[发明专利]一种非均匀结构的梯度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，具体涉及一种非均匀结构的梯度硬质合金及其制备方法。

背景技术

听硬质合金由于具有高的硬度、耐磨性、高强度，用于金属切削加工领域。随着机床和现代制造业的高速发展，对硬质合金刀具的使用寿命和刀具寿命稳定性提出了非常高的要求。如要求在高切削速度、大吃刀量、较大冲击的断续加工场合，传统的均质和双晶结构的硬质合金通常无法满足要求。目前常用的方法就是在传统的硬质合金基体刀片上提高化学涂层(CVD)方法涂涂一次硬度更高的陶瓷层，如TiC、TiN、Al₂O₃、Ti(C，N)等。但由于沉积这一类涂层物质，需要在较高的温度下进行，通常在700-1000℃，且由于硬质合金基体和涂层物质的热膨胀系数差异大，在涂层的内部和硬质合金基体与涂层间形成很多裂纹。在刀具使用过程中裂纹通过传播、扩展以及涂层脱落，最终导致刀具失效、寿命低。为解决这种现象，可以通过基体成分设计(如增加合金Co含量、采用非均匀结构)，增加硬质合金韧性，也可以通过在硬质合金基体和涂层间形成一层不含硬而脆的立方相(β相)的高韧性层，通常称这一层Co含量高于成分设计量且不含硬而脆的立方相(β相)的高韧性层为脱β层。通常称具有高韧性的脱β层硬质合金为梯度硬质合金。

采用非均匀结构硬质合金设计，如公开号CN105803288A中国专利“一种非均匀梯度硬质合金及其制备方法”则采用原始粒度为粗细两种，使得硬质合金中碳化钨晶粒分布具有双峰结构，并形成梯度结构，增加硬质合金的韧性，但因在烧结过程中需通入Ar气和冷却阶段需通入H₂气，工艺过程复杂、操作存在危险性。公开号CN1900331的中国专利“添加超细Ti(C,N)粉末以一步烧结法制备脱β相梯度硬质合金”在含Ti的P类硬质合金原料粉末中加入超细粒度的Ti(C,N)粉末，可以形成脱β相梯度硬质合金。但使用的Ti(C,N)粉末的平均粒度为0.1～0.5μm，粒度很细，市场上该粒度级别的原料获得困难、价格高、不易保管储存的缺点。又如公开号CN101974713A的中国专利“一种脱β层梯度硬质合金的制备方法”通过采用不含氮的硬质合金原料，烧结工艺采用一步烧结法，采用正常的脱蜡、脱氧工艺烧结，之后引入微压氮气使氮气与硬质合金基体中的碳化物反应合成含氮的立方相，到达梯度烧结温度后再排空氮气并转为脱氮气氛烧结(如真空)，制得梯度硬质合金。该方法虽可制得梯度硬质合金，氮气与硬质合金基体中的碳化物反应合成含氮的立方相所需时间长，故该制备方法的工艺过程复杂、工艺时间长、增加了生产成本等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可在不同烧结环境下一次烧结出具有非均匀结构梯度硬质合金材质及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种非均匀结构的梯度硬质合金，其混合料按如下重量份数配比：粗碳化钨粉40-60.5份，细碳化钨粉15-30份，(W,Ti,Ta)C粉12-15份，Ti(C_1-X,N_X)粉1-5份，其中0.3≤X≤1，钴粉8-10份，其中粗、细颗粒的碳化钨(WC)费氏粒度比为7-3:1，上述混合料中N含量为0.13-1.20％。

通过调整各组分的配比，同时进一步调整粗、细碳化钨粒度比，实现了只要混合料中N含量在0.13-1.20％范围内，均可制备出20～50um厚的脱β层的非均匀结构梯度硬质合金。

作为优选，所述粗碳化钨粉粒度为2.5-5.6μm。此粒度范围内的粗碳化钨粉所制备得到的硬质合金具有更高的韧性和强度。

作为优选，所述细碳化钨粉粒度为0.80-1.65μm。此粒度范围内的细碳化钨粉所制备得到的硬质合金堆积孔隙率更好、抗冲击能力更高。

进一步优选，上述非均匀结构的梯度硬质合金的制备方法如下：将混合料经球磨、压制、烧结后制成。

本发明具有以下优点：

1、采用含N的Ti(C_1-X,N_X)粉，无论采用0.7～4.0μm任意粒度的TiN粉、Ti(C_0.5,N_0.5)粉、Ti(C_0.7,N_0.3)粉一种或多种粉混合使用，只要混合料中N含量在0.13-1.20％范围内，均可制备出20～50um厚的脱β层的非均匀结构梯度硬质合金。