CN103386417A - 冶金粘结生产硬质合金制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用冶金粘结技术实现以硬质合金坯体为基础来生产无过渡层硬质合金制品的方法，依次包括：A、按常规方法制备粘结相重量百分比为8%～30%的两件相同或不同硬质合金作为胚体；B、将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度≤Ra0.04mm，其余部分进行常规加工处理；C、表对坯体的待冶金粘结面进行清洁处理并涂覆一层丙酮；D、装配；E、将装配好的坯体置于真空炉中，在1200℃～1450℃温度下进行真空冶金粘结热处理1～1.5小时，真空度≤0.8Pa，冷却后即得到冶金粘结的无过渡层的硬质合金制品；本发明克服了现有技术中硬质合金与钢材质粘结或焊接过程中存在的热应力及膨胀系数不同而造成辊环使用失效的缺陷，尤其适合大型制品的生产。
Description
技术领域
本发明属于硬质合金制品的生产方法，尤其涉及一种采用冶金粘结方法生产无过渡层的硬质合金制品的技术。
背景技术
传统硬质合金产品如硬质合金轧辊，由难溶金属化合物做硬质相，胶结金属做粘结相，采用粉末冶金方法生产的。随着金属型材轧制技术的发展，应用领域的扩大，尤其对轧制大规格大尺寸棒材、线材、管材等，要求的硬质合金轧辊尺寸越来越大，传统的粉末冶金方法由于受成型设备、烧结设备的限制，大尺寸硬质合金辊环生产存在制造困难、生产成本高的弊病。目前市场上普遍使用的一种复合轧辊外环采用硬质合金，内层采用高强钢材质，内外层之间采用粘结剂粘结合成。专利号ZL00207309.9、发明名称为《复合粘结硬质合金轧辊》及其后续发明专利公开号为CN1389320A、名称为《一种复合粘结硬质合金轧辊的制造工艺》，以及专利公开号为CN100393434C、名称为《硬质合金复合轧辊环的生产方法》所公开的轧辊即为此技术。此类技术都是通过在硬质合金及钢材质之间通过有机胶、或者焊接体粘结在一起，存在明显的过渡层，虽然该方法生产的辊环有一定的强度，对于提高硬质合金辊环的使用有较大的推动作用，但由于粘结部位的材质不一致，或者是存在明显的焊接层，在使用过程容易存在热应力不均匀、材质的热膨胀系数不同而引起辊环使用过程中失效。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷，研究设计一种采用冶金粘结技术实现以硬质合金坯体为基础来生产硬质合金制品的方法，用于生产特大硬质合金制品，产品结构上无过渡层，克服了现有技术中硬质合金与钢材质粘结或焊接过程中存在的热应力及膨胀系数不同而造成辊环使用失效的缺陷。
本发明的冶金粘结生产硬质合金制品的方法，依次包括以下步骤：
A、制胚体：制备粘结相重量百分比为8%～30%的两件相同或不同硬质合金作为胚体；
B、坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度≤Ra0.04mm，其余部分进行常规加工处理；
C、表面处理：对坯体的待冶金粘结面进行清洁处理，要求无灰粒和杂物，然后将待粘结面上涂覆一层丙酮；
D、装配：将处理后的两个坯体的待冶金粘结面上、下叠放在一起，并置于周皿上，体积或重量大的坯体放置在底部；
E、冶金粘结：将装配好的的坯体置于真空炉中，在1200℃～1450℃温度下进行真空冶金粘结热处理1～1.5小时，真空度≤0.8Pa，冷却后即得到冶金粘结的无过渡层的硬质合金制品。
所述真空冶金粘结热处理可以直接加热到1200℃～1450℃进行，或者采用两段加热温度完成；其两段加热温度的首次加热温度为1200℃～1280℃，保温0.5～1小时，然后升温到1350℃～1450℃、保温0.5～1小时。
所述粘结相为钴和/或镍。
本发明由于采用粘结相（钴、镍、或钴镍的组合）重量百分比在8～30%的硬质合金坯体，高温冶金粘结热处理过程中，粘结相体积含量达到将近20～50%，在高真空的环境下，WC与粘结相湿润性非常好，通过相互扩散及溶解析出，使粘结面形成一个无缝整体，其强度及各项性能接近于坯体。
附图说明
图1是本发明的胚体装配示意图；
图2-图8分别是本发明实施例1-7的的冶金粘结硬质合金的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：以规格Φ340×Φ240×250mm的冶金粘结硬质合金大轧辊为例。
首先按现有技术制备粘结相为纯钴且重量百分比为30%的两件硬质合金辊环作为胚体待用，其具体尺寸分别为Φ341×Φ239×84mm、Φ341×Φ239×168mm。
然后进行坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度Ra0.02mm，其余部分进行常规加工处理；加工后尺寸分别为Φ340×Φ240×83.5mm、Φ340×Φ240×166.5mm。
接着进行表面处理：对坯体的待冶金粘结面进行清洁处理，可以用干净的海绵沾湿无水酒精进行，处理后要求无灰粒和杂物，然后将待粘结面上涂覆一层丙酮；(以下实施例相同)
开始装配：如图1所示，将处理后的两个坯体，按待冶金粘结面上、下同轴叠放在一起，并置于周皿上，尺寸为Φ341×Φ239×168mm的坯体放置在底部；为防止坯体转移过程中的移动，以及烧结过程的变形，在两坯体中间放置有石墨芯子。（以下实施例相同）
进行冶金粘结：将装配好的的坯体置于真空炉内，3小时真空炉升温到1200℃，保温0.5小时；然后0.5小时升到1350℃，保持0.5小时后冷却，整个升温及保温过程中真空度要求≤0.8Pa，并且整个过程中设备运行抽真空，冷却后即得到冶金粘结的无过渡层硬质合金辊环，尺寸为Φ340×Φ240×250mm。其金相组织如图2所示，图中清楚显示产品结构上无过渡层。
实施例2：以规格Φ380×Φ220×270mm的冶金粘结硬质合金大轧辊为例。
首先按现有技术制备粘结相为钴和镍且重量百分比为25%的两件硬质合金辊环作为胚体待用，其具体尺寸分别为Φ380×Φ219×91mm、Φ380×Φ219×182mm。
然后进行坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度Ra0.02mm，其余部分进行常规加工处理；加工后尺寸分别为Φ380×Φ220×90mm、Φ380×Φ220×180mm。
接着进行表面处理；
然后开始装配：如图1所示，将处理后的两个坯体，按待冶金粘结面上、下同轴叠放在一起，并置于周皿上，尺寸为Φ380×Φ219×182mm的坯体放置在底部。
进行冶金粘结：将装配好的的坯体置于真空炉内，3小时真空炉升温到1280℃，保温0.5小时；然后0.5小时升到1380℃，保持1.0小时后冷却，整个升温及保温过程中真空度要求≤0.8Pa，并且整个过程中设备运行抽真空，冷却后即得到冶金粘结的无过渡层硬质合金辊环，尺寸为Φ380×Φ220×270mm。其金相组织如图3所示，图中清楚显示产品结构上无过渡层。
实施例3：以规格Φ270×φ150×50mm的冶金粘结硬质合金圆环为例。
首先按现有技术制备粘结相为纯镍且重量百分比为18%、粘结相为钴和镍且重量百分比为18%的两件硬质合金圆环作为胚体待用，其具体尺寸分别为Φ270×φ149×21mm、Φ270×φ149×31mm。
然后进行坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度Ra0.02mm，其余部分进行常规加工处理；加工后尺寸分别为Φ270×φ150×20mm、Φ270×φ150×30mm。
接着进行表面处理；
然后开始装配：如图1所示，将处理后的两个坯体，按待冶金粘结面上、下同轴叠放在一起，并置于周皿上，尺寸为Φ270×φ150×30mm的坯体放置在底部。
进行冶金粘结：将装配好的的坯体置于真空炉内，3小时真空炉升温到1280℃，保温1.0小时；然后0.5小时升到1410℃，保持1.0小时后冷却，整个升温及保温过程中真空度要求≤0.8Pa，并且整个过程中设备运行抽真空，冷却后即得到冶金粘结硬质合金辊环，尺寸为Φ270×φ150×50mm。其金相组织如图4所示，图中清楚显示产品结构上无过渡层。
实施例4：以规格Φ250×φ150×60mm的冶金粘结硬质合金圆环为例。
首先按现有技术制备粘结相为纯钴且重量百分比为15%和粘结相为钴和镍且重量百分比为15%的硬质合金圆环各一件，作为坯体待用，其具体尺寸分别为Φ250×φ149×21mm、Φ250×φ149×41mm。
然后进行坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度Ra0.02mm，其余部分进行常规加工处理；加工后尺寸分别为Φ250×φ150×20mm、Φ250×φ150×40mm。
接着进行表面处理；
然后开始装配：如图1所示，将处理后的两个坯体，按待冶金粘结面上、下同轴叠放在一起，并置于周皿上，尺寸为Φ250×φ150×40mm的坯体放置在底部。
进行冶金粘结：将装配好的的坯体置于真空炉内，3小时真空炉升温到1280℃，保温0.5小时；然后0.5小时升到1420℃，保持1.0小时后冷却，整个升温及保温过程中真空度要求≤0.8Pa，并且整个过程中设备运行抽真空，冷却后即得到冶金粘结硬质合金辊环，尺寸为Φ250×φ150×60mm。其金相组织如图5所示，图中清楚显示产品结构上无过渡层。
实施例5：以规格180×100×20mm冶金粘结硬质合金板材为例。
首先按现有技术制备粘结相为纯镍且重量百分比为10%硬质合金板材各一件待用，其具体尺寸分别为180×100×12.5mm、180×100×8.5mm
然后进行坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度Ra0.02mm，其余部分进行常规加工处理；加工后尺寸分别为200×120×12mm、200×120×8mm。
接着进行表面处理；
然后开始装配：如图1所示，将处理后的两个坯体，按待冶金粘结面上、下中心重叠、四边对齐叠放在一起，并置于周皿上，尺寸为Φ200×Φ120×12mm的坯体放置在底部。
进行冶金粘结：将装配好的的坯体置于真空炉内，3小时真空炉升温到1280℃，保温0.5小时；然后0.5小时升到1440℃，保持1.0小时后冷却，整个升温及保温过程中真空度要求≤0.8Pa，并且整个过程中设备运行抽真空，冷却后即得到冶金粘结硬质合金辊环，尺寸为180×100×20mm。其金相组织如图6所示，图中清楚显示产品结构上无过渡层。
实施例6：以规格Φ180×φ120×60mm冶金粘结硬质合金圆环为例。
首先按现有技术制备粘结相为纯钴且重量百分比为8%的硬质合金圆环两件待用，其具体尺寸分别为Φ180×φ119×21mm、Φ180×φ119×41mm。
然后进行坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度Ra0.04mm，其余部分进行常规加工处理；加工后尺寸分别为Φ180×φ120×20mm、Φ180×φ120×40mm。
接着进行表面处理；
然后开始装配：如图1所示，将处理后的两个坯体，按待冶金粘结面上、下同轴叠放在一起，并置于周皿上，尺寸为Φ180×φ120×40mm的坯体放置在底部。
进行冶金粘结：将装配好的的坯体置于真空炉内，3小时真空炉升温到1280℃，保温0.5小时；然后0.5小时升到1450℃，保持1.0小时后冷却，整个升温及保温过程中真空度要求≤0.8Pa，并且整个过程中设备运行抽真空，冷却后即得到冶金粘结硬质合金辊环，尺寸为Φ250×φ150×60mm。其金相组织如图7所示，图中清楚显示产品结构上无过渡层。
实施例7：以规格Φ200×φ120×60mm冶金粘结硬质合金大轧辊为例。
首先按现有技术制备粘结相为钴和镍、且重量百分比为8%及30%的两件硬质合金辊环坯体待用，其具体尺寸分别为Φ200×Φ119×21mm、Φ200×Φ119×41mm.
然后进行坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金粘结面精加工，光洁度Ra0.04mm，其余部分进行常规加工处理；加工后尺寸分别为Φ200×Φ120×19.5mm、Φ200×Φ120×40.5mm。
接着进行表面处理；
然后开始装配：如图1所示，将处理后的两个坯体，按待冶金粘结面上、下同轴叠放在一起，并置于周皿上，尺寸为Φ200×Φ120×40.5mm的坯体放置在底部。
进行冶金粘结：将装配好的的坯体置于真空炉内，3小时真空炉升温到1400℃，保温1.5小时后冷却，整个升温及保温过程中真空度要求≤0.8Pa，并且整个过程中设备运行抽真空，冷却后即得到冶金粘结硬质合金辊环，尺寸为Φ200×φ120×60mm。其金相组织如图8所示，图中清楚显示产品结构上无过渡层。
Claims (3)
1.一种冶金粘结生产硬质合金制品的方法，依次包括以下步骤：
A、制胚体：制备粘结相重量百分比为8%～30%的两件相同或不同硬质合金作为胚体；
B、坯体机加工：将硬质合金坯体的待冶金面精加工，光洁度≤Ra0.04mm，其余部分进行常规加工处理；
C、表面处理：对坯体的待冶金面进行清洁处理，要求无灰粒和杂物，然后将待面上涂覆一层丙酮；
D、装配：将处理后的两个坯体的待冶金面上、下叠放在一起，并置于周皿上，体积或重量大的坯体放置在底部；
E、冶金：将装配好的的坯体置于真空炉中，在1200℃～1450℃温度下进行真空冶金热处理1～1.5小时，真空度≤0.8Pa，冷却后即得到冶金的无过渡层的硬质合金制品。
2.按权利要求1所述的冶金粘结生产硬质合金制品的方法，其特征在于：所述真空冶金热处理可以直接加热到1200℃～1450℃进行，或者采用两段加热温度完成；其两段加热温度的首次加热温度为1200℃～1280℃，保温0.5～1小时，然后升温到1350℃～1450℃、保温0.5～1.5小时。
3.按权利要求1所述的冶金粘结生产硬质合金制品的方法，其特征在于：所述粘接相为钴和/或镍。
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