法，其特徵在於硬質合金粉末經離心機脫水後，在連續烘乾爐中於400-520℃中在流動空氣中快速烘乾，烘乾時間2-5分鐘。
6.根據權利要求1所述之方法，其特徵在於球磨粉碎時，球磨體材料根據製取材料的硬度不同而異，球磨體直徑在10-20毫米之間，球料重量比為2∶1，裝置量為球磨筒容積之40%，球磨時間為20-40小時。
7.根據權利要求1及6所述之方法，其特徵在於球磨時對於碳化鎢系鋼結合金可採用WC-CO硬質合金球，對於碳化鈦系採用鋼球。
8.根據權利要求1及5所述之方法，其特徵在於經離心脫水後之粉末也可置於90-100℃之烘箱中，在流動空氣條件下烘乾，時間為24-48小時。
全文摘要
本發明涉及一種製取合金粉末的方法，特別適於製取鋼結硬質合金粉末，其特徵在於用水霧化法經熔煉、水霧化、脫水烘乾、球磨破碎、過篩而將各種牌號的鋼結硬質合金廢料及機械加工的切屑製成粉末。
文檔編號B22F9/02GK1078674SQ9210028
公開日1993年11月24日 申請日期1992年5月8日 優先權日1992年5月8日
發明者馬華農, 張振起, 徐忠立 申請人:北京粉末冶金研究所