[发明专利]用于采矿用旋转钻进切削钻头的硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金及其制备方法，特别涉及一种用于采矿用旋转钻进切削钻头的硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金综合了碳化物的高硬度、高耐磨性和金属粘结相足够的韧性和抗热震性能及高抗形变能力，被广泛用于现代快速采矿领域。目前国内外在采矿钻进领域所采用的材质一般为质量百分比约85-92%的WC粉末，粒度为5.0-7.9μm的WC粉和质量百分比为12%及以上Co粉，粒度为2.0-2.4μm，显微组织图见图1。经湿磨、干燥、掺胶、压制成型和烧结，最终得到成品。用此方法制得的硬质合金硬度较低，HRA：85-89，耐磨性较差，并且抗弯强度也比较低，在1850-2100MPa，抗扭折能力也较差，在钻削较硬岩层时钻具不耐磨、易折断、使用效率低等特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种硬度高、强度高、使用寿命长的用于制作采矿用旋转钻进切削钻头的硬质合金，本发明还提供了该种合金的制备方法。

本发明的技术方案如下：一种用于采矿用旋转钻进切削钻头的硬质合金，其特征在于：包括重量份数的以下组分：硬质相WC85-92份，粘接相Co7.8-15份，添加剂TaC0.5-1份，其中硬质相WC为费氏粒度为7-12μm以及0.6-2.5μm的WC的混合物，所述7-12μm的WC与0.6-2.5μm的WC的质量比为1-3:10。

作为优选：所述粘接相Co的费氏粒度为2.0-2.40μm。

作为优选：所述添加剂TaC的费氏粒度为2.0-2.4μm。

采用上述技术方案，由于选用了非均匀性WC粒度制备的新结构的旋转钻进切削钻头硬质合金，粗晶粒WC可以阻断晶间裂纹的扩展，具有高的抗冲击能力，而超细WC的特性是不仅具有很高的硬度，而且具有很高的抗弯强度。影响硬质合金力学性能最主要的因素是合金的空隙率，粗晶粒硬质合金产品由于晶粒尺寸大，晶粒间有效接触面较小，需要大量的液相Co来填充晶粒间的空隙，而采用粗晶和超细颗粒的碳化钨混合，细颗粒的碳化钨可有效增加晶粒的接触面，从而降低合金的空隙，最终提升合金的力学性能。因此非均匀性WC粒度的新结构的旋转钻进切削钻头硬质合金具备了良好的抗冲击能力、高的硬度、高抗弯强度和优良的致密性。而加入TaC的原因有三：1：在钨钴合金中固溶于钴相中的TaC原子，倾向于在WC/WC晶界偏聚，阻止WC晶粒长大。2：TaC使WC-Co二相区扩大，调宽了合金碳含量，不易造成合金缺碳而防止WC晶粒个别长大。3：TaC的加入使WC晶粒、钴相平均厚度、WC晶粒邻接度（Cwc/Cwc）都减小。由于固溶钴相中的TaC在WC/WC晶界偏聚，使晶界强度受损，故合金破裂时先从WC/WC晶界开始，其次是TaC/WC固溶体的穿晶断裂，最后才是WC晶体的穿晶断裂。因此增加TaC的合金具有独特的抗热冲击性。

本发明的关键点在于控制TaC加入量和控制粗晶WC和细晶WC之间的质量比例两个方面。本发明试验方案证明，当加入本发明的TaC的量时，硬质合金具有最优物理力学性能。当粗晶WC和细晶WC之间的质量比例在1-3:10之间时，硬质合金具有最优物理力学性能。该新结构的旋转钻进切削钻头硬质合金相比传统硬质合金物理性能显著提高。

将制得的旋转钻进切削钻头硬质合金进行性能测试，根据GB3851-83测试硬质合金的抗弯强度，从而得到抗弯强度为：≥3000MPa；根据GB7887-87测试硬质合金的洛氏硬度，从而得到洛氏硬度HRA为：91.7-92.5；根据GB3488-83标准检测硬质合金的显微组织，从而得到硬质合金的晶粒度为：0.8-12μm，显微金相组织见图2和3。

本发明的另一目的是这样实现的：一种用于采矿用旋转钻进切削钻头的硬质合金的制备方法，按照如下步骤完成：

（1）湿磨：将WC、Co、TaC按比例权利要求1的比例加入球磨桶，同时加入PEG4000和工业酒精，所述PEG4000的量为WC、Co、TaC的总质量的1%-3%，工业酒精的量按照270～330ml/kg加入，湿磨48-96小时；

（2）干燥：将湿磨后的湿料过320目筛网过滤，并在真空干燥箱中干燥，干燥温度85-95℃，真空度控制在3x10²Pa；

（3）制粒：干燥后的粉料过40目筛网，在滚筒制粒机中制粒后过30目筛网待用；

（4）压制：将步骤（3）得到的粉料在单柱液压机上压制成6.3×7.8×24mm³的B型条；