[发明专利]Ta/Nb固溶体弥散分布的WC-Co硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种WC-Co硬质合金，尤其涉及一种Ta/Nb固溶体弥散分布的WC-Co硬质合金及其制备方法。

背景技术

细颗粒硬质合金刀片及以其为基体的涂层刀片广泛应用于金属切削加工领域。细颗粒硬质合金刀片基体一般是采用粉末冶金工艺烧结而成，其主要由金属碳化物硬质相（如WC）、金属粘结相（如Co）及晶粒长大抑制剂组成。但由于目前主要采用的晶粒长大抑制剂为Ta、Nb、Cr、V、Ti等的金属碳化物或其两种或两种以上组合的金属碳化物固溶体，这些金属碳化物及其固溶体与硬质合金粘结相Co的润湿性均不如WC，所以导致添加晶粒长大抑制剂对合金强度是不利的。

对于细颗粒硬质合金（WC粒度一般为0.6μm～3μm）而言，目前主要采用单独添加低含量（一般低于0.5wt.%）的TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体或再添加Cr₃C₂作为晶粒长大抑制剂，如目前市场广泛使用的涂层硬质合金数控刀片都是以这些体系为基体。在烧结过程中，TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体相会形成聚集，而Cr₃C₂作为晶粒长大抑制剂时对TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体相的聚集几乎不产生影响。能谱分析结果显示，在TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体聚集区域无Co。因此，TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体聚集会造成Co相分布不均及硬质相局部聚集，在受外载时极易引起局部应力集中而影响刀片的使用性能。

在烧结过程中，TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体通过溶解-析出过程长大。当TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体的添加量超过在其合金成分体系中的Co相的饱和固溶度时，烧结过程中TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体呈点状弥散分布。但是，当TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体的添加量增多时，其切削性能显著降低。

US8211358B2号美国专利文献公开了一种采用含W的复式碳化物（Me、W）C并通过控制碳化物成分进行正常烧结从而获得细化的含Ta或Nb的固溶体相。其中，Me为Ti、Ta、Nb、Zr、Hf和V中的一种或多种金属元素的组合。但是，采用该复式碳化物并控制其中金属元素的含量一方面会显著增加原料成本，另一方面，Ti、Zr、Hf和V等元素的加入会显著改变合金成分，从而对性能会产生一些不利影响。

目前，在不改变合金成分的基础上消除此类合金中TaC、NbC或（Ta，Nb）C固溶体聚集的文献还未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在不改变现有硬质合金成分的基础上，实现Ta/Nb固溶体弥散分布的细颗粒WC-Co硬质合金，还提供一种简单方便、效果显著、能抑制Ta/Nb固溶体聚集的WC-Co硬质合金的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种Ta/Nb固溶体弥散分布的WC-Co硬质合金，包括WC硬质相、金属Co粘结相、Ta/Nb固溶体相，所述金属Co粘结相在所述WC-Co硬质合金中的质量分数为a：3%≤a≤15%；所述Ta/Nb固溶体相包括TaC固溶体、NbC固溶体或（Ta，Nb）C固溶体中的至少一种，且满足，0.004≤(m_Ta+m_Nb)/m_Co≤0.083（优选0.004≤(m_Ta+m_Nb)/m_Co≤0.065，在该优选的条件下，Ta/Nb固溶体在WC-Co硬质合金中更容易呈点状弥散分布），其中，m_Ta为Ta元素的总质量，m_Nb为Nb元素的总质量，m_Co为Co元素的总质量；Ta/Nb固溶体在WC-Co硬质合金中呈点状弥散分布，其点状区域面积的等效圆直径（表示与该点状区域面积相等的圆的直径，也可视为是Ta/Nb固溶体的粒径）不超过WC平均粒度的3倍。

上述的WC-Co硬质合金中，WC硬质相中WC的平均粒度优选0.6μm～5μm，更优选0.8μm～2μm。

上述的WC-Co硬质合金中，还优选包含有Cr₃C₂相，所述Cr₃C₂相在所述WC-Co硬质合金中的含量≤0.2×a 。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了上述Ta/Nb固溶体弥散分布的WC-Co硬质合金的制备方法，包括以下步骤：