CN102644001A - 一种添加稀土的硬质合金涂层基体 - Google Patents
一种添加稀土的硬质合金涂层基体 Download PDFInfo
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一种添加稀土的硬质合金涂层基体，它涉及稀土硬质合金工艺技术领域。它将81-86.8％的WC粉末、6-8％的钴粉、3-4％的TiCN、4-6％的钽铌固溶体(TaC∶NbC＝6∶4)和0.2-1％的稀土进行配比后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机，同时加入原料总质量4.0-4.5％的成型剂及0.5-1.0％的表面活化剂，累计的球磨时间为：72-120小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结。它以稀土-钴中间合金粉末的形态加入，既能保证稀土在硬质合金中得分散均匀性，又能有效防止稀土氧化，达到稀土净化界面，强化合金的目的。
Description
技术领域：
本发明涉及稀土硬质合金工艺技术领域，具体涉及一种添加稀土的硬质合金涂层基体。
背景技术：
稀土在硬质合金中的分散问题与硬质合金混合料干燥工艺过程中稀土的氧化问题是从事稀土硬质合金研究的工作者所遇到的普遍问题，也是造成稀土硬质合金性能不稳定的主要原因。以氧化物的形式加入，则稀土已很稳定，很难发生其它反应，净化界面的效果基本上很小或不存在，也不存在稀土固溶强化，因为稀土氧化物基本上不溶于Co中，且如果加入的稀土氧化物颗粒尺寸较大的话，也无法起到阻碍α-Co向β-Co相变的作用，因为较大的颗粒对位错滑移阻碍作用甚小。以纯稀土、氢化物等形式添加时，在料浆干燥过程中所加稀土便会全部变为氧化物；虽然用真空干燥箱可减轻所加稀土的氧化程度，但这个过程极难控制。因此，当前要解决的关键问题就是稀土的添加形态和添加方式。
发明内容：
本发明的目的是提供一种添加稀土的硬质合金涂层基体，它以稀土-钴中间合金粉末的形态加入，既能保证稀土在硬质合金中得分散均匀性，又能有效防止稀土氧化，达到稀土净化界面，强化合金的目的。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它将81-86.8％的WC粉末、6-8％的钴粉、3-4％的TiCN、4-6％的钽铌固溶体(TaC∶NbC＝6∶4)和0.2-1％的稀土进行配比后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机，球磨机的转速为：30-40转/分钟，球磨的球料比为：5-11∶1，球磨介质为无水乙醇，液固比为280-330ml/kg，同时加入原料总质量4.0-4.5％的成型剂及0.5-1.0％的表面活化剂，累计的球磨时间为：72-120小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥温度：80℃-100℃，干燥时间：100-160分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：2.0-3.3g/cm3，流动性为：30-50秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间360-480分钟，载气流量15-60升/分；烧结温度1410℃-1460℃，载气压力：4.0-6.0MPa，保温时间：40-70分钟。
所述的WC粉末总碳为6.1-6.15％，Fsss粒度《3.0um。碳化钽和或碳化铌粉可以单一加入也可以固溶体加入，但总计的加入比例在4-6％，而且TaC∶NbC约为6∶4。
所述的钴粉原料的纯度均大于99.5％，平均粒度1.0μm。
所述的稀土-Co合金原料中，稀土含量不能过高，防止成分偏析；粉末不能过细，防止抗氧化能力变差。
本发明以稀土-钴中间合金粉末的形态加入，既能保证稀土在硬质合金中得分散均匀性，又能有效防止稀土氧化。通过优化稀土硬质合金涂层基体的配方工艺，通过气氛烧结及压力烧结工艺改善了液相对Ti(CN)、WC的润湿性，强化了晶界，提高了各组成相得的结合强度。稀土对硬质合金中硬质相及粘结相都有固溶强化的作用，因此提高了合金的强度和韧性，抗弯强度提高15％，达到至少2300Mpa，韧性达到9MPa*M1/2。添加稀土可以改善合金抗氧化性、高温抗裂性、抗变形性和提高高温强度，硬度亦略有增加，孔隙度明显下降。
具体实施方式：
本具体实施方式是采用以下技术方案：它将81-86.8％的WC粉末、6-8％的钴粉、3-4％的TiCN、4-6％的钽铌固溶体(TaC∶NbC＝6∶4)和0.2-1％的稀土进行配比后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机，球磨机的转速为：30-40转/分钟，球磨的球料比为：5-11∶1，球磨介质为无水乙醇，液固比为280-330ml/kg，同时加入原料总质量4.0-4.5％的成型剂及0.5-1.0％的表面活化剂，累计的球磨时间为：72-120小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥温度：80℃-100℃，干燥时间：100-160分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：2.0-3.3g/cm3，流动性为：30-50秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间360-480分钟，载气流量15-60升/分；烧结温度1410℃-1460℃，载气压力：4.0-6.0MPa，保温时间：40-70分钟。
所述的WC粉末总碳为6.1-6.15％，Fsss粒度《3.0um。碳化钽和或碳化铌粉可以单一加入也可以固溶体加入，但总计的加入比例在4-6％，而且TaC∶NbC约为6∶4。
所述的钴粉原料的纯度均大于99.5％，平均粒度1.0μm。
所述的稀土-Co合金原料中，稀土含量不能过高，防止成分偏析；粉末不能过细，防止抗氧化能力变差。
本具体实施方式以稀土-钴中间合金粉末的形态加入，既能保证稀土在硬质合金中得分散均匀性，又能有效防止稀土氧化。通过优化稀土硬质合金涂层基体的配方工艺，通过气氛烧结及压力烧结工艺改善了液相对Ti(CN)、WC的润湿性，强化了晶界，提高了各组成相得的结合强度。稀土对硬质合金中硬质相及粘结相都有固溶强化的作用，因此提高了合金的强度和韧性，抗弯强度提高15％，达到至少2300MPa，韧性达到9MPa*M1/2。添加稀土可以改善合金抗氧化性、高温抗裂性、抗变形性和提高高温强度，硬度亦略有增加，孔隙度明显下降。
实施例1、将质量百分数按照WC粉：86.8％；钴粉：6％；TiCN：3％；钽铌固溶体：4％；Y-Co：0.2％的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机(原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于3.0μm)，球磨机的转速为：35转/分钟，球磨的球料比为：4∶1，球磨介质为无水乙醇，液固比为300ml/kg，同时加入原料总质量2.5％的成型剂及0.1％的油酸，累计的球磨时间为：96小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥出口温度：90℃，干燥时间：120分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：3.5g/cm3，流动性为：34秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间380分钟，载气流量40升/分；烧结温度1420℃，载气压力：5.5MPa，保温时间：60分钟。
烧结后的物理机械性能及金相组织结构为：密度：14.65g/cm3；硬度：HRA91.8；强度TRS：2320MPa；金相：A02 B02 C00 E00。
用这种稀土硬质合金材料制成CNMG120408-MD刀具，切削40Cr钢，切削速度：240m/min；切深：2.1mm；进给量：0.22mm/r，切削寿命30min，后刀面磨损《0.2mm，月牙洼磨损《0.25mm。
实施例2、将质量百分数按照WC粉：81.5％；钴粉：8％；TiCN：4％；钽铌固溶体：6％；Y-Co：0.5％的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机(原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于3.0μm)，球磨机的转速为：35转/分钟，球磨的球料比为：4∶1，球磨介质为无水乙醇，液固比为300ml/kg，同时加入原料总质量2.5％的成型剂及0.1％的油酸，累计的球磨时间为：96小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥出口温度：90℃，干燥时间：120分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：3.4g/cm3，流动性为：36秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间380分钟，载气流量40升/分；烧结温度1420℃，载气压力：5.5MPa，保温时间：60分钟。
烧结后的物理机械性能及金相组织结构为：密度：14.42g/cm3；硬度：HRA91.5；强度TRS：2380MPa；金相：A02 B00 C00 E00。
用这种稀土硬质合金材料制成SNMG 120404-MF刀具，切削40Cr钢，切削速度：260m/min；切深：2.5mm；进给量：0.25mm/r，切削寿命35min，后刀面磨损《0.2mm，月牙洼磨损《0.23mm。
实施例3、将质量百分数按照WC粉：85.5％；钴粉：6％；TiCN：3％；钽铌固溶体：5％；La-Co：0.5％的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机(原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于3.0μm)，球磨机的转速为：35转/分钟，球磨的球料比为：4∶1，球磨介质为无水乙醇，液固比为300ml/kg，同时加入原料总质量2.5％的成型剂及0.1％的油酸，累计的球磨时间为：96小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥出口温度：90℃，干燥时间：120分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：3.3g/cm3，流动性为：36秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间380分钟，载气流量40升/分；烧结温度1420℃，载气压力：5.5MPa，保温时间：60分钟。
烧结后的物理机械性能及金相组织结构为：密度：14.58g/cm3；硬度：HRA91.7；强度TRS：2320MPa；金相：A02 B02 C00 E00。
用这种稀土硬质合金材料制成CNMG120408-MD刀具，切削40Cr钢，切削速度：250m/min；切深：2.3mm；进给量：0.24mm/r，切削寿命33min，后刀面磨损《0.2mm，月牙洼磨损《0.25mm。
实施例4、将质量百分数按照WC粉：81％；钴粉：8％；TiCN：4％；钽铌固溶体：6％；La-Co：1％的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机(原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于3.0μm)，球磨机的转速为：35转/分钟，球磨的球料比为：4∶1，球磨介质为无水乙醇，液固比为300ml/kg，同时加入原料总质量2.5％的成型剂及0.1％的油酸，累计的球磨时间为：96小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥出口温度：90℃，干燥时间：120分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：3.2g/cm3，流动性为：38秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间380分钟，载气流量40升/分；烧结温度1420℃，载气压力：5.5MPa，保温时间：60分钟。
烧结后的物理机械性能及金相组织结构为：密度：14.36g/cm3；硬度：HRA91.5；强度TRS：2380MPa；金相：A02 B00 C00 E00。
用这种稀土硬质合金材料制成SNMG120404-MF刀具，切削40Cr钢，切削速度：280m/min；切深：2.7mm；进给量：0.28mm/r，切削寿命32min，后刀面磨损《0.2mm，月牙洼磨损《0.23mm。
Claims (4)
1.一种添加稀土的硬质合金涂层基体，其特征在于它将81-86.8％的WC粉末、6-8％的钴粉、3-4％的TiCN、4-6％的钽铌固溶体(TaC∶NbC＝6∶4)和0.2-1％的稀土进行配比后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机，球磨机的转速为：30-40转/分钟，球磨的球料比为：5-11∶1，球磨介质为无水乙醇，液固比为280-330ml/kg，同时加入原料总质量4.0-4.5％的成型剂及0.5-1.0％的表面活化剂，累计的球磨时间为：72-120小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥温度：80℃-100℃，干燥时间：100-160分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：2.0-3.3g/cm3，流动性为：30-50秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间360-480分钟，载气流量15-60升/分；烧结温度1410℃-1460℃，载气压力：4.0-6.0MPa，保温时间：40-70分钟。
2.根据权利要求1所述的一种添加稀土的硬质合金涂层基体，其特征在于所述的WC粉末总碳为6.1-6.15％，Fsss粒度《3.0um。碳化钽和或碳化铌粉可以单一加入也可以固溶体加入，但总计的加入比例在4-6％，而且TaC∶NbC约为6∶4。
3.根据权利要求1所述的一种添加稀土的硬质合金涂层基体，其特征在于所述的钴粉原料的纯度均大于99.5％，平均粒度1.0μm。
4.根据权利要求1所述的一种添加稀土的硬质合金涂层基体，其特征在于所述的稀土-Co合金原料中，稀土含量不能过高，防止成分偏析；粉末不能过细，防止抗氧化能力变差。
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