專利名稱：：含稀土的硬質合金的制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及以碳化鎢為基的硬質合金的制造方法，尤其與含稀土的硬質合金的制造方法有關。用具有優(yōu)異綜合性能的硬質合金制作的切削刀具、模具、鉆探工具及其他耐磨、耐沖擊零件是機械、電子、化工、石油、地質等各部門所不可缺少的，添加稀土元素的硬質合金則由于改善了合金的韌性、抗氧化性、抗沖擊性及高溫強度而引起人們關注。含稀土的硬質合金一般都采用粉末冶金工藝，即準備粉末原料、按需要成份配料、經研磨、混合、干燥后冷壓成型，再經燒結制成所需形狀的硬質合金。DE3228692，特開昭59-43840，特開昭61-183439，CN89105708文獻中公開了幾種合金中稀土元素的添加方式。他們是以稀土金屬粉末，稀土氧化物粉末、氮化物粉末作為原料直接與碳化物等粉末混合配制成硬質合金的。使用這些添加稀土元素方式制成的硬質合金與未添加稀土元素的相比能不同程度地改善合金的性能，但存在以下不足?！?〕合金性能不穩(wěn)定，這是由于以這類方式添加稀土元素對合金制造工藝要求較嚴，否則合金中的稀土多以塊狀，多角狀等較粗大稀土相的形態(tài)存在，粗大稀土相在合金中成為夾雜，會抵消稀土元素的良好作用，造成產品性能不穩(wěn)定?！?〕對不同成份體系(主要有WC-Co，WC-TiC-Co，和WC-TiC-TaC(NbC)-Co等系列)、不同牌號、不同稀土種類和添加量的硬質合金必須要通過試驗尋求最佳的制造工藝參數(shù)。由于存在這些不足，限制了稀土硬質合金的大量生產和廣泛使用。本發(fā)明的目的是提出一種稀土硬質合金的制造方法，這種方法通用性強，可在基本不改變原合金制造工藝的條件下明顯提高合金性能。本發(fā)明提出的稀土硬質合金的制造方法主要包括制備含稀土的粉末工序、冷壓成型、燒結制成稀土硬質合金。其中制造含稀土的粉末工序是指制備含稀土的鈷粉(還可含有其他鐵族元素)工序。含稀土的鈷粉可以是機械混合粉末，也可以是用濕法共沉淀制備的含稀土的粉，也可以是合金粉。本發(fā)明制備合金粉工序采用一般合金的熔煉工藝，是以金屬鈷和稀土金屬為原料，按10-40重量%稀土-鈷的配比配料，在氬氣或真空下至少兩次熔煉后得到稀土-鈷的金屬間化合物，經破碎、研磨、過篩得到稀土-鈷中間合金粉末。金屬鈷中還可有其他鐵族元素，如鎳、鐵等。從各稀土元素和鈷的相圖可知，稀土元素和鈷在較大成份范圍內(10-40%)存在各種金屬間化合物，這些化合物硬度高且脆，容易破碎成小塊并研磨成極細的粉末。因此配制此成份范圍內的稀土-鈷合金就很容易制成含稀土的鈷粉。稀土含量較高的合金容易破碎，但稀土含量愈高，加入到硬質合金中的合金粉量就愈少，會影響硬質合金中稀土元素分布的均勻性，因此一般情況下稀土含量不超過40重量%。為得到成份較均勻的稀土-鈷中間合金，至少需熔煉兩次，熔煉次數(shù)越多所得合金越均勻，但稀土損失也愈大。根據(jù)成份要求，將碳化物粉和稀土-鈷合金粉稱重配料，必要時還可加入鈷粉。在研磨過程中，各種粉末充分混合?；旌系姆勰┝峡稍诨静桓淖冊摮煞蒹w系，該牌號硬質合金的原制造工藝的條件下制成性能有明顯提高的含稀土的硬質合金。采用本發(fā)明提出的含稀土的硬質合金的制造方法生產硬質合金可明顯提高合金的抗彎強度。由于稀土元素能以固溶于鈷粘結相和＜0.5微米球狀稀土相的形態(tài)極均勻地分布在合金中，因此各爐次、各批量生產的硬質合金的抗彎強度值波動極小，質量穩(wěn)定。試驗表明，采用本發(fā)明的硬質合金制造方法，對不同成份體系、不同牌號的硬質合金添加不同稀土元素，如Ce、Y、La、Sm、Pr、Nd、或以Ce或Y為主的混合稀土等，可以基本上不改變原合金的工藝參數(shù)而得到性能有明顯提高的硬質合金。用下列非限定性實施例進一步說明本發(fā)明的實施方式及其積極效果。(例中百分含量均為重量百分比)1.采用稀土鈰(Ce)金屬塊和金屬鈷板為原料，分別按10，15，25，30，40%Ce配料，分別放入鎢電極非自耗電弧爐的坩堝中，在氬氣保護下第一次熔煉，得到的鑄錠再在爐中二次熔煉。熔煉后的合金料破碎成小塊后放入硬質合金球磨筒，在酒精介質中研磨24小時，過320目篩，烘干后即得到含不同鈰含量的鈰-鈷中間合金粉。熔煉后合金中的稀土元素有不同程度的燒損。2.采用稀土(釔、釤、鑭、釹、鐠、鈰+釔)金屬塊和金屬鈷板為原料，按稀土金屬的%為10，15，25，30，40配制不同稀土含量的釔-鈷，釤-鈷，鑭-鈷，釹-鈷，鐠-鈷，鈰+釔-鈷中間合金。合金粉制備工藝與例一相同，不同之處是在真空爐中熔煉。3.采用例一和例二中制得的稀土(鈰、鑭、釤、釔)-鈷中間合金粉和市售WC粉，Co粉為原料，按WC-6%Co-0.04%稀土和WC-6%Co配料混合，按WC-6%合金原工藝，即球磨36小時后干燥，混入2%石蠟成型劑，冷壓成型，再在氫氣中于550℃脫除石蠟，然后在真空下1400±10℃燒結1小時，即制得五種硬質合金。其性能見表1。表1</tables>4.采用例一和例二中制得的稀土(釹、釔、鈰)-鈷中間合金粉和市售(Ti，W)C粉，Co粉為原料，按WC-14%TiC-8%Co-0.08%稀土和WC-14%TiC-8%Co配料混合，按合金原工藝，即與例三基本相同的工藝，不同之處是球磨72小時，燒結溫度為1460±10℃。制得的四種硬質合金性能見表2。表2</tables>5.采用例一和例二中制得的稀土(鐠、釹、釔+鈰)-鈷中間合金粉和市售(Ti.W)C粉、Co粉和TaC粉為原料，按WC-6%TiC-3%TaC-8%Co-0.12%稀土和WC-6%TiC-3%TaC-8%Co配料混合后，采用例三的合金制備工藝，其中燒結溫度為1460±10℃，制得四種硬質合金的性能見表3。表3</tables>6.分別采用金屬釔粉，氧化釔粉及15重量%釔-鈷中間合金粉的稀土原料及市售的WC粉和Co為原料，按WC-8%Co-0.04%Y和WC-8%Co(均為重量%)配比混合，采用例三的合金制備工藝，其中燒結溫度為1400±10℃，四種硬質合金的抗彎強度值列于表4。從表4可看出以釔-鈷合金粉形式加入稀土元素的硬質合金不僅抗彎強度提高幅度較大，而且其性能波動幅度也比其他方式的小。表4</tables>注表中數(shù)據(jù)為10個試樣的平均值掃描電鏡透射電鏡觀察合金中的稀土形態(tài)表明，在以釔-鈷合金粉形式加入稀土元素制成的硬質合金中，稀土元素除在鈷粘結相中微量固溶，改變其相結構外，均以＜0.5微米的球狀稀土相存在，而以氧化釔粉或金屬釔粉形式加入的則多以塊狀、多角狀較粗大的稀土相存在。粗大稀土相在合金中成為夾雜，抵消了稀土的良好作用。而且這種稀土相與Co相粘結差，易剝落，從而導致產品性能不穩(wěn)定。7.用例六制得的四種合金分別制成31303C型號的刀片各三件，對一般鑄件進行車削試驗，切削速度81.4米/分，切削量5毫米。不含稀土的合金刀具，加工15件、17件、11件后即出現(xiàn)壞刀尖現(xiàn)象。以金屬釔粉及氧化釔粉方式加稀土元素的合金刀具，加工15，25，18件及10、16、23件后出現(xiàn)壞刀尖現(xiàn)象。而以釔-鈷中間合金粉方式加入的合金刀具加工27件后未出現(xiàn)壞刀尖現(xiàn)象。對以金屬釔粉和以釔-鈷中間合金方式加稀土的兩種刀片進行抗沖擊性能試驗。被加工材料為38CrNi3MoVA鋼棒材，沿棒材軸向開四條寬15毫米的槽，切削速度為每分鐘95米，棒材每轉一周刀片受沖擊四次。結果，以金屬釔粉加稀土的刀片沖擊72次后即出現(xiàn)崩刃，而以釔-鈷中間合金方式加稀土的刀片在沖擊171次后只有刀片的磨損，而未出現(xiàn)崩刃。權利要求1.一種稀土硬質合金的制造方法，包括[1]制備稀土-鈷合金粉，[2]研磨及混合工序，它是將碳化物粉和含稀土的鈷粉研磨及混合，[3]壓制成型工序，[4]燒結工序。2.按權利要求1的一種稀土硬質合金的制造方法，其特征是制備稀土-鈷合金粉工序是配料、至少兩次熔煉、破碎、研磨、過篩，其中稀土元素的含量為10-40重量%。全文摘要本發(fā)明提出了一種含稀土的硬質合金的制造方法。采用以合金化法制取的稀土—鈷合金粉為原料與其它粉末原料配料后制成含稀土的硬質合金。用本發(fā)明的方法制造的合金，由于合金中的稀土元素以＜0.5微米球狀稀土相分布均勻，因此能充分發(fā)揮稀土元素的作用。與其它添加方式相比，可以在基本不改變合金原生產工藝的條件下明顯提高合金性能，而且不同爐、批次的產品性能穩(wěn)定、重復性好。文檔編號B22F9/00GK1058233SQ9010458公開日1992年1月29日申請日期1990年7月18日優(yōu)先權日1990年7月18日發(fā)明者賀從訓,汪有明,楚建新,林晨光申請人:北京有色金屬研究總院