專利名稱：一種蜂窩型纖維胞狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金制品及制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種蜂窩型纖維胞狀結(jié)構(gòu)
硬質(zhì)合金及其制備方法。該材料具有良好的橫向斷裂強(qiáng)度、斷裂韌性、耐磨損等性能。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金制品在復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中經(jīng)常損壞，如硬質(zhì)合金鉆頭。損壞形式多以斷 裂、磨損、熱裂紋等為主，材料使用壽命很低，進(jìn)而造成生產(chǎn)成本居高不下，國內(nèi)外的技術(shù)人 員為提高材料的使用壽命從結(jié)構(gòu)和材料方面作了大量的工作，但是為了提高材料的斷裂韌 性，同時(shí)又不降低材料的耐磨性及硬度，單純通過改變硬質(zhì)合金材料中Co的含量或添加其 他一些成分已經(jīng)不能滿足應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種蜂窩型纖維胞狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金及其制備方法，采用宏 觀方法，通過反復(fù)擠壓工藝手段，得到具有微觀組織的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金復(fù)合材料， 該結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金由于邊界為韌性好的高鈷硬質(zhì)合金(或純鈷或其他材料)，故當(dāng)該材料 受到?jīng)_擊時(shí)，能量可以沿著韌性好的邊界進(jìn)行擴(kuò)散，從而使能量得到緩沖降低，進(jìn)而消失， 這樣就可以避免整個(gè)材料的失效。另一方面由于芯部為低鈷材料，故其具有較高的硬度。因 此采用此方法制備的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金復(fù)合材料具有較好的韌性的同時(shí)也具有較 高的耐磨性。 本發(fā)明提供的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金由兩種或3 5種硬質(zhì)合金通過殼、核結(jié) 構(gòu)制備而成的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金。 核體組元為高鈷脆性材料，如硬質(zhì)合金鈷含量(重量)3% 硬質(zhì)合金鈷含量8%
中的一種或2 5種；殼體組元為低鈷韌性較好的材料，硬質(zhì)合金鈷含量15% 硬質(zhì)合金
含量25%中的一種或2 5種或純鈷，成形劑為熱塑性塑料，如聚乙二醇單甲醚MPEG、甲氧
基聚乙二醇、石蠟或改性的礦物油等，成形劑添加量(重量比)為2_20%。 本發(fā)明提供的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金的制備工藝過程如下 (1)將核與殼，按照比例配好，將粘結(jié)劑加入，混合均勻后，利用模壓設(shè)備初次成
形，此時(shí)核為圓柱，殼為兩半環(huán)狀； (2)將核放入殼中，將兩者裝入擠壓模具內(nèi)，然后將擠壓模具加熱，升溫到所需擠 壓溫度時(shí)，開始擠壓，擠壓變徑比范圍為l : 10-1 : 20，擠壓溫度為3(TC-10(TC，擠壓壓力 為150-1000MPa，得到擠壓坯； (3)將步驟(2)所制備的擠壓坯組合成一束，重新裝入擠壓模具，重復(fù)步驟(2)，經(jīng) 過多次重復(fù)，得到蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金擠壓坯； (4)將步驟(3)制得的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金擠壓坯，裝入真空爐祛除粘結(jié)劑， 溫度為75°C -80(TC，真空爐真空度最高為1*10—4MPa。 (5)將脫脂干凈的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金壓坯，進(jìn)行熱壓燒結(jié)，升溫速度為5-30°C /min，燒結(jié)溫度為1350_1470°C，壓力為200-800MPa，保溫15-120min，隨爐降溫至 20(TC以下出爐。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，該材料具有良好的橫向斷裂強(qiáng)度、斷裂韌性、耐磨損等性能。 其典型特點(diǎn)為該硬質(zhì)合金主要由兩種結(jié)構(gòu)組元構(gòu)成第一結(jié)構(gòu)組元核(簡稱核)，為低鈷 脆性材料；第二結(jié)構(gòu)組元?dú)?簡稱殼)，為高鈷韌性較好的材料。


圖l為核的示意圖。
圖2為殼的示意圖。
圖3為擠壓坯的示意圖。 圖4為蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金擠壓坯的示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1以YG3為核，以YG15為殼，以聚乙二醇單甲醚MPEG為粘結(jié)劑，制備纖維蜂
窩狀胞形硬質(zhì)合金，經(jīng)過若干次熱擠壓，采用氫氣氣氛脫酯，脫酯溫度為75°c -so(rc，將脫
完酯后的硬質(zhì)合金采用熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為144(TC，該硬質(zhì)合金胞狀結(jié)構(gòu)已達(dá)到微米級(jí)
別，其力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗彎強(qiáng)度(MPa)斷裂韌性(1^ ^*^)
14.55~14.83>91>1900>14.2 實(shí)例2、以YG3為核，以YG20為殼，以石蠟為粘結(jié)劑，制備纖維硬質(zhì)合金復(fù)合材料，
經(jīng)過若干次熱擠壓，采用氫氣氣氛脫蠟，脫蠟溫度為75°C -800°C ，脫蠟時(shí)間為15個(gè)小時(shí)，將
脫完蠟后的硬質(zhì)合金采用熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為143(TC，該硬質(zhì)合金胞狀結(jié)構(gòu)已達(dá)到微米
級(jí)別，其力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗彎強(qiáng)度(MPa)斷裂韌性(MPa515^)
14.45~14.75>90.5>2100>14.9 實(shí)例3、以YG6為核，以YG20為殼，以石蠟為粘結(jié)劑，制備纖維硬質(zhì)合金復(fù)合材料， 經(jīng)過若干次熱擠壓，采用真空脫蠟，真空度小于100Pa，脫蠟溫度為75°C -SO(TC，脫蠟時(shí)間 為13個(gè)小時(shí)，將脫完蠟后的硬質(zhì)合金采用熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為144(TC，該硬質(zhì)合金胞狀
結(jié)構(gòu)已達(dá)到微米級(jí)別，其力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下表所示
密度(g/cm3)硬度(HRA)抗彎強(qiáng)度(MPa)斷裂韌性(MPa5157^)
14.38~14.55>89>2400>15.3
權(quán)利要求
一種蜂窩型纖維胞狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，其特征在于，由兩種或3-5種硬質(zhì)合金通過殼、核結(jié)構(gòu)制備而成的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金；核為低鈷脆性材料硬質(zhì)合金鈷含量3％～硬質(zhì)合金鈷含量8％中的一種或2～5種；殼為高鈷韌性較好的材料硬質(zhì)合金鈷含量15％～硬質(zhì)合金鈷含量25％中的一種或2～5種；成形劑為熱塑性塑料聚乙二醇單甲醚MPEG、甲氧基聚乙二醇、石蠟或改性的礦物油。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，成形劑摻入量的范圍為2-20%重量比。
3. —種制備權(quán)利要求1或2所述硬質(zhì)合金的方法，其特征在于，工藝步驟為(1) 將核與殼，按照比例配好，將粘結(jié)劑加入，混合均勻后，利用模壓設(shè)備初次成形，此 時(shí)核為圓柱，殼為兩半環(huán)狀；(2) 將核放入殼中，將兩者裝入擠壓模具內(nèi)，然后將擠壓模具加熱，升溫到所需擠壓溫 度時(shí)，開始擠壓，擠壓變徑比范圍為1 : 10-1 : 20，擠壓溫度為3(TC-10(TC，擠壓壓力為 150-1000MPa，得到擠壓還；(3) 將步驟(2)所制備的擠壓坯組合成一束，重新裝入擠壓模具，重復(fù)步驟(2)，經(jīng)過多 次重復(fù)，得到蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金擠壓坯；(4) 將步驟(3)制得的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金擠壓坯，裝入真空爐祛除粘結(jié)劑，溫度 為75°C -80(TC，真空爐真空度最高為1*10—4MPa。(5) 將脫脂干凈的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金壓坯，進(jìn)行熱壓燒結(jié)，升溫速度為5-30°C / min，燒結(jié)溫度為1350-1470。C，壓力為200-800MPa，保溫15-120min，隨爐降溫至200。C以下 出爐。
全文摘要
一種蜂窩型纖維胞狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金及其制備方法，屬于粉末冶金制品及制備工藝。由兩種或3-5種硬質(zhì)合金通過殼、核結(jié)構(gòu)制備而成的蜂窩型纖維胞狀硬質(zhì)合金；核為低鈷脆性材料硬質(zhì)合金鈷含量3％～硬質(zhì)合金鈷含量8％中的一種或2～5種；殼為高鈷韌性較好的材料硬質(zhì)合金鈷含量15％～硬質(zhì)合金鈷含量25％中的一種或2～5種；成形劑為熱塑性塑料聚乙二醇單甲醚MPEG、甲氧基聚乙二醇、石蠟或改性的礦物油。工藝為采用模壓工藝制備核與殼結(jié)構(gòu)，然后將核、殼組合在一起，再利用多次熱擠壓工藝使之形成蜂窩纖維胞狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金擠壓坯，最后采用真空脫脂工藝或保護(hù)氣氛脫脂及快速熱壓燒結(jié)工藝制備而成。優(yōu)點(diǎn)在于，該材料具有良好的橫向斷裂強(qiáng)度、斷裂韌性、耐磨損等性能。
文檔編號(hào)C22C1/08GK101760661SQ20091024130
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者丁光玉, 丁存光, 姜麗娟, 張瑞勇, 李 一, 李楠, 李紅云, 李紅印, 柳學(xué)全, 霍靜 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院