[发明专利]一种适于碳素钢与合金钢加工的硬质合金及其制备方法

说明书

本发明的适于碳素钢与合金钢加工的硬质合金通过调整聚乙烯蜡，线性低密度聚乙烯，钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、钨粉、二氧化硅、氧化锰的科学配比，先注塑成型料坯，然后真空高温高压成型，制备的硬质合金具有极好的耐温、耐磨及冲击韧性等特性。将聚乙烯蜡，线性低密度聚乙烯作为碳源加入，能充分和钨粉、钛粉结合，在高温阶段，聚乙烯蜡和线性低密度聚乙烯会分解出碳原子与钨、硅发生反应，生成碳化钨、碳化硅，能解决适于碳素钢与合金钢加工的硬质合金的脆性大，韧性不足的问题。本发明的硬质合金制备方法简单易行，可方便用于大批量生产。

技术领域

本发明涉及一种合金工艺，特别是硬质合金，更具体地，涉及一种适于碳素钢与合金钢加工的硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，被誉为“工业牙齿”，广泛用于刀具材料、机械加工、航空航天、高压高温试验等领域。国内市场上普遍应用的硬质合金硬度可达HRA86-93，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍保持高硬度，耐磨性较差。

传统硬质合金是以Co、Ni、Fe单质元素为粘结相、以WC为硬质相。随着使用温度的升高，特别是在400℃以上，Co、Ni、Fe单质元素为粘结相和WC硬质相开始发生氧化，导致传统硬质合金抗弯强度、硬度等性能显著降低，高温使用寿命也显著降低。

在碳素钢与合金钢加工时的常用硬质合金为刀具材料，加工时刀具与工件接触面，容易产生高温，常用的硬质合金红硬性低、高温抗氧化性差，易出现龟裂、塌块等情况而使用寿命短，易影响企业的生产效率和生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适于碳素钢与合金钢加工的硬质合金及其制备方法，本发明的硬质合金将聚乙烯蜡，线性低密度聚乙烯，钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、钨粉、二氧化硅、氧化锰的科学配比，先注塑成型料坯，然后真空高温高压成型，制备的硬质合金具有极好的耐温、耐磨及冲击韧性等特性。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

公开的适于碳素钢与合金钢加工的硬质合金，按重量份数计，通过以下原料制备得到：聚乙烯蜡和线性低密度聚乙烯30-75份、钴粉和铁粉15-30份，钨粉15-20份，镍粉3.0-5.0份，铜粉6.0-9.0份，二氧化硅3.0-5.0份，氧化锰0.1-0.3份，除渣剂、球化剂2.0-4.0份，成型剂5.0-8.0份；其中，聚乙烯蜡和线性低密度聚乙烯的质量比为1:2-4，钴粉和铁粉的质量比为1:1-2。

聚乙烯蜡和线性低密度聚乙烯在低温下主要起低温定型，混合作用，将各个组分均匀混合并粘结成块，与各颗粒均匀接触，在高温阶段，会分解出碳原子与钨、硅发生反应，生成碳化钨、碳化硅。

聚乙烯蜡和线性低密度聚乙烯的分子链比较长，在无氧高温作用下，会沿分子链长度方向形成类碳纤维结构，当其与钨、硅等元素发生反应，生产碳化硅、碳化钨等晶体后，也会沿长链方向排列，从而形成链状取向，会显著提高材料的强度和切削能力，可用做刀具加工一些难加工材料。

钴粉、铁粉、镍粉、铜粉作为粘结剂，四者在不同温度阶段生成不同晶体(包括冷却速度)，相互协同作用，作为合金材料的连续相，铜粉的加入，能够提高材料的韧性和导热性，减少硬质合金在工作时的掉块、崩缺等现象，保证加工质量。为合金材料提供韧性、弯矩、剪切强度和团聚度。通过后期温度冷却曲线控制，可以控制钴和铁的晶体结构，达到控制材料强度的目的；得到的适于碳素钢与合金钢加工的硬质合金具有良好的韧性和强度，使用领域广泛。

由于各组分材料的结晶温度、晶体形状与结构等等均不相同，相互配合后，可以实现在不同温度下的协同作用，提高材料的综合性能。