[发明专利]一种粘结相呈梯度变化的梯度硬质合金及其制备方法

说明书

一种粘结相呈梯度变化的梯度硬质合金及其制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：配制WC‑Co粉末；调节WC‑Co粉末的碳含量，以亚化学当量计算碳含量上限和下限；加入成型剂；压制成坯；脱除成型剂；真空烧结；渗碳热处理，升温至900~1200℃，对真空烧结体进行渗碳热处理，以脉冲方式通气体；升温至1275~1325℃，进行Co相迁移处理；升温至1380~1450℃，通入Ar气，保持压力为10~20毫巴；压力烧结；快速冷却至1270℃；再从1270℃冷却至室温，出炉得到梯度硬质合金。本发明的梯度硬质合金中钴含量呈梯度分布，表面的钴含量低，无渗C相，硬度高，芯部的钴含量高，不含η相，韧性高，整体性能好。

技术领域

本发明属于工具材料领域，具体涉及一种粘结相呈梯度变化的梯度硬质合金及其制备方法，本发明的梯度硬质合金尤其适用于要求合金表面耐磨性高，芯部要求韧性高的矿用柱齿、油用柱齿，切割及模具类硬质合金的制备。

背景技术

一般的WC-Co硬质合金是以碳化钨粉末为主材料，钴粉为粘接剂的合金。钴含量和碳化钨粒度决定了合金的硬度和韧性，调整这两个要素之间的比例可用于不同的领域。通常钴含量低，硬度高，耐磨性高，反之钴含量高，韧性高导致耐冲击性高而不易破碎。在相同钴含量的条件下碳化钨的粒度对硬度与韧性会带来一定的影响，碳化钨粒度越小硬度越高。现有技术中存在梯度硬质合金就是一种兼具耐磨性和韧性的硬质合金材料。

梯度硬质合金是指硬质相和粘结相在一定空间尺度上的分布呈梯度变化。由于其非均匀结构，表现出与常规均质硬质合金不同的力学性能。特别是其三明治结构，成功解决了传统硬质合金耐磨性与韧性的矛盾问题。目前市面上的梯度合金有瑞典Sandvik公司缺碳渗碳法制备的DP（英文全称Dual Property）合金和美国房志刚教授的低碳渗碳法制备的合金均已实现产品生产。然而DP合金芯部含有η相，影响合金整体性能，且制备工艺复杂，成本高，性价比低，市场未得到批量使用。中国专利CN103103371A公开了一种表面硬化的功能梯度硬质合金及其制备方法，该种功能梯度硬质合金采用低碳渗碳两步处理法制备，即软坯合金烧结成硬坯后，对硬坯合金进行再处理。这种制备方法对前端合金坯体性能及渗碳工艺、设备条件要求高，渗碳工艺控制困难，产品极易出现梯度层厚度不够、石墨相缺陷，产品存在整体稳定性、一致性差的问题。

鉴于此，有必要开发出一种不存在η相和石墨相、性能稳定的梯度硬质合金及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种粘结相呈梯度变化的梯度硬质合金及其制备方法，解决了以往梯度合金存在η相和石墨相、性能不稳定的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种粘结相呈梯度变化的梯度硬质合金的制备方法，依次包括如下步骤：

第一步，配制合金混合料，该合金混合料包括WC粉和Co粉，配制过程如下：

（1）加入WC粉和Co粉，混合均匀形成WC-Co粉末，其中，WC粉所占的质量百分含量为68~98%，Co粉所占的质量百分含量为2~32%；

（2）加入碳粉或钨粉来调节所述WC-Co粉末的碳含量，WC-Co粉末的碳含量以亚化学当量进行计算，碳含量上限为6.125%×（1-Co%），碳含量下限为6.130%×（WC%-Co%×0.26）；

（3）加入成型剂，成型剂的加入量为调节完碳含量的所述WC-Co粉末质量的1.0~3.0%；

第二步，压制成坯：

将制成的合金混合料压制成软坯合金；

第三步，脱除成型剂：

将所述软坯合金置于烧结炉中，将烧结炉中的温度从室温升温到400~600℃，保温3~10小时，脱除成型剂，得到脱脂烧结体；

第四步，真空烧结：