[发明专利]一种硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，尤其涉及一种硬质合金及其制备方法。

背景技术

表层缺立方相(也称脱β层)梯度结构硬质合金是指在原料粉末中添加一定量的立方相，如TiC、TiN或固溶体碳化物(Ti,W)C、(Ta,Nb)C或固溶体碳氮化物(Ti,W)(C,N)、(Ti,Ta,Nb)(C,N)、TiCN等，将原料粉末球磨混合、压制成整体含有立方相的压坯，在烧结阶段通过改变炉内气氛使得在基体表面形成一定厚度的缺立方相的梯度层，在缺立方相中不含硬脆的立方相且Co含量高于基体平均含量，因而具有较高的韧性。以表层缺立方相的梯度结构硬质合金作为刀具基体，表面富钴层因具有较高韧性，可以吸收在化学气相沉积涂层(CVD)时由于涂层和基体之间热膨胀系数的不同而在冷却过程中产生的热应力，减缓由此引起的微裂纹向基体中的扩展，从而提高材料性能和延长切削刀具使用寿命。

公开号为EP1786954A1的欧洲专利申请公开了一种在原料粉末中添加了Ru的硬质合金，该硬质合金结构均匀，硬度和耐磨性都获得了提高，以这种硬质合金作为基体的切削刀具具有突出的切削加工性能，这是因为添加Ru之后，Ru溶解于粘结相Co中，硬质合金的塑形变形主要发生在粘结相，Ru在Co中的溶解，影响了位错运动和阻碍应力的积聚，使得粘结相得以强化。因此加入Ru之后，硬质合金的室温硬度和高温硬度得到提高，从而使得含Ru的硬质合金耐磨性和韧性得到提高。在表层缺立方相梯度结构硬质合金中，加入立方相化合物可以提高硬质合金的硬度。然而，立方相化合物虽然硬度高，但是其脆性也大，因此加入立方相化合物后硬质合金整体韧性会下降，容易产生裂纹和崩缺。表层缺立方相中粘结相含量高韧性好，但硬度偏低，抗磨损能力下降，容易产生塑性变形。表层缺立方相梯度结构硬质合金中的立方相粉末粒度较粗，在使用小于1μm的WC粉末与之混合使用时，烧结后立方相碳化物容易聚集长大，聚集成块的立方相成为合金的断裂源。

此外，现有技术中，制备的超细晶表层缺立方相梯度结构硬质合金的整体韧性不高，使梯度结构硬质合金难以应用于要求兼有高耐磨性和良好韧性的金属切削加工领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种兼具高耐磨性和良好韧性、高温硬度高的硬质合金及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种硬质合金，为表层缺立方相梯度结构硬质合金，所述表层缺立方相梯度结构硬质合金包括4.1wt.％～18.75wt.％的粘结相和81.25wt.％～95.9wt.％的硬质相，所述粘结相包括金属和Ru，所述金属的含量为4wt.％～15wt.％，所述Ru固溶于所述金属中，所述硬质相包括WC和立方相化合物，所述粘结相中所述Ru的含量n wt.％与金属的含量m wt.％之间满足：当4≤m≤8时，(0.25m-1)＜n≤0.2m；当8＜m≤15时，(0.25m-1.2)≤n≤0.25m。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述金属为Co、Ni、Fe中一种或多种。

所述立方相化合物的含量为硬质合金总质量的0.5wt.％～10.0wt.％。

所述立方相化合物包括硬质合金总质量0wt.％～5wt.％的TiC、硬质合金总质量0.05wt.％～1wt.％的TiN和硬质合金总质量0wt.％～6wt.％的(Ta，Nb)C。

所述表层缺立方相梯度结构硬质合金还包括晶粒长大抑制剂，所述晶粒长大抑制剂为VC和Cr₃C₂。

所述VC含量为硬质合金总质量的0.1wt.％～1.0wt.％，所述Cr₃C₂的含量为硬质合金总质量的0.1wt.％～1.0wt.％。

所述硬质相中WC的平均粒度为0.2μm～5.0μm，所述表层缺立方相梯度结构的厚度为5～80μm。

一种上述硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、配料；

S2、球磨混合；

S3、模压成型；

S4、烧结：

S4.1、将步骤S3中制备得到的压坯在烧结炉中脱成型剂；

S4.2、预烧结；

S4.3、继续升温至1320～1350℃，然后再烧结炉中通入20～60mbar保护气体，在保护气氛下高温烧结0.5～1h；

S4.4、待烧结炉温度升至1390～1470℃后，进入保温阶段，并通入30～120mbar保护气体；