[其他]双晶优化比为2.2的碳化钨-钴合金的制法

说明书

本发明属于粉末冶金生产工艺领域，硬质合金的WC晶粒组成及结晶形态，对WC-Co类凿岩硬质合金的物理机械性能及使用效果有着重大的影响，合金的组织结构与性能的关系是材料科技人员十分关注的问题。

为制取高抗冲击能力含钴量低的WC-Co类合金，目前有多种方法。应用热等静压技术生产低孔隙的合金获得明显的成效，但设备复杂，生产成本高昂，投资为采用氢气钼丝炉或真空烧结炉方法生产的3-5倍，推广受到限制。生产厂家力图通过提高WC晶粒尺寸来提高合金韧性，往往因WC晶粒不够完整，在冲击力作用下，易产生“穿晶断裂”。也由于WC晶粒增粗，晶粒间的邻接度增大，当WC晶粒尺寸增大到某一范围时，合金的强度反而下降。因此，WC-Co类凿岩合金的耐冲击能力问题，至今尚未得到满意的解决。

美国Rudy教授1976年先后两次提及“双重晶粒结构”（dual    grain    structcere）的概念，并以WC-Tic-Co系切削用硬质合金为例作阐述。至于实践中如何实现，能否应用于WC-Co类凿岩合金的生产，都未能提及。日本铃木寿教授还认为属于非均匀类的“双重晶粒结构”硬质合金中大WC晶粒将成为裂纹源而降低合金的强度。因此，WC-Co类凿岩合金的理想结构尚未定论，工艺方法也有待于探索。

本发明的目的在于制取一种“双重晶粒结构”并且WC晶粒优化比K＝2.2±0.1的凿岩用WC-Co类硬质合金，此类合金其WC晶粒平均尺寸2.2-3.2（微米），其两侧有两个粒度范围，它们的个数比例关系是：大于平均晶粒尺寸的WC粗＝（30～32）%，小于平均晶粒尺寸的WC_细＝（70～68）%，其优化比K＝WC_细/WC_粗＝2.2±0.1。

本发明的特点在于选用粒度不同的粗细两种W粉制取粒度不同结晶完整的粗、细两种W粉，以1∶2的配比作两次投料分段湿磨最后采取真空磁场烧结，获得了凿岩用WC-Co类“双重晶粒结构”硬质合金。

本发明的方法过程（1）在于选用一阶段还原制得的粒度大于12（微米）的粗W粉和粒度为5～9（微米）的细W粉，按6.04～6.10%的比例配碳，制取结晶完整、粗细不同的两种WC粉。其总碳含量为（6.12～6.16）%，游离碳则应小于0.06%，平均粒度分别为＞12（微米）和＞6（微米）。方法过程（2）在于选用两次投料分段湿磨的方法制备混合料。第一次投细WC粉占WC粉总用量的2/3（重量）和全批量钴粉，加酒精磨（16～24）小时。第二次投入粗WC粉，占WC总用量的1/3，加酒精继续研磨14～18小时，具体方案见表一。对于同一种粒度较粗的WC粉，采用表一的工艺方案，也能得到较大K值的合金，方法过程之（3）在于选用“磁场烧结法及其烧结炉”的烧结设备和工艺，在大于100（奥）磁场中，按升温-固相预烧-升温-液相烧结-冷却等五个阶段进行，其中以固相预烧和液相烧结两个阶段最重要。预烧温度在1200-1260℃范围，并按含钴量升高或碳含量升高，烧结温度取下限，反之取上限。保温时间依产品单重确定，单重在12-100克时，保温时间90～120分钟。烧结温度在1460～1420℃范围。对于含钴量（4-10）%（重量），平均晶粒尺寸2-4（微米）的WC-Co合金，随含钴量增加和晶粒降低烧结温度适当降低，采用普通真空炉烧结，应用以上工艺也能获得一定效果。

表一    两次进料分段湿磨混料方案

注：〔1〕-用f·s·s·s法测定。

〔2〕-为合金中WC总量的百分数。

采用上述方法生产的合金，WC晶粒的分布状态见附图一、附图二。其特点是K＝2.2±0.1且具有双峰分布的规律。

其实施例为：以橡胶（或石蜡）作成型剂，制取WC-（6～9.5）%钴的合金，其过程及效果如下：

以松装比重2（克/厘米³）的合格WO₃粉，在钼丝炉和五带七管炉中用氢气一次还原成粗、细两种不同粒度范围的钨粉，并在碳管炉中制取WC粉。还原及碳化工艺制度如下：

粗W粉的制取：以装舟量2.5公斤/舟，推舟速度每40分钟推一舟，在1200±10（℃）的钼丝炉中一次还原得到氧含量0.058%，铁含量0.005%，平均粒度大于12（微米）的粗W粉。