CN110923492B - 一种硬质合金的制备方法及制砂用复合耐磨锤头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬质合金的制备方法及制砂用复合耐磨锤头。所述硬质合金的制备方法为取超细WC粉末、粒径为1.5‑25µm的WC粉末和粒径为2.0µm的钴粉放入球磨机中，球磨24h；调整球磨后的混合粉末，使混合粉末中总碳的百分比为6.15%，再掺胶待用；将掺胶后的粉末压制成型后，放入烧结炉后，通入2 Mpa的CO2气体，并在1420℃保温2h后，随炉冷却，即得成型的硬质合金。本发明制备的制砂用晶粒硬质合金具有微观结构缺陷少、显微硬度高等优点。制备的制砂用复合耐磨锤头，由于在锤头内添加了粗晶粒硬质合金，提高了锤头的硬度和耐磨性，延长了锤头的使用寿命且降低了使用成本。

Description

一种硬质合金的制备方法及制砂用复合耐磨锤头
技术领域
本发明涉及制砂技术领域，具体涉及一种硬质合金的制备方法及制砂用复合耐磨锤头。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，对环保提出了越来越高的要求，国家已明令禁止采集河沙，目前，建筑行业普遍采用将砂石粉碎以代替河沙使用，2018年我国砂石产量超800亿吨。锤式破碎机是最常见的砂石粉碎装置。锤式破碎机主要靠冲击能来完成破碎砂石作业的，锤式破碎机工作时，电机带动转子作高速旋转，砂石均匀的进入破碎机内腔中，高速回转的锤头冲击、剪切撕裂砂石使其被破碎；同时，砂石自身的重力作用使得砂石从高速旋转的锤头冲向架体内挡板、筛条，大于筛孔尺寸的砂石阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，直到破碎至所需出料粒度最后通过筛板排出机外。
锤头是锤式破碎机的关键零部件，排列在破碎机转子的锤轴上，锤式破碎机锤头的寿命一定程度上影响了锤式破碎机的寿命，它是锤式破碎机主要的易磨损件，消耗量极大。当锤头在工作中会有较大的速度和惯性，由于锤头的表面与物料接触最多，磨损严重，更换频率高（如图1所示）。并且更换锤头时，需要更换锤头整体，更换非常不方便。目前，破碎机行业用的锤头材料大致有高锰钢、高铬铸铁和低合金耐磨钢等几种，高锰钢锤头的韧性好，在锤打冲击过程中不易断裂，虽然有加工硬化效果，但硬度很低，耐磨性极差。目前，破碎机锤头的使用寿命仅为10小时左右，一个年产10万吨的小型制砂企业，年使用锤头1万个，使用成本非常高。
因此，如何制备一种硬质合金并应用于制砂用复合耐磨锤头，是本领域技术人员研究的方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的现有的锤头材料硬度低、耐磨性差的问题，提供一种硬质合金的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：
一种硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）取超细WC粉末、粒径为1.5-25µm的WC粉末和粒径为2.0µm的钴粉放入球磨机中，球磨24h；其中，所述超细WC粉末、粒径为1.5-25µm的WC粉末和粒径为2.0µm的钴粉的重量比为5-15：80-90：6-20；
（2）调整球磨后的混合粉末，使混合粉末中总碳的百分比为6.15%，再掺胶待用；
（3）将步骤（2）掺胶后的粉末压制成型后，放入烧结炉后，通入2Mpa的CO2气体，并在1420℃保温2h后，随炉冷却，即得成型的硬质合金。
其中，所述步骤（1）中，所述超细WC粉末为将0.4µm的WC粉末以250r/min的转速球磨96h得到的WC粉末。
进一步，所述步骤（2）中，掺入的胶为SD橡胶，且SD橡胶与混合粉末的体积质量比为90-150mL：1kg。所述步骤（2）中，采用石墨粉调整混合粉末的总碳。
本发明还提供一种制砂用复合耐磨锤头，包括制备的硬质合金。
进一步，由以下步骤制备而成：
1）将硬质合金放置在锤头模具的底部，并与锤头模具固定；
2）将熔炼好的Mn13钢于1400℃浇铸到模具内，冷却后脱模，即得制砂用复合耐磨锤头。
进一步，所述硬质合金为槽形结构，在该硬质合金的槽内设有若干凸起，将硬质合金背离所述凸起的一侧放入锤头模具的底部。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的硬质合金的制备方法，通过球磨获得超细WC粉末，再将超细WC粉末加入粗WC粉末和Co粉组成的原料中球磨，利用超细粉末提供溶解-析出所需的W原子和C原子，提高粉末活性的同时降低了球磨时间，进而保证超粗WC晶粒完整性，得到的硬质合金为粗晶粒硬质合金。该粗晶粒硬质合金具有微观结构缺陷少、亚晶尺寸大、显微硬度高、微观应变小的优点。
2、本发明制备的制砂用复合耐磨锤头，由于在锤头内添加了粗晶粒硬质合金，从而提高锤头的硬度和耐磨性，延长锤头的使用寿命且降低了使用成本。
3、本发明的制备粗晶粒硬质合金，在烧结后通入CO2保温使WC表层脱C，促进了C的迁移，在硬质合金的表层形成富Co梯度层，富Co梯度在用Mn13钢浇铸时，由于Fe、Co同系，避免了传统浇铸在交界处形成合金相，从而提高两者的结合力，使锤头基体与硬质合金之间结合紧密，从而避免了锤头的脆断，提高了锤头的耐磨性和使用寿命。
附图说明
图1为制砂用锤头的示意图，其中，（a）为使用前，（b）为使用后。
图2为实施例1制备的硬质合金的金相照片。
图3为实施例2制备的硬质合金的金相照片。
图4为实施例1制备的硬质合金的金相照片。
图5为本发明中制备的硬质合金的形状示意图。
图6为本发明中制备制砂用复合耐磨锤头的断面图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
一、硬质合金的制备
实施例1
（1）将10份超细WC粉末、90份粒径为2.0µm的WC粉末和6份粒径为2.0µm的钴粉放入球磨机中，球磨24h。
（2）调整球磨后的混合粉末，使混合粉末中总碳的百分比为6.15%，再按照135mL：1kg的比例掺胶待用。
（3）将步骤（2）掺胶后的粉末压制成型后，放入烧结炉后，通入2Mpa的CO2气体，并在1420℃保温2h后，随炉冷却，即得成型的硬质合金。
如图2所示，为硬质合金的金相照片。测得平均晶粒度为2.0µm。测得该硬质合金的HRA为90.2，金相A02B00C00，密度14.93g/cm3，可知本实施例制备的硬质合金的硬度高、密度大。
实施例2
（1）将8份超细WC粉末、85份粒径为1.5µm的WC粉末和8份粒径为2.0µm的钴粉放入球磨机中，球磨24h。
（2）调整球磨后的混合粉末，使混合粉末中总碳的百分比为6.15%，再按照135mL：1kg的比例掺胶待用。
（3）将步骤（2）掺胶后的粉末压制成型后，放入烧结炉后，通入2Mpa的CO2气体，并在1420℃保温2h后，随炉冷却，即得成型的硬质合金。
如图3所示，为该硬质合金的金相照片。测得平均晶粒度为1.86 µm，该硬质合金的HRA为89，金相A02B00C00，密度14.68 g/cm3。
实施例3
（1）将15份超细WC粉末、80份粒径为25µm的WC粉末和12份粒径为2.0µm的钴粉放入球磨机中，球磨24h。
（2）调整球磨后的混合粉末，使混合粉末中总碳的百分比为6.15%，再按照135mL：1kg的比例掺胶待用。
（3）将步骤（2）掺胶后的粉末压制成型后，放入烧结炉后，通入2Mpa的CO2气体，并在1420℃保温2h后，随炉冷却，即得成型的硬质合金。
如图4所示，为该硬质合金的金相照片。测得平均晶粒度为20 µm，该硬质合金的HRA为86.0，金相A02B00C00，密度14.93 g/cm3。
二、制砂用复合耐磨锤头的制备
1）将实施例1-3中制备的硬质合金加工成如5所示的形状，随后放置在锤头模具的底部，并与锤头模具固定；
2）将熔炼好的Mn13钢于1400℃浇铸到模具内，冷却后脱模，即得制砂用复合耐磨锤头。该制砂用复合耐磨锤头的断面如图6所示。
三、制砂用复合耐磨锤头的性能测试
实施例1-3中制备的制砂用复合耐磨锤头用于破碎砂石作业。现有的Mn13钢制备的制砂锤头寿命为10-15小时。实施例1中制备的制砂用复合耐磨锤头的使用寿命为75-120小时，实施例2制备的制砂用复合耐磨锤头的使用寿命为86-135小时，实施例3制备的硬质合金耐磨锤头的使用寿命为133-157小时。相比现有的仅由Mn13钢制备的制砂锤头，使用时间提高5-10倍，大大提高了制砂锤头的使用寿命，降低了制砂锤头的生产成本，适合被广泛使用。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种制砂用复合耐磨锤头，其特征在于，由以下步骤制备而成：
1）将硬质合金放置在锤头模具的底部，并与锤头模具固定；
2）将熔炼好的Mn13钢于1400℃浇铸到模具内，冷却后脱模，即得制砂用复合耐磨锤头；其中，所述硬质合金的制备方法包括如下步骤：
（1）取超细WC粉末、粒径为1.5-25µm的WC粉末和粒径为2.0µm的钴粉放入球磨机中，球磨24h；其中，所述超细WC粉末、粒径为1.5-25µm的WC粉末和粒径为2.0µm的钴粉的重量比为5-15：80-90：6-20；
（2）调整球磨后的混合粉末，使混合粉末中总碳的百分比为6.15%，再掺胶待用；
（3）将步骤（2）掺胶后的粉末压制成型后，放入烧结炉后，通入2 Mpa的CO2气体，并在1420℃保温2h后，随炉冷却，即得成型的硬质合金。
2.如权利要求1所述的制砂用复合耐磨锤头，其特征在于，所述步骤（1）中，所述超细WC粉末为将0.4µm的WC粉末以250r/min的转速球磨96h得到的WC粉末。
3.根据权利要求1所述的制砂用复合耐磨锤头，其特征在于，所述步骤（2）中，掺入的胶为SD橡胶，且SD橡胶与混合粉末的体积质量比为90-150mL：1kg。
4.根据权利要求1所述的制砂用复合耐磨锤头，其特征在于，所述步骤（2）中，采用石墨粉调整混合粉末的总碳。
5.根据权利要求1所述的制砂用复合耐磨锤头，其特征在于，所述硬质合金为槽形结构，在该硬质合金的槽内设有若干凸起，将硬质合金背离所述凸起的一侧放入锤头模具的底部。
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