[发明专利]含锆和铌的硬质合金体及其制备方法

说明书

本申请是申请号为200480022850.6、申请日为2004年10月6日、发明名称为“含锆和铌的硬质合金体及其制备方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明提供具有提高的塑性变形抗力的硬质合金烧结体，其包括碳化钨(WC)、粘结剂金属相和一种或多种固溶体相，所述固溶体相包括元素周期表I Vb，Vb和VI b族中至少一种元素的至少一种碳化物、氮化物和碳氮化物。本发明也提供制备这种硬质合金烧结体的方法。这些硬质合金烧结体可用于制造刀具，特别是用于加工钢及其他金属或金属合金的可标度刀头。

背景技术

由例如Nemeth等的美国专利Re.34,180可了解硬质合金烧结体以及制备该合金体的粉末冶金方法。钴最早被用作主要组元-碳化钨的粘接剂金属，但是，如美国专利6,024,776的教导，钴镍铁合金显示尤其可用作碳化钨以及钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼和钨中之至少一种元素的其他碳化物、氮化物和碳氮化物的粘结剂相。

已进行了大量的尝试，以便改善采用粉末冶金方法制备的硬质合金烧结体的性能或特性。这些性能包括(但不限于)硬度、耐磨性、高温塑性变形性能、密度、磁性能、耐侧面磨损性能和火口形成抗力。为了提供在高速切削速度下具有改善耐磨性能的刀具，已知例如硬质合金烧结体中应该含有较高的钛或钽和铌。但是，另一方面，已知钛或钽或铌与碳化钨形成固溶碳化物，因此增加这些元素的含量会导致强度明显下降，原因在于随着固溶碳化物的形成，提供硬质合金烧结体最大强度的碳化钨相的量减少。

另外，为本领域的专业人员周知的事实是添加锆与铪能够同时提高硬质合金烧结体的室温和高温下的强度。但是，强度提高的同时，硬度和耐磨性下降。此外，添加锆的一个缺点是锆与氧的亲和力很高，且润湿性差，这会妨碍制备硬质合金烧结体所采用的烧结过程。

美国专利5,643,658和5,503,925(在此通过引用并入这两项专利)的目的是借助在碳化钨与铁族粘结剂金属的混合物粉末中添加锆和/或铪的碳化物、氮化物和碳氮化物改善硬质合金烧结体的热硬度和高温耐磨性。结果锆和铪中至少之一的硬相与IVb，Vb和VIb族金属(但排除锆和铪)的其他硬相共存，所述硬相在每种情况下均与碳化钨形成固溶体。由于锆与氧的亲和力高，因此，原料粉末材料必须含有极低的氧，或者必须通过使用还原性烧结气氛控制氧含量。

2002年12月13日公开的JP-A2-2002-356734公开了包含WC、由至少一种铁族金属构成的粘结剂相和一种或多种固溶体相的硬质合金烧结体，其中，一种所述固溶体相包括Zr和Nb，除了该固溶体相之外，所有的固溶体相均包含Ti，V，Cr，Mo，Ta和W中之至少一种元素，但不许含有Zr和Nb。根据该日本专利文件，当钽含量(按TaC计算)低于总组成的1重量％时，能够获得最佳的切削结果。

本发明的目的是获得在高温下具有较高塑性变形抗力，并且因此具有较高耐磨性的新型硬质合金烧结体。此外，本发明的目的是提供生产所述硬质合金烧结体的粉末冶金方法。更具体地，本发明的一个目的是提供具有含锆和铌的至少两种共存固溶体相，或者单一含锆和铌的均匀固溶体相的硬质合金烧结体。

本发明的另一个目的在于提供一种生产所述硬质合金烧结体的方法，包括提供粉末混合物的步骤，该粉末混合物在烧结时，能够提供至少两种共存固溶体相或者单一均匀固溶体相(两种情况下均含锆和铌)，并且使元素周期表IVb，Vb和VIb族元素的硬组元具有改善的烧结活性与润湿性。

发明内容

本发明的一种形式是具有较高塑性变形抗力的硬质合金烧结体。该硬质合金烧结体包括碳化钨、含有至少一种铁族金属或其合金的粘结剂相，以及一种或多种固溶体相，其中，每一种固溶体相包含至少一种锆、铌与钨的组合的碳化物和碳氮化物。

本发明的另一种形式是生产所述硬质合金烧结体的方法，其包括如下步骤：提供包括碳化钨、含有至少一种铁族金属或其合金的粘结剂金属粉末，以及至少一种锆与铌的碳化物和碳氮化物的粉末混合物；将所述粉末混合物制成生坯；以及在1400-1560℃下对所述生坯进行真空烧结或HIP烧结，其中，采用粉末状锆与铌的碳化物或碳氮化物的固溶体形成所述粉末混合物。

本发明的又一种形式是包括具有前倾面和侧面的刀体的刀具，其中，前倾面与侧面在其交截处相交，形成切削刃。刀体包含碳化钨、含有至少一种铁族金属或其合金的粘结剂相、以及一种或多种固溶体相，每种固溶体相包含锆、铌和钨的组合的碳化物和碳氮化物中的至少一种。