[发明专利]一种凿岩工具用的硬质合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材质及其制造方法，特别是涉及一种凿岩工具用的硬质合金。

背景技术

在实际工作中，凿岩工具承受着复杂多变的载荷，所以要求凿岩工具用的硬质合金具有强度和硬度的良好的配合，而这一点对于钨钴硬质合金来说是极其困难的：含钴量高、含碳化钨量低的硬质合金韧性好，但硬度低、耐磨性差；而含钴量低、含碳化钨量高的硬质合金硬度高、耐磨性好，但韧性低，不耐冲击，容易脆断和崩裂。也就是说，硬质合金的硬度和强度，韧性和耐磨损性能之间存在着尖锐的矛盾，难以同时提高。长久以来，很多材料科学家做了大量的工作，获得了一些进步。如：20世纪末期，世界最著名的硬质合金公司——瑞典山特维克(SANDVIK)采取原子扩散的工艺，使得硬质合金表层和心部的含钴量有所不同，表层含钴量很低达到3-5％，从而达到表层耐磨；心部含钴量大约为10％，达到韧性好、耐冲击的性能，从而解决了耐磨性和韧性这样一对矛盾；此外，目前还有很多公司采取不同的碳化物颗粒配比，调整钴相的分布，减少孔隙率，制成双峰或三峰的钨钴合金，等等。但是这些处理方法要么是工艺复杂，成本昂贵；要么就是没有达到理想的强度和韧性的良好配合程度。因此，寻找出一种更好的制造凿岩工具用的硬质合金方法仍然是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更加简单、便捷的途径来使硬质合金能够更好地适合于凿岩工具。

针对目前存在的问题，本发明在硬质合金的表层(如齿尖的表层)和基体采取了两种不同粒度、不同钴含量的钨钴合金，来制造出新的硬质合金，即在表层的组分中采用粒度较细颗粒的碳化钨，低钴含量，在基体的组分中采用平均粒度为较粗颗粒的碳化钨，高钴含量。通过微波烧结，得到的硬质合金在其表层具有高硬度、高耐磨性；而基体具有高韧性，耐冲击的特征，较好地适应了凿岩工具的工况，大大地提高了其使用寿命。

下面详细说明：

硬质合金的表层，其特征是，各组份的质量百分比为：WC粉92％～95％，Co粉5％～8％，其中WC粉的颗粒范围为0.6～0.8μm；Co粉颗粒范围为1.0～1.5μm。

硬质合金的基体，其特征是，各组份的质量百分比为：WC粉90％～94％，Co粉6％～10％，其中WC粉由三种粒度组成：A,较细颗粒的WC粉占WC粉重量的25～35％；B,中等颗粒的WC粉占WC粉重量的25～35％；C,较粗颗粒的WC粉占WC粉重量的35～50％；所述A类WC粉的颗粒范围为0.8～1.2μm,B类WC粉的颗粒范围为1.5～2.3μm,C类WC粉的颗粒范围为2.5～3.5μm；Co粉粒度范围为1.0～1.5μm。

将基体混合粉粉末和表层混合粉粉末，分别进行球磨、掺胶等工序处理后，压制成凿岩工具用的硬质合金毛坯；使得表层混合料粉末均匀地包裹在基体表面的至少一部分上；表层混合料的厚度为1～5mm可调。

上述步骤中，将目前硬质合金行业通用的压机再增加一套送料机构，使其能够两次送料，第一套送料机构送基体料，第二套送料机构送表层料，基体料在下面，表层料在上面，然后压制成锥形齿或球形齿毛坯。

本发明的硬质合金利用微波烧结，与传统的真空烧结，包括低压烧结相比，微波烧结的优点在于：1、细颗粒碳化钨不会或难以长大。2、合金内的钴来不及远程扩散，就是说基体心部的高钴含量来不及扩散到表层中去。3、由于微波烧结的“体加热效应”使得心部和表层的结合处会产生一个很好的过渡层，结合面不会开裂，二者结合的非常牢固。4、微波烧结的合金密度较高，孔隙率很低。

上述微波烧结炉的参数如下：总功率50千瓦连续可调，频率2.45GHz,真空和保护气氛均可，装炉量：100Kg，冷却方式：风冷。

上述微波烧结炉的具体工艺为:该工艺为三阶段：脱脂、氧化还原及最终致密化三个阶段；脱脂阶段控制条件为：惰性气体保护，压力：3*10³～20Pa；温度：室温～400-600℃；升温速度：3～20℃/分，400～600℃时保温10～30分；然后以10～30℃/分的速度升温至氧化还原阶段；氧化还原阶段控制条件为：惰性气体保护，压力：3*10³～20Pa；温度：900～1200℃；保温：30～40分；然后以10～20℃/分的速度升温至最终致密化阶段，该阶段控制条件为：惰性气体保护，压力：0～0.3MPa；温度：1250～1390℃；最高温度时保温时间：20～40分；最终致密化阶段完成以后，风冷至150℃以下出炉。

上述惰性气体可以为氮气或氩气。