網狀結構硬質合金及其製備方法

2023-05-04 21:11:56

專利名稱：：網狀結構硬質合金及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種網狀結構硬質合金，即微觀結構具有網狀形貌的硬質合金，具體涉及一種微觀結構具有網狀形貌的球齒用硬質合金材質及其製備方法。
背景技術：
：球齒用硬質合金，是由鈷粉和碳化鎢粉末通過粉末冶金方法製備的一類高性能耐磨材料，因其高的硬度、耐磨性和良好的抗衝擊性能，廣泛用於鑿巖、鑽探等領域。其性能好壞直接關係到鑿巖鑽頭的使用效率和使用壽命。球齒用硬質合金在使用過程中，世界各國已逐漸形成了較為統一的性能標準要求，如表l所示。表1常規球齒用硬質合金的成分和性能tableseeoriginaldocumentpage3常規球齒用硬質合金的微觀組織是一種均勻結構，WC顆粒在鈷粘結相基體上均勻分布。該類材質製備的硬質合金球齒在中硬巖層中的使用效果較好，已取代了硬質合金釺片。但在高硬度、高緻密性巖層中，往往出現不耐磨情況，使用壽命較短。美國專利US5880382公開了一種具有網狀結構的硬質合金球齒用材質，該合金是在純鈷基體上分布著硬質合金團粒，因此合金的韌性較好。現場試驗表明，該結構能夠明顯的提高硬質合金抗衝擊性能，適用於要求高韌性的油田開採。但其耐磨性較低，不適宜在礦用合金領域採用。
發明內容本發明的目的是提供一種具有高耐磨性的礦用硬質合金球齒及其製備方法，該合金具有網狀結構的典型形貌，適宜在高硬度、緻密性巖層中使用，使用壽命能夠比常規硬質合金球齒提高15%以上。本發明的網狀結構硬質合金，是在硬度較低的硬質合金網狀基體上分布有一定數量的另一種高硬度硬質合金團粒；所述團粒在網狀結構硬質合金中所佔重量比例為7090%;所述網狀結構硬質合金的硬度為HRA88.591，矯頑磁力Hcll15kA/m，鈷磁Com4.27.5，密度14.815.2g/cm3。所述團粒的組成是鈷的重量百分比為3.56%，TaC小於2%，餘量為WC;所述團粒按常規硬質合金製備方法單獨壓制、燒結後的硬度為HRA9092，矯頑磁力Hc為1218kA/所述網狀基體的組成是鈷的重量百分比為610%，TaC小於1X，餘量為WC;所述基體按常規硬質合金製備方法單獨壓制、燒結後的硬度為HRA8789.5，矯頑磁力Hc為711.8kA/m。本發明的網狀結構硬質合金，其製備方法依次包括以下步驟按照網狀結構硬質合金中團粒的成分及性能要求，將原料進行配料、溼磨、乾燥過篩，然後摻入成型劑、制粒，製備成團粒；按照網狀結構硬質合金中網狀基體的成分及性能要求，將原料進行配料、溼磨、乾燥過篩，然後摻入成型劑，製備成料漿；將重量百分比為7090%的團粒與料漿混合2030min;將上述混合料在乾燥箱中乾燥，乾燥溫度8095°C;將乾燥後混合物過60目篩，然後壓制；最後進行燒結，形成網狀結構硬質合金，燒結溫度1430146(TC。本發明的網狀結構硬質合金，其中硬度較高的硬質合金作為團粒，硬度較低的硬質合金作為網狀基體，由於硬質合金團粒的硬度較高，因此耐磨性好，而基體的硬度低韌性好，從而達到了高耐磨性與高韌性的統一，應用於製作礦用硬質合金球齒，具有高的耐磨性，解決了硬質合金球齒在高硬度巖層使用壽命低的問題。圖1是本發明的網狀結構硬質合金的微觀組織照片(X500)。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步描述。實施例1:球齒用網狀結構硬質合金材質——F10牌號材質及其製備方法。F10牌號材質由A#材質與B#材質複合而成，用於製作球齒，其中A#材質用於製備硬質合金團粒，B"材質用於製備硬質合金基體。其成分和性能如表2所示，重量百分比為80:20。首先按照表2中A#材質的成分要求配料，採用常規硬質合金的製備方法，即配料後，在300L球磨機中進行溼磨，球料比為3:1，研磨介質為酒精，加量為300mL/kg，溼磨時間3040h;溼磨後過400目篩網，再乾燥，乾燥溫度8095t:;乾燥後過篩，然後摻入成型劑，制粒。A"材質取樣燒結後的性能典型值如表2所示，燒結溫度1450士1(TC。8#材質的成分要求見表2，製備工藝與上述工藝基本相同，但在摻入成型劑後形成的是料漿，不制粒B#材質取樣燒結後的性能典型值如表2所示，燒結溫度1450±l(TC。。將重量百分比為80:20的的A#團粒與B#料槳混合2030min;將上述混合料在乾燥箱中乾燥，乾燥溫度8095t:;將乾燥後混合物過60目篩，然後壓制；最後進行燒結，燒結溫度1440士1(TC。其最終產品——網狀結構硬質合金F10的性能典型值如表2所示。表2合金的組成及性能tableseeoriginaldocumentpage4tableseeoriginaldocumentpage5實施例2:球齒用網狀結構硬質合金材質——F20牌號材質及其製備方法。F20牌號材質由^材質與W材質複合而成，用於製作球齒，其中(:#材質製備為團粒，D"材質製備成料漿。其成分和性能如表3所示，重量百分比為80:20。首先按照表3中C#的成分要求配料，採用常規硬質合金的製備方法，即配料後，在300L球磨機中進行溼磨，球料比為3:l，研磨介質為酒精，加量為300mL/kg，溼磨時間3040h;溼磨後過400目篩網，再乾燥，乾燥溫度8095t:;乾燥後過篩，然後摻入成型劑，制粒。C"取樣燒結後的性能典型值如表3所示，燒結溫度1450士1(TC。W材質的成分要求見表3，製備工藝與上述工藝基本相同，但在摻入成型劑後形成的是料漿，不制粒。D"取樣燒結後的性能典型值如表3所示，燒結溫度1450士1(TC。。將重量百分比為80:20的的A#團粒與B#料槳混合2030min;將上述混合料在乾燥箱中乾燥，乾燥溫度8095t:;將乾燥後混合物過60目篩，然後壓制；最後進行燒結，燒結溫度1450士1(TC。其最終產品——網狀結構硬質合金F20的性能典型值如表3所示。表3合金的組成及性能tableseeoriginaldocumentpage5實施例3:球齒用網狀結構硬質合金材質——F30牌號材質及其製備方法。F30牌號材質由E#材質與F#材質複合而成，用於製作球齒，其中E#材質用於製備硬質合金團粒，F#材質用於製備硬質合金網狀基體。其成分和性能如表4所示，重量百分比為70:30。首先按照表4中E#的成分要求配料，採用常規硬質合金的製備方法，即配料後，在300L球磨機中進行溼磨，球料比為3:l，研磨介質為酒精，加量為300mL/kg，溼磨時間3040h;溼磨後過400目篩網，再乾燥，乾燥溫度8095t:;乾燥後過篩，然後摻入成型劑，制粒。A"取樣燒結後的性能典型值如表4所示，燒結溫度1450±10°C。Fft材質的成分要求見表4，製備工藝與上述工藝基本相同，但在摻入成型劑後形成的是料漿，不制粒。B"取樣燒結後的性能典型值如表4所示，燒結溫度1450±10°C。。將重量百分比為70:30的的E#團粒與F#料漿混合2030min;將上述混合料在乾燥箱中乾燥，乾燥溫度8095t:;將乾燥後混合物過60目篩，然後壓制；最後進行燒結，燒結溫度1450士1(TC。其最終產品——網狀結構硬質合金F30的性能典型值如表4所示。表4合金的組成及性能tableseeoriginaldocumentpage6實施效果試製的FIO，F20，F30材質與表1所述材質進行了現場對比試驗，試驗結果如表5所示。表5數據顯示，網狀結構新材質的合金使用壽命提高了15%以上。表5合金使用性能對比試驗tableseeoriginaldocumentpage6權利要求一種網狀結構硬質合金，其特徵在於在硬度較低的硬質合金網狀基體上分布有一定數量的另一種高硬度的硬質合金團粒；所述團粒在網狀結構硬質合金中所佔重量比例為70～90％；所述網狀硬質合金的硬度為HRA88.5～91，矯頑磁力Hc11～15kA/m，鈷磁Com4.2～7.5，密度14.8～15.2g/cm3。2.如權利要求1所述的網狀結構硬質合金，其特徵在於所述團粒中鈷的重量百分比為3.56%，TaC小於2%，餘量為WC;所述團粒按照常規硬質合金製備方法單獨壓制、燒結後的硬度HRA在9092，矯頑磁力Hc為1218kA/m。3.如權利要求1所述的網狀結構硬質合金，其特徵在於所述網狀基體中鈷的重量百分比為610%，TaC小於1%，餘量為WC;所述網狀基體按照常規硬質合金製備方法單獨壓制、燒結後的硬度HRA為8789.5，矯頑磁力Hc為711.8kA/m。4.如權利要求1所述的網狀結構硬質合金的製備方法，依次包括以下步驟按照權利要求2所述的網狀結構硬質合金中團粒的成分及性能要求，將原料進行配料、溼磨、乾燥過篩，然後摻入成型劑、制粒，製備成團粒；按照權利要求3所述的網狀結構硬質合金中網狀基體的成分及性能要求，將原料進行配料、溼磨、乾燥過篩，然後摻入成型劑，製備成料漿；將重量百分比為7090%的團粒與料槳混合2030min;將上述混合料在乾燥箱中乾燥，乾燥溫度8095t:;將乾燥後混合物過60目篩，然後壓制；最後進行燒結，形成網狀結構硬質合金，燒結溫度14301460°C。全文摘要本發明公開了一種網狀結構硬質合金及其製備方法，即在硬度較低的硬質合金網狀基體上分布有一定數量的另一種高硬度硬質合金團粒，團粒所佔重量比例為70~90％；團粒中鈷含量為3.5~6％，TaC小於2％，餘量為WC，且單獨壓制燒結後HRA90~92，Hc12~18kA/m；網狀基體中鈷含量為6~10％，TaC小於1％，餘量為WC，且單獨壓制燒結後HRA87~89.5，Hc7~11.8kA/m；網狀結構硬質合金中團粒按常規工藝制粒、網狀基體製備料漿，然後混合、乾燥、壓制、燒結，製備的網狀結構硬質合金HRA88.5~91，Hc11~15kA/m，Com4.2～7.5，14.8～15.2g/cm3；用於製作硬質合金球齒，適宜在高硬度、緻密性巖層中使用，壽命比常規硬質合金球齒提高15％以上。文檔編號E21B10/56GK101787479SQ20101010076公開日2010年7月28日申請日期2010年1月26日優先權日2010年1月26日發明者張顥申請人:株洲硬質合金集團有限公司