CN113430442A - 一种硬质合金材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于硬质合金制备技术领域，尤其提供了一种硬质合金材料及其制备方法与应用。本发明中，钴能够提高硬质合金材料的冲击疲劳强度；镍能够提高硬质合金材料的韧性；部分碳和钨以碳化钨的形式存在，碳化钨能够提高硬质合金材料的硬度；碳能够提高硬质合金材料的热胀冷缩性；同时镍和钴作为粘结剂，能够将碳化钨和碳粘结包裹在一起，形成硬质合金材料。实施例的数据表明，所得硬质合金的硬度为85.4～92.7HV；抗弯强度为2800～3170MPa，表面抗拉丝性能72～270h，抗胀裂性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金制备技术领域，尤其涉及一种硬质合金材料及其制备方法与应用。
背景技术
冷挤压为整个单片罐产品最关键的工序。冷挤压模具包括凹模和凸模，在冷挤压的过程中，凹模和坯料接触，直接参与变形过程，需要承受静态高压、强烈冲击和巨大摩擦的恶劣环境，因此，对凹模中与坯料接触部分的材质提出较高的要求。现有技术中，凹模中与坯料接触的硬质材料一般为YG15硬质合金，但是该硬质合金耐磨性差，导致凹模的使用寿命低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硬质合金材料及其制备方法与应用。本发明提供的硬质合金材料的耐磨性好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种硬质合金材料，包括以下质量百分含量的组分：
碳3.5～5％，钴10～13％，镍0.6～1.5％，钛+钽+铌+钒+钌<0.3％，余量为钨。
优选地，所述硬质合金材料的钴磁饱和度为11～14％。
本发明还提供了上述技术方案所述的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将钴粉、碳化钨、镍粉和石墨混合，进行烧结，得到所述硬质合金材料。
优选地，所述钴粉、碳化钨、镍粉和石墨的粒径独立地为0.5～1.3μm。
优选地，所述烧结的压力为1.3～1.33Pa，温度为1350～1600℃，时间为40～50h。
优选地，升温至所述烧结的温度的速率为5～20℃/min。
本发明还提供了上述技术方案所述的硬质合金材料或上述技术方案所述的制备方法得到的硬质合金材料在冷挤压模具凹模中的应用。
本发明提供了一种硬质合金材料，包括以下质量百分含量的组分：碳3.5～5％，钴10～13％，镍0.6～1.5％，钛+钽+铌+钒+钌<0.3％，余量为钨。本发明中，钴能够提高硬质合金材料的冲击疲劳强度；镍能够提高硬质合金材料的韧性；部分碳和钨以碳化钨的形式存在，碳化钨能够提高硬质合金材料的硬度；碳能够提高硬质合金材料的热胀冷缩性；同时镍和钴作为粘结剂，能够将碳化钨和碳粘结包裹在一起，形成硬质合金材料。实施例的数据表明：本发明提供的硬质合金材料的硬度为85.4～92.7HV；抗弯强度为2800～3170MPa，表面抗拉丝性能72～270h，抗胀裂性能优异。
本发明还提供了上述技术方案所述的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：将钴粉、碳化钨、镍粉和石墨混合，进行烧结，得到所述硬质合金材料。本发明提供的制备方法操作简单，原料来源广，易于工业化生产。
附图说明
图1为实施例2所得硬质合金材料的金相照片。
具体实施方式
本发明提供了一种硬质合金材料，包括以下质量百分含量的组分：
碳3.5～5％，钴10～13％，镍0.6～1.5％，钛+钽+铌+钒+钌<0.3％，余量为钨。
本发明提供的硬质合金材料包括质量百分含量为3.5～5％的碳，优选为3.6～4.9％，进一步优选为3.9～4.2％。本发明中，部分碳以碳化钨的形式存在，碳化钨能够提高硬质合金材料的硬度；同时碳的存在能够改善硬质合金材料的热胀冷缩性。
以碳的质量百分含量为基准，本发明提供的硬质合金材料包括质量百分含量为10～13％的钴，优选为11～12％，进一步优选为11.2％。在本发明中，所述钴能够能够改善硬质合金材料的冲击疲劳强度。
以碳的质量百分含量为基准，本发明提供的硬质合金材料包括质量百分含量为0.6～1.5％的镍，优选为0.7～1.3％，进一步优选为0.75～0.95％。在本发明中，镍能够提高硬质合金材料的韧性。
以碳的质量百分含量为基准，本发明提供的硬质合金材料包括质量百分含量＜0.3％的钛+钽+铌+钒+钌，即钛、钽、铌、钒和钌总的质量百分含量＜0.3％。
以碳的质量百分含量为基准，本发明提供的硬质合金材料包括余量的钨。在本发明中，钨以碳化钨的形式存在，能够提高硬质合金材料的硬度。
在本发明中，所述硬质合金材料的钴磁饱和度优选为11～14％，进一步优选为12～13％。
本发明还提供了上述技术方案所述的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将钴粉、碳化钨、镍粉和石墨混合，进行烧结，得到所述硬质合金材料。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
在本发明中，所述钴粉、碳化钨、镍粉和石墨的粒径独立地优选为0.5～1.3μm。在本发明中，所述钴粉、碳化钨、镍粉和石墨均优选购自株洲硬质合金公司。
在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的转速和时间不做具体限定，只要能够将原料充分混合即可。
在本发明中，所述烧结的压力优选为1.3～1.33Pa；温度优选为1350～1600℃，进一步优选为1400～1500℃；时间优选为40～50h，进一步优选为45～50h。在本发明中，升温至所述烧结的温度的速率为5～20℃/min。
本发明中，烧结能够促进原料融合，并完成最终的烧结硬化。
本发明还提供了上述技术方案所述的硬质合金材料或上述技术方案所述的制备方法得到的硬质合金材料在冷挤压模具凹模中的应用。
在本发明中，当所述硬质合金材料应用于冷挤压模具凹模中时，进一步优选作为内模的材质，即需要与坯料直接接触的内模的材质。
下面结合实施例对本发明提供的硬质合金材料及其制备方法与应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～4所用原料购自株洲硬质合金公司。
实施例1
钴粉(粒径为1.0μm)、碳化钨(粒径为1.0μm)、镍粉(粒径为1.0μm)和石墨(粒径为0.5μm)混合，于1.32Pa、1350～1400℃下，烧结43h，升温速率为20℃/min，得到硬质合金材料，测得所得硬质合金材料的钴磁饱和度为12％；采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测所得硬质合金材料的元素组成，结果如表1所示。
实施例2
钴粉(粒径为1.0μm)、碳化钨(粒径为1.0μm)、镍粉(粒径为1.0μm)和石墨(粒径为0.5μm)混合，于1.32Pa、1400～1450℃下，烧结46h，升温速率为15℃/min，得到硬质合金材料，测得所得硬质合金材料的钴磁饱和度为13％；采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测所得硬质合金材料的元素组成，结果如表1所示。
实施例3
钴粉(粒径为1.0μm)、碳化钨(粒径为1.0μm)、镍粉(粒径为1.0μm)和石墨(粒径为0.5μm)混合，于1.32Pa、1450～1500℃下，烧结50h，升温速率为10℃/min，得到硬质合金材料，测得所得硬质合金材料的钴磁饱和度为14％；采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测所得硬质合金材料的元素组成，结果如表1所示。
实施例4
钴粉(粒径为1.0μm)、碳化钨(粒径为1.0μm)、镍粉(粒径为1.0μm)和石墨(粒径为1.0μm)混合，于1.32Pa、1500～1600℃下，烧结45h，升温速率为5℃/min，得到硬质合金材料，测得所得硬质合金材料的钴磁饱和度为11％；采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测所得硬质合金材料的元素组成，结果如表1所示。
表1实施例1～4所得硬质合金材料的元素组成
根据GB T 7997-2014和GB/T228-2010方法测试实施例1～4所得硬质合金材料的硬度及抗拉强度，结合挤压制件质量评价获得“表面抗拉丝性能”和“300℃使用温差胀裂性能”，采用XJP-300金相显微镜观察实施例1～4所得硬质合金材料的金相情况，结果如表2所示。
表2实施例1～4所得硬质合金的性能测试结果
从表2可以看出：相比标准牌号YG15硬质合金而言，实施例1～4制备的硬质合金材料具有优异的硬度、抗弯强度、表面抗拉丝性能和高温抗胀裂性能。
图1为实施例2所得硬质合金材料的金相照片，从图1可以看出：硬质合金材料的颗粒的平均晶粒度达到1.3μm左右。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种硬质合金材料，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：
碳3.5～5％，钴10～13％，镍0.6～1.5％，钛+钽+铌+钒+钌<0.3％，余量为钨。
2.根据权利要求1所述的硬质合金材料，其特征在于，所述硬质合金材料的钴磁饱和度为11～14％。
3.权利要求1～2任一项所述的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将钴粉、碳化钨、镍粉和石墨混合，进行烧结，得到所述硬质合金材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钴粉、碳化钨、镍粉和石墨的粒径独立地为0.5～1.3μm。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的压力为1.3～1.33Pa，温度为1350～1600℃，时间为40～50h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，升温至所述烧结的温度的速率为5～20℃/min。
7.权利要求1～2任一项所述的硬质合金材料或权利要求2～6任一项所述的制备方法得到的硬质合金材料在冷挤压模具凹模中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210924 |
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