[发明专利]含氮硬质合金制造工艺

说明书

技术领域

 本发明涉及一种硬质合金加工工艺，尤其涉及一种含氮硬质合金制造工艺。

背景技术

在硬质合金材料中，含钽硬质合金具有极其优越的物理学性能，一直在工具材料中占主导地位。但由于资源稀少，而且是一种很重要的战略资源，价格不断上涨。目前达到2700元/KG。为了节省资源，寻找TaC的替代物是硬质合金行业长期不遗余力的课题，国内同行一直在寻找替代品。作为重要研究课题，用TiN全部或部分取代TaC是很重要的研究方向之一。TiN资源丰富，价格低廉。日本在这方面做了大量工作，据称含氮的硬着合金，其结构特征，抗弯强度及抗氧化性与含TaC的合金相当甚至更优。但由于TiN在高温下要分解，而且与合金中粘结剂金属钴的润湿性差，准确控制N含量，降低合金孔隙度是十分困难的，其批量工业生产难度很大，而且必须借助于昂贵的热等静压设备来完成，没有形成批量化生产的能力和条件。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种含氮硬质合金制造工艺，不但不需要昂贵的热等静压设备，而且合金性能优于用热等静压工艺生产的合金产品性能，在硬质合金烧结过程中，抑制了TiN的分解，同时Co对WC有良好的润湿性，极大的降低了合金的孔隙度，提高了合金强度，改善了合金力学性能，大大节约了成本，可以实现批量化生产，具有很好的实用性。

本发明的技术方案是：一种含氮硬质合金制造工艺，采用W、TiC、N₂为原料，经充分混合均匀后，在高温下发生如下反应：

2W+C+TiC+N—→2WC+TiN

W夺取TiC中的C生成WC，游离Ti与N生成TiN，组成TiCN固溶体，WC溶解在TiCN固溶体颗粒表面，将该固溶体制成固溶体粉，再将所述固溶体粉加入WC和Co，制成合金。

作为优选，制备固溶体粉的具体工艺步骤为：

（1）将W和TiC在混合器内进行充分混合均匀，然后将其放入石墨舟皿中压紧；

（2）将经过步骤（1）处理过的原料放入烧结炉中，在真空中加热至1400℃，保温30分钟，使W生成WC，然后继续升温到1550℃，充入N₂气，保温3小时以上，使TiC生成TiCN固溶体，同时，使WC溶解在TiCN固溶体颗粒表面，冷却后，在球磨机中破碎，破碎粉末经40目筛网过筛，完成固溶体粉的制备。

作为优选，所述混合器为球磨机，W和TiC在球磨机内混料1-3小时。

作为优选，将固溶体粉制成合金的具体步骤为：

（1）取10%（重量）的固溶体粉、80%（重量）的WC和10%（重量）的Co制成配料100KG，在球磨机中湿磨10-20小时；

（2）将步骤（1）中制成的料浆经320目过筛后，干燥和制粒，然后压制成型，压坯经1450℃真空烧结得到合金。

作为优选，所述制粒温度控制在30℃。

作为优选，还包括鉴定步骤，制粒后压制鉴定块，将鉴定块经1300℃-1550℃烧结，然后对鉴定块进行鉴定，鉴定项目包括硬度、孔空隙度、抗弯强度、密度和冲击试验。

作为优选，压坯经1450℃真空烧结后进行检验，然后制成合金坯件。

本发明的有益效果是：传统的生产固溶体工艺有两种，一种是以TiO₂、WC以及碳黑为原料，高温碳化。一旦有TiC生成，即生成TiWC固溶体。另一种是TiO₂、W、C为原料，由于WC生成温度低，所以首先生成WC，在更高的温度下，TiC生成。先生成的WC也将立即溶解到TiC中。如果碳化不充分，往往芯部是富WC，而外表富TiC。这种结构的固溶体，Co的润湿性差。