[发明专利]一种添加纳米TiC0.5N0.5的高焊接性能硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明为一种硬质合金的制备方法，特别涉及添加纳米TiC_0.5N_0.5的高焊接性能硬质合金的制备方法，属于刀具材料领域。

背景技术

硬质合金是以难熔金属碳化物(如WC，TiC)为硬质相，以铁族金属元素(Fe、Co、Ni)作为粘结相，用粉末冶金工艺生产的具有高硬度高耐磨性的多相材料。硬质合金具有十分优异的性能，但硬质合金价格昂贵。而且，在许多零部件在使用时并不需要整体都用硬质合金制造。所以，为扩大硬质合金的应用范围，降低硬质合金制品的成本，将硬质合金与韧性较好、强度较高、加工性能优异的、廉价的钢连接起来使用，具有重要的实用价值。长期以来，焊接式硬质合金刀片在机加工中应用十分广泛。虽然目前机夹刀具渐渐代替了绝大多数焊接式刀具，例如瑞典焊接刀具占10％美国、日本和德国占20％，但是在我国焊接式刀具还用得较多。

分析硬质合金与钢的焊接，加热和冷却是两个紧密相关的过程。金属具有热胀冷缩的物理特性，其热胀冷缩的程度是由该材料的线膨胀系数决定的。线膨胀系数越大，热胀冷缩的程度越大。在20～900℃温度内，硬质合金的线膨胀系数为：YT类(4～7)×10^-6，YG(5～7)×10^-6，钢(11～14)×10^-6。可见硬质合金与钢的线膨胀系数相差悬殊。因此，在焊接过程中，两者的热胀冷缩程度也相当悬殊。因为硬质合金的线膨胀系数约为钢的一半，所以，在焊接的高温下冷却后硬质合金的收缩量要比钢小一半左右。但实际上硬质合金刀片与钢刀杆焊接后通过焊缝牢固地联接在一起，刀片与刀杆之间的自由收缩受到限制，从而在线膨胀系数大的钢在焊缝附近产生拉应力，而焊缝处线膨胀系数小的硬质合金受压应力。拉应力和压应力的综合作用必将引起硬质合金和钢的变形，甚至产生裂纹、形成空穴、裂纹和断裂等失效行为。因此硬质合金这种线膨胀系数与钢相差很大、高硬度、低塑性的多孔隙材料在焊接中，表现出极大的裂纹倾向，必须考虑消除应力问题。

目前各使用采用的焊接加热方式有炉子，(油炉、焦炭炉、电炉)加热、氧乙炔气体加热、电接触加热及高频感应等，其中最为理想的是高频感应加热焊接。因为高频感应加热温度比较均匀，热传递稳定性好，操作容易而且焊接后的刀片表面残余应力较小，减少了刀片焊接裂纹的产生。但是由于焊接热残余应力非常大，实际生产中YT15，YT5，YG8，YG6等许多牌号的硬质合金刀片焊接后出现整体裂纹而无法正常使用。

发明内容

本发明针对目前焊接刀片存在的因硬质合金刀片与钢刀柄热膨胀(收缩系数)存在巨大差异，而产生的焊接热残余应力易导致刀片裂纹的现状，发明了一种高焊接性能的硬质合金，解决了这一问题。

本发明的高焊接性能的硬质合金的制备方法，其特征是在硬质合金粉末中添加经过超声分散的纳米TiC_0.5N_0.5粉末进行高能湿磨、然后进行压制和真空烧结。

本发明的高焊接性能的硬质合金的制备方法，其进一步的特征在于：

(1)纳米TiC_0.5N_0.5粉末的超声分散时间为1～6h，分散介质为丙酮；添加的纳米TiC_0.5N_0.5粉末的质量百分数为1-5％；

(2)高能球磨在行星球磨机中进行，转速为400r/min，球磨时间为24～48h，研磨球为直径Φ10mm的WC-8wt％Co硬质合金球，球料比(wt％)为5∶1；湿磨介质为无水乙醇，并加入1.0～2.0wt％的成型剂聚乙二醇，无水乙醇加量为250～300ml/Kg；

(3)球磨后经过过滤和干燥，混合粉末在300～400MPa的压力下成型；

(4)烧结在真空炉中进行，脱成型剂在真空度高于10～15Pa下进行，在400℃～600℃之间保温2～4h；烧结真空度高于1～5×10^-2Pa下进行，烧结温度为1440℃～1480℃，保温时间为1～1.5h；

本发明的优点在于：