[发明专利]含轻重稀土的超细YG类硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超细硬质合金制备技术领域，特别涉及含轻重稀土复合添加的超细WC-Co 硬质合金及其制备方法。

背景技术

钨钴类(YG)硬质合金是目前国内外比较常用的硬质合金刀具采用基体材料。超细YG 类硬质合金具有优异的物理力学性能和良好的切削性能，硬度、强度和韧性高，且抗热冲击 性能好。超细YG类硬质合金的硬度和强度比含钴量相同的一般YG类硬质合金要高很多， 硬度一般在90～93HRA，抗弯强度为2000～3500MPa。因此超细晶粒硬质合金适于制造尺寸 较小的整体复杂硬质合金刀具，可大幅度提高切削速度。

稀土的添加对硬质合金性能有重要的影响。稀土可以细化晶粒，而且随着添加量的增加， 细化效果越明显。混合稀土氧化物的添加不仅可以细化WC晶粒、提高立方钴相含量和消除 不连续长大的粗晶WC颗粒，而且还可以增加硬质合金制品的宏观应力，因此硬质合金的强 度和韧性得到了显著的提高。稀土的添加会减少烧结时液相的量，相应地减少WC晶粒重结 晶的过程，抑制了WC晶粒的长大。另外，加入稀土可以减少气体的析出和孔隙的产生，这 是由于稀土与硬质合金内的O、S等杂质形成难溶化合物，净化了WC-Co的界面并且改善其 浸润性。由于稀土的添加有利于消除空隙、细化晶粒、净化界面，从而使硬质合金的抗弯强 度有很大提高，硬度略有改善，对硬质合金的性能产生重要影响。因此添加稀土为超细硬质 合金的制备方法提供了一条新的途径。

轻稀土与重稀土在对合金性能影响方面有不同的作用效果。轻稀土在烧结过程中有向合 金表面富集的趋势，在和合金内部有害元素化合的同时可将其排出合金体内部，达到降低合 金内部杂质和缺陷的效果；而重稀土则存在于合金内部，富集在晶界附近，改善晶界结合方 式，提高合金强度。

深冷处理已经广泛应用于工业生产中，对提高材料性能有很大的帮助。国内外与深冷技 术相关的专利主要集中在对钢材和传统合金的制备过程中，未见在制备超细硬质合金工艺中 使用深冷处理的专利报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的含轻重稀土复合添加的超细WC-Co硬质合金及其制备方 法，该方法制备的超细硬质合金具有高的硬度和强度，WC晶粒度细小均匀，具有良好的红 硬性和自润滑效果，适合用于高速干式切削的粗加工刀具基体。硬度最高可达HRA93，抗 弯强度最高可达3500N/mm²。

含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于硬质合金的组分为：WC硬 质相的重量占硬质合金的83％～95％，Co粘结相的重量占硬质合金的6％～15％，晶粒长大 抑制剂的重量占硬质合金的0.3％～1.5％，只添加稀土时，复合稀土添加剂的重量占硬质合金 的0.1％～0.6％。

所述的各组分原料粉末粒度为：WC粉粒度为0.4μm，Co粉粒度为1μm，晶粒长大抑制 剂粒度为1μm，各稀土添加剂粒度为2～3μm。

所述复合稀土添加剂由轻稀土La、Ce、Nd、Sm，重稀土Dy、Y中的一种或几种复合组 成；或者由La₂O₃、CeO₂、Nd₂O₃、Sm₂O₃、Dy₂O₃、Y₂O₃中的一种或几种复合组成。

所述晶粒长大抑制剂为VC、Cr₃C₂、TaC、NbC中的一种或几种复合组成。

所述的轻重稀土复合添加剂与原料粉末混合球磨前，先与Co粉混合球磨10h，以达到细 化晶粒的目的。

含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金的制备方法，其特征在于，该方法步骤为： 按重量百分比称量各种粉末原料后，将配制好的粉末原料放入高能球磨机中研磨，球料比为 6～10∶1，以酒精作为球磨介质，加入石蜡，球磨24～100h，球磨后干燥、制粒成流动性良好的 混合粉末。将混合料模压成型，压强为：100～200MPa，最后将压坯装入真空脱蜡烧结一体 炉中，采用真空烧结或真空通Ar烧结。在1360℃～1400℃保温30～90min进行烧结，烧结后 随炉冷却至室温，最后用深冷设备在-196℃下保温2小时，得到硬质合金。

本发明的有益效果为：