一種鐵鎳基硬質合金刀具材料及其製備方法
2023-05-17 18:04:26
專利名稱：一種鐵鎳基硬質合金刀具材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及硬質合金的領域，尤其涉及一種鐵鎳基硬質合金刀具材料及其製備方法。
背景技術：
隨著人類生活水平的不斷提高，對資源的需求也不斷增長，而資源的作業成本以及在愈加困難的巖層中開闢所帶來的新問題，帶來了對刀具的抵抗破裂和疲勞斷裂的強度、韌性和耐磨性等各方面越來越高的要求，由此，對具有高硬度又具有高強度的耐磨材料以及新部件、新刀具，適應極端條件下的刀具提出了更高的要求，傳統的硬質合金由於強度和硬度高、耐磨性好、紅硬性好、熱膨脹係數小、彈性模量高以及化學穩定性好等一系列優良性能，其廣泛應用於各種刀具上。然而，傳統硬質合金使用了大量的貴重戰略資源Co，加劇了資源和環境的緊張局面，世界Co儲量為450萬噸，且分布主要集中在政局動蕩的薩伊和尚比亞(兩國的Co產量佔世界的63%)以及俄羅斯。我國Co資源缺乏，目前已探明Co儲量56. 30萬噸。我國是目前世界最大的硬質合金生產與消費國，佔世界的1/3，年消耗Co約1350t。因此每年需要花大量外匯進口 Co，但Co的供貨與需求情況複雜，很不穩定(中非政局動蕩，供貨困難； 俄羅斯經濟不穩定，出口前景不明朗)，致使Co的價格波動幅度較大。而且據報導，肺癌與吸入含Co的粉末有關。因此硬質合金行業希望降低Co的用量和尋找Co的代替品。而通過研究，鐵和鎳與Co同屬鐵族金屬，它們的密度，熔點，原子半徑相近，物理、 化學性能相近，都能很好的潤溼WC硬質相，而且鐵和鎳的儲量比Co豐富得多，在近期研究中，發現了不少鐵和鎳替代Co來製造硬質合金的技術，而通過研究，在工藝製造中，將鐵和鎳摻入硬質合金製造中也是可以實現的，而如何來選擇鐵和鎳的含量，以及採用何種工藝進行製造，均對硬質合金的最終製品產生深厚的影響。儘管進行了一些研究，但目前鐵和鎳來代替Co的硬質合金主要在耐磨零件，礦山工具等領域或其他要求不高的場合得到了有限的應用。而鐵和鎳代替Co的硬質合金在硬度與耐磨性上與傳統硬質合金還存在一定的差距，這樣的差距使得它在使用時受到限制。本發明的設計者通過長期研究和試驗，發現了一種鐵鎳基硬質合金刀具材料及其製備方法，能克服現有技術中的缺陷。
發明內容
本發明的目的在於提供一種鐵鎳基硬質合金刀具材料及其製備方法，該硬質合金能克服現有技術中的缺陷，採用了鐵鎳基替代Co，該材料和方法得到的刀具具有硬度高和韌性好的優點，其優良效果足以媲美現有的含Co的硬質合金材料。為實現上述目的，本發明公開了一種鐵鎳基硬質合金刀具材料，該鐵鎳基硬質合金材料採用了 TiC或WC作為基質，以羥基鐵粉和/或羥基鎳粉作為粘結劑，以TaC、VC中一種或者多種為晶粒抑制劑，以Cr3C2作為增硬劑，其特徵在於材料的重量百分比如下
基質82-86 %，羥基鐵粉和/或羥基鎳粉6-10% ；晶粒抑制劑7-8% ；增強劑 1-2%。其中，僅採用羥基鐵粉作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :82-84%，羥基鐵粉8-10% ；晶粒抑制劑7-8% ；增強劑1~2%0其中，僅採用羥基鎳粉作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :84-86%，羥基鎳粉6-8% ；晶粒抑制劑7~8% ；增強劑1~2%0其中，採用羥基鐵粉和羥基鎳粉的混合作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :83-85%，羥基鐵粉3~4% ；羥基鎳粉4~5% ；晶粒抑制劑7~8% ；增強劑:l-2%0還公開了一種鐵鎳基硬質合金刀具材料的製備方法，其特徵在於，包括如下工藝步驟1)初加工按組成稱取原料，將按比例稱取的各原料進行溼磨，通過滾筒式球磨機進行，溼磨介質為無水乙醇，研磨球為WC-Swt % Co硬質合金球；2)乾燥在真空乾燥箱中，將初加工後的漿料進行乾燥，乾燥條件優選在80 100°C、真空度0 -0. 33Pa下乾燥6 10小時；3)裝料將乾燥好的粉料放入燒結模具中壓緊；4)燒結在燒結爐中進行燒結、成型，通過真空燒結爐中進行燒結操作。通過上述結構，本發明的鐵鎳基硬質合金刀具材料及其製備方法。具有以下技術效果(1)塑性較好，製造中容易成型，降低了製造難度和成本；(2)採用了羥基粉末，避免了製造中的晶粒聚集，能獲得較為均勻的粘結分布；(3)通過材料的配合，提供了優良的鐵鎳基的摻雜，從而提高了硬質合金的強度和斷裂韌性；(4)使用壽命較長，製造簡單，所製造的硬質合金材料同時具有高的硬度、強度和韌性，可用於高性能加工切削刀具、模具。本發明將通過下面的具體實施例進行進一步的詳細描述。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明的技術方案進行進一步說明。本發明提出了一種鐵鎳基硬質合金刀具材料及其製備方法，該鐵鎳基硬質合金材料採用了 TiC或WC作為基質，以羥基鐵粉和/或羥基鎳粉作為粘結劑，以TaC、VC中一種或者多種為晶粒抑制劑，以Cr3C2作為增硬劑，其中材料的重量百分比如下基質82-86 %，羥基鐵粉和/或羥基鎳粉6-10% ；晶粒抑制劑7-8% ；增強劑 1-2%。其中優選的是，可僅採用羥基鐵粉作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :82_84%，羥基鐵粉8-10% ；晶粒抑制劑7~8% ；增強劑1~2%0其中優選的是，可僅採用羥基鎳粉作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :84-86%，羥基鎳粉6-8% ；晶粒抑制劑7~8% ；增強劑1~2%0其中優選的是，可採用羥基鐵粉和羥基鎳粉的混合作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :83_85%，羥基鐵粉3_4% ；羥基鎳粉4_5% ；晶粒抑制劑7_8% ；增強劑:l-2%0其中，本發明的細晶粒WC基硬質合金材料所述製備方法，包括如下工藝步驟和內容1)初加工按組成稱取原料，將按比例稱取的各原料進行溼磨，優選的通過滾筒式球磨機進行，溼磨介質為無水乙醇，研磨球為WC-Swt % Co硬質合金球；2)乾燥在真空乾燥箱中，將初加工後的漿料進行乾燥，乾燥條件優選在80 100°C、真空度0 -0. 33Pa下乾燥6 10小時；3)裝料將乾燥好的粉料放入燒結模具中壓緊；4)燒結在燒結爐中進行燒結、成型，優選真空燒結爐中進行燒結操作。實施例1 本發明實施例的鐵鎳基硬質合金刀具材料的製造方法和工藝流程如下1)初加工按組成稱取原料，其原料為WC :83%，羥基鐵粉9% ；晶粒抑制劑(TiC) -J% ；增強劑(Cr3C2) 1% ；將按比例稱取的原料加入滾筒式球磨機進行溼磨；2)乾燥在真空乾燥箱中，將初加工後的漿料進行乾燥，乾燥條件為90°C、真空度-0. 2Pa下乾燥8小時；3)裝料將乾燥好的粉料放入燒結模具中壓緊；4)燒結在燒結爐中進行燒結、成型，通過真空燒結爐中進行燒結操作。本實施例1所製備的細晶粒WC基硬質合金的數據如下晶粒度1.8-2. 0 μ m，硬度93HRA，抗彎曲強度 1800MPa。實施例2:本發明實施例的細晶粒WC基硬質合金的製造方法和工藝流程如下1)初加工按組成稱取原料，其原料為TiC :84%，羥基鎳粉；晶粒抑制劑(TiC) 8% ；增強劑(Cr3C2) 1% ；將按比例稱取的原料加入滾筒式球磨機進行溼磨；2)乾燥在真空乾燥箱中，將初加工後的漿料進行乾燥，乾燥條件為90°C、真空度-0. 2Pa下乾燥8小時；3)裝料將乾燥好的粉料放入燒結模具中壓緊；4)燒結在燒結爐中進行燒結、成型，通過真空燒結爐中進行燒結操作。本實施例1所製備的細晶粒WC基硬質合金的數據如下晶粒度1.6-1. 8 μ m，硬度92HRA，抗彎曲強度 1654MPa。實施例3:本發明實施例的細晶粒WC基硬質合金的製造方法和工藝流程如下1)初加工按組成稱取原料，其原料為TiC :84% ；羥基鐵粉3% ；羥基鎳粉4% ；晶粒抑制劑(TiC) ；增強劑(Cr3C2) 1% ；將按比例稱取的原料加入滾筒式球磨機進行溼磨；
2)乾燥在真空乾燥箱中，將初加工後的漿料進行乾燥，乾燥條件為90°C、真空度-0. 2Pa下乾燥8小時；3)裝料將乾燥好的粉料放入燒結模具中壓緊；4)燒結在燒結爐中進行燒結、成型，通過真空燒結爐中進行燒結操作。本實施例1所製備的細晶粒WC基硬質合金的數據如下晶粒度1.6-1. 8 μ m，硬度95HRA，抗彎曲強度 1912MPa。本發明的鐵鎳基硬質合金刀具材料及其製備方法。具有以下技術效果(1)塑性較好，製造中容易成型，降低了製造難度和成本；(2)採用了羥基粉末，避免了製造中的晶粒聚集，能獲得較為均勻的粘結分布；(3)通過材料的配合，提供了優良的鐵鎳基的摻雜，從而提高了硬質合金的強度和斷裂韌性；(4)使用壽命較長，製造簡單，所製造的硬質合金材料同時具有高的硬度、強度和韌性，可用於高性能加工切削刀具、模具。顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發明的公開內容、應用或使用。雖然已經在實施例中描述過，但本發明不限制在實施例中描述的作為目前認為的最佳模式以實施本發明的教導的特定例子，本發明的範圍將包括落入前面的說明書和所附的權利要求的任何實施例。
權利要求
1.一種鐵鎳基硬質合金刀具材料，該鐵鎳基硬質合金材料採用了 TiC或WC作為基質， 以羥基鐵粉和/或羥基鎳粉作為粘結劑，以TaC、VC中一種或者多種為晶粒抑制劑，以Cr3C2 作為增硬劑，其特徵在於材料的重量百分比如下基質82-86%，羥基鐵粉和/或羥基鎳粉6-10%;晶粒抑制劑7-8%;增強劑1-2%。
2.如權利要求1所述的細晶粒WC基硬質合金材料，其特徵在於，僅採用羥基鐵粉作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :82-84%，羥基鐵粉8-10% ；晶粒抑制劑7-8% ；增強劑1~2%0
3.如權利要求1所述的細晶粒WC基硬質合金材料，其特徵在於，僅採用羥基鎳粉作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :84-86%，羥基鎳粉:6-8% ；晶粒抑制劑7~8% ；增強劑1~2%0
4.如權利要求1所述的細晶粒WC基硬質合金材料，其特徵在於，採用羥基鐵粉和羥基鎳粉的混合作為粘結劑，其中材料的重量百分比如下TiC或WC :83-85%，羥基鐵粉3-4% ；羥基鎳粉4~5% ；晶粒抑制劑7~8% ；增強劑 1-2%。
5.如權利要求1或2或3或4所述的鐵鎳基硬質合金刀具材料的製備方法，其特徵在於，包括如下工藝步驟1)初加工按組成稱取原料，將按比例稱取的各原料進行溼磨，通過滾筒式球磨機進行，溼磨介質為無水乙醇，研磨球為WC-8Wt% Co硬質合金球；2)乾燥在真空乾燥箱中，將初加工後的漿料進行乾燥，乾燥條件優選在80 100°C、 真空度0 -0. 33Pa下乾燥6 10小時；3)裝料將乾燥好的粉料放入燒結模具中壓緊；4)燒結在燒結爐中進行燒結、成型，通過真空燒結爐中進行燒結操作。
全文摘要
一種鐵鎳基硬質合金刀具材料，該鐵鎳基硬質合金材料採用了TiC或WC作為基質，以羥基鐵粉和/或羥基鎳粉作為粘結劑，以TaC、VC中一種或者多種為晶粒抑制劑，以Cr3C2作為增硬劑，材料的重量百分比如下基質82-87％，羥基鐵粉和/或羥基鎳粉6-10％；晶粒抑制劑7-8％；增強劑1-2％，該硬質合金能克服現有技術中的缺陷，採用了鐵鎳基替代Co，該材料和方法得到的刀具具有硬度高和韌性好的優點，其優良效果足以媲美現有的含Co的硬質合金材料。
文檔編號C22C29/10GK102433485SQ20111022057
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者李梁 申請人:四川歐曼機械有限公司