[发明专利]一种粘结相的碳化钨硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐磨部件的硬质合金领域，涉及一种以Fe₃Al为粘结相的碳化钨硬质合金。 

背景技术

硬质合金是一种以难熔金属化合物(WC、TaC、TiC、NbC等)为基体,以过渡族金属(Co、Fe、Ni)为粘结相,通过粉末冶金方法制备的金属陶瓷工具材料,具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小以及化学性质较为稳定等优点,被广泛应用于切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领域。 

硬质合金的粘结相在合金整体性能中扮演很重要的角色。现阶段常见的WC基硬质合金的粘结相主要分为Co粘结相和非Co粘结相，其中Co粘结相的WC基硬质合金牌号为YG系列，已经广泛应用于切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领域。YG系列硬质合金在使用过程中一旦被破坏时硬质相WC基本上是脆性断裂而粘结相Co则具有大的变形能力。虽然粘结相Co在合金中所占的体积百分数不大但它却消耗了绝大多数的断裂能，故合金的强度和韧性在很大程度上取决于粘结相的强度和韧性。在YG系列硬质合金中硬度和韧性呈矛盾存在，硬质合金的韧性可以通过提高粘结相Co的含量来提高，但粘结相Co含量提高的同时也会造成合金整体硬度下降，耐磨性降低， 

另一方面YG系列硬质合金也具有材质脆硬、韧性差而且价格高等缺陷,其这些缺陷使其难以被制成大尺寸、形状复杂的构件加以应用。实际使用中硬质合金与钢体材质的焊接是弥补其不足的主要方法,但是钎焊的过程难以避免高温加热，甚至焊接后的热处理。这些高温处理对线膨胀系数相差比较大的硬质相WC和粘结相Co来说很容易产生很大的内应力，造成微裂纹，降低硬质合金的各方面性能。因此期望YG系列硬质合金的硬质相和粘结相能有较小的线膨胀系数差，粘结相不仅具有更好的力学性能和粘结性能的同时还能够降低成本。 

发明内容

技术问题：本发明提供一种以金属间化合物Fe₃Al为粘结相、可以提高材料耐磨性的粘结相的碳化钨硬质合金及其制备方法。 

技术方案：本发明的粘结相的碳化钨硬质合金，包括作为硬质相的碳化钨粉末和作为粘结相的Fe₃Al合金粉末，碳化钨的粒径范围为3～5μm，Fe₃Al粉末占硬质合金的质量百分比为5.5%～15%，粒径范围为1～3μm，Fe₃Al合金的成分包括： 

Al  14%～17%； 

Cr  1.3%～6.0%； 

Nb  2.0%～2.4%； 

Zr  0.3%～0.5%； 

B   0.1%～0.3%； 

Ce  0.2%～0.5%； 

Fe  75%～80%。 

本发明的制备粘结相的碳化钨硬质合金的方法，包括如下步骤： 

a）首先将提前过筛选好粒度均匀的碳化钨粉末和Fe₃Al合金粉末按85:15～94.5:5.5比例范围配好，并添加占碳化钨粉末与Fe₃Al合金粉末混合物总质量0.5%～1%的硬脂酸配料作为添加剂，在球磨机中进行混合并研磨45～50小时； 

b）将混合并研磨后的原料经真空干燥后筛分去除团聚体，然后制粒，再在900～1200kg/cm²的压力下进行压制，制成压坯； 

c）将制好的压坯置于真空度为4×10^-4MPa～5×10^-4MPa的真空烧结炉中加热至1250℃～1350℃真空烧结1～2小时，接着在1250℃～1350℃和100～120MPa下进行1～2小时的热等静压处理，制成硬质合金。 

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点： 

本发明提出了一种以金属间化合物Fe₃Al为粘结相的WC新型硬质合金及其真空烧结工艺。通过用Fe₃Al作为新的粘结相替代Co，从而提高硬质合金 的硬度及耐磨性能，同时降低了硬质相与粘结相之间的线膨胀系数差，并且还使硬质合金制备成本降低。经新粘结相真空烧结后制备的硬质合金，获得硬质相与粘结相的良好粘合，如图1所示，从图中可以看出，硬质相WC与粘结相Fe₃Al能良好粘合，硬质相WC的颗粒大小在3～5μm左右。通过这种方法获得的硬质合金，性能改进如下： 

1）提高硬度和耐磨性。粘结相Co的硬度为HB=125；粘结相Fe₃Al的硬度为HRC≥29。