[发明专利]一种复合结构硬质合金齿及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金材料制造技术领域，尤其涉及一种复合结构的硬质合金齿及其制备方法。

背景技术

硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钻具和耐磨零部件，广泛应用于机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。常规的硬质合金齿为WC相和粘结相的两相组织，其产品内外结构及机械性能是一致的，导致其高硬度、高耐磨性和高韧性不能兼得。

后期提出了梯度功能材料的概念，即通过采用低碳含量的合金先预烧结出相成分为WC+y+η相三相组织的基体材料，然后，采用固相渗碳的方法得到钴相呈梯度分布的硬质合金。这种方法制得的材料表面低钴、中间层高钴、芯部为含η相的结构，芯部η相的存在对材料的性能不可避免产生影响，且整个工艺流程控制起来相对复杂,生产成本较高。

目前国内的硬质合金齿主要包括镶嵌部位和受力部位两部分，镶嵌部位需要有高韧性的有利于固齿的性能，受力部位需要有高硬度与高耐磨性的特点，这样在切削或者钻探过程中，可以提高硬质合金齿的工作效率并提高其使用寿命。但是由于目前生产的硬质合金齿的镶嵌部位和受力部位都为同一种原料、同一种烧结工艺制成，造成硬质合金齿镶嵌部位和受力部位的高硬度、高耐磨性和高韧性不能兼得。

发明内容

本发明的目的是提供一种整体复合结构硬质合金齿及其制备方法，可兼顾硬质合金齿镶嵌部位的高韧性和受力部位的高硬度和高耐磨性，工艺方法简单、生产成本低、过程控制简单。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种整体复合结构硬质合金齿，它包括镶嵌部位1和具有工作表面的受力部位2，采用第一原料制备受力部位2，采用第二原料制备镶嵌部位1，同时镶嵌部位1与受力部位2接触的边界部位3采用第一原料制备；

其中所述第一原料为高性能的原生料，第二原料为与工作部位相同牌号的再生料或者不相同牌号的原生料；

该合金齿通过如下方法制备：将第一原料和第二原料分别装入硬质合金齿模具的上、下层中，经过脱蜡变压变温烧结得到硬质合金齿制品。

第二原料的高度h₂＜镶嵌部位的高度h。

所述不相同牌号的原生料：当第一原料为YG6原生料时，第二原料可以是YG8、YG10原生料；第一原料为YG8原生料时，第二原料可以是YG6、YG10原生料。

一种硬质合金齿的制备方法，包括如下步骤：

步骤a：将第一原料和第二原料分别进行湿磨；

步骤b：采用第一原料制备受力部位2，采用第二原料制备镶嵌部位1，同时镶嵌部位1与受力部位2接触的边界部位3采用第一原料制备；采用全自动干粉压机，通过多方位和多次送料的方式，制备出复合的整体硬质合金压坯；

步骤c：将所得整体硬质合金压坯进行脱蜡变压变温一体烧结处理得到制品；

步骤d：降温出炉；

其中所述第一原料为高性能的原生料，第二原料为与工作部位相同牌号的再生料或者不相同牌号的原生料。

在步骤b中，第一原料和第二原料分别装入硬质合金齿模具的上、下层中，压制出复合的整体硬质合金压坯。

在步骤b中，硬质合金齿模具中第二原料的硬质合金齿混合料的高度h₂略大于硬质合金受力部位的高度h。

在步骤a中，湿磨工艺参数为：搅拌球磨时间为5-7h，球磨机转速为80-100r/min。

在步骤c中，烧结工艺为压制件从室温升至400℃保温80min，然后升温至1250℃在1300Pa真空度下保温20min，继续升温至1400℃保温20min后通入氩气使得炉内压力达到2MPa，保温1h。

本发明的一种高性能复合硬质合金齿及其制备方法，改善了传统的硬质合金齿整体使用同样材质而造成的成本增加问题，可以降低生产成本30%，更适宜于大规模工业化生产应用，所生产的整体复合结构硬质合金齿具有高的硬度、耐磨性和韧性，具有较好的应用前景。

本发明的有益效果在于：

和现有的技术相比，本发明具有以下优点：

a）在不增加合金元素和新增工艺的前提下，通过机械复合+热处理的方法，改善了合金的组织结构分布，提高了综合性能；

b）解决了硬质合金齿强度、耐磨性和韧性不匹配的矛盾，成品同时具有高耐磨性和韧性。

c）原料成本降低了30%左右，低碳环保，实现了可循环利用，产品同时具有高的综合使用性能。

附图说明