[发明专利]用于自进式锚杆钻头的铁基硬质合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金及其加工方法，更具体的说，本发明主要涉及一种用于自进式锚杆钻头的铁基硬质合金材料及其制备方法。

背景技术

自进式锚杆用钻头通常用硬质合金刃部加铸铁杆身，而硬质合金通常用钴粘接碳化钨或者碳化钛而成，而我国是一个金属钴资源缺乏的国家，因此锚杆钻头的刃部比较昂贵，而锚杆钻头属一次性消耗品且用量巨大，使得锚杆钻头的生产及使用成本提高，且原有的锚杆钻头硬质合金经焊接后需要机械加工，而机械切削加工硬质合金非常困难，因此有必要开发其他材料代替硬质合金，用新型制备方法代替机械加工硬质合金，而铁基复合材料在现代工业中应用非常广泛，如在水泥、冶金、汽车发动机零件、模具等，目前铁基合金材料的制备主要采用粉末冶金法和铸造法来实现，其中粉末冶金法就是将颗粒增强相和铁基体粉进行混合再通过烧结而成，颗粒增强相通过外加分布在基体中，存在颗粒增强相与基体结合润湿性不好，结合不牢等缺陷，并且这类合金材料在磨损过程中容易从基体脱落，铸造法制备铁基复合材料主要是将颗粒相加入到液态铁水或钢水中，通过搅拌使颗粒相分布在基体中，然后浇注到铸型中而制得，铸造法制得的铁基复合材料存在流动性差，颗粒增强相体积分数不高、分布不均等不足。原有的表面复合材料存在与基体结合不牢，颗粒增强相容易脱落等缺点。

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供用于自进式锚杆钻头的铁基硬质合金材料及其制备方法，以期望解决现有技术中金属钴使用成本较高，同类硬质合金材料颗粒增强相与基体结合性不足，以及流动性差，颗粒增强相体积分数低等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种用于自进式锚杆钻头的铁基硬质合金材料，所述硬质合金材料中以质量百分比计，包含5.7％至32.36％的W、1.12％至12.63％的V与适量的C，余量为Fe。

作为优选，进一步的技术方案是：所述硬质合金材料中以质量百分比计，C的含量为1.11％至12.264％。

更进一步的技术方案是：所述硬质合金材料中C含量总质量的3％至20％以金刚石颗粒的形式存在。

更进一步的技术方案是：所述硬质合金材料中W与V的原子数之比为1:2至2:1。

更进一步的技术方案是：所述的硬质合金材料中以质量百分比计，还包括0.1％至3％的Cu与0.1％至3.5％的Mo。

本发明另一方面提供了一种用于自进式锚杆钻头的铁基硬质合金材料的制备方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤A、根据权利要求1至5所述铁基硬质合金材料中各元素的质量百分比，计算并称取作为原料的碳化钨颗粒、五氧化二钒、胶体石墨、金刚石颗粒和铁基体预合金粉待用；

步骤B、将上一步骤中称取的原料混合后加入占原料总质量2％至3％的粘接剂，进行搅拌并造粒；

步骤C、在粒状原料中加入硬脂酸锌后，放入指定模具中压制成型，经烧结后得到铁基硬质合金材料坯块。

作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤A中加入的碳化钨颗粒与五氧化二钒的粒径均小于50微米，铁基体预合金粉中至少包括金属铁、铜与钼。

更进一步的技术方案是：所述步骤B中的粘接剂为汽油橡胶粘接剂，且步骤C中加入的硬脂酸锌占粒状原料总质量的0.3％至8％。

更进一步的技术方案是：所述步骤C中放入指定模具中压制成型的粒状原料烧结为在恒定时间内升温到500摄氏度并进行第一次保温，然后再在恒定时间内升温到1150摄氏度并进行第二次保温。

更进一步的技术方案是：所述步骤C中烧结的恒定时间均为7至13分钟，且第一次保温时间为4至8分钟，第二次保温时间为15至25分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：依据各元素成分的额定含量，将碳化钨颗粒、五氧化二钒、胶体石墨、金刚石颗粒与铁基体预合金粉均匀混合并烧结而成的铁基硬质合金，可以替代原有的金属钴粘接碳化钨制成的硬质合金制作为自进式锚杆的钻头，其刃部的硬度性能优异，具有掘进速度快且耐磨的优点，相对于前述钴粘接碳化钨制成的硬质合金来说，生产成本较低，同时本发明所提供的一种用于自进式锚杆钻头的铁基硬质合金制备工艺简单，亦可在各类自进式锚杆的钻头上使用，应用范围广阔。

具体实施方式

下面结合发明人在进行具体实验时的部分数据对本发明作进一步阐述。

实施例1