[发明专利]一种宏观梯度硬质合金锥形柱齿及其制备方法

说明书

本发明公开了一种宏观梯度硬质合金锥形柱齿及其制备方法，包括以下步骤：分别制备WC粒度不同、Co含量相同、碳含量不同的混合料A和混合料B；依据实际收缩系数设计模具，采用正向压制，先将混合料B加入模具中预压，再加入混合料A压制成混合压坯；烧结时，在1280℃‑1430℃进行分压烧结，通入氩气20‑60mba，冷却时，在1430℃‑1350℃缓慢冷却，在1350℃‑1250℃快速冷却，1250℃‑室温，自然冷却至室温，出炉得到宏观梯度硬质合金锥形柱齿。本发明的宏观梯度硬质合金锥形柱齿的表层具有高韧性、芯部具有高硬度和耐磨性，提高了锥形柱齿的使用寿命。

技术领域

本发明属于硬质合金技术领域，具体涉及一种宏观梯度硬质合金锥形柱齿及其制备方法，本发明的宏观梯度硬质合金锥形柱齿尤其适用于锥形牙轮钻齿等矿用柱齿。

背景技术

硬质合金由难熔金属硬质化合物和粘结金属(主要是Co)组成。传统的硬质合金都是均匀结构，这种均匀结构的硬质合金在耐磨性与强韧性之间存在一种矛盾，即钴含量低则硬度和耐磨性高而韧性低，反之钴含量高则韧性高而硬度和耐磨性差。在相同钴含量的条件下，碳化钨的粒度对硬度与韧性会带来一定影响，碳化钨粒度越细硬度越高。

硬质合金矿用柱齿广泛应用于矿山工程、资源开采、地质勘探等领域，其中锥形柱齿是矿用柱齿中一类重要应用。硬质合金矿用锥形柱齿的失效方式主要是断裂失效和磨损失效。据统计，目前市场上传统均匀结构的矿用锥形柱齿的失效方式主要是不耐磨。为了提高耐磨性，各国大力研究功能梯度硬质合金，功能梯度硬质合金柱齿也是均匀结构的柱齿，是通过对其齿冠表面进行梯度处理使齿冠表面具有低估高硬度层而提高表层的耐磨性，进而可使使用寿命比传统均匀结构合金提高20%以上。但是，目前的功能梯度硬质合金柱齿的表面耐磨梯度层相对较薄（通常梯度层厚度≤4mm），在表层的硬化梯度层磨蚀过后，剩余芯部合金的抗磨损能力急剧下降，导致合金齿整体的使用寿命仍不能满足使用需求。因此，提高芯部合金的抗磨损能力对延长锥形柱齿整体的使用寿命具有重要意义。

鉴于此，本发明提出一个创新型的宏观梯度锥形柱齿的设计理念及其制备方法，设计出的宏观梯度锥形柱齿的表层高韧性，芯部高硬度，可以提高芯部大范围的耐磨性，进而提高整齿的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种宏观梯度硬质合金锥形柱齿及其制备方法，解决传统的均匀结构和功能梯度结构的硬质合金锥形柱齿的芯部耐磨性不足的问题，进而提高整齿的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。一种宏观梯度硬质合金锥形柱齿及其制备方法，采用以下步骤：

（1）混合料制备：分别配制两种WC粒度不同、Co含量相同、碳含量不同的混合料A和混合料B，并将混合料A和混合料B分别球磨、喷雾干燥制粒；

（2）压制成型：根据锥形柱齿的表层齿冠与芯部齿身的实际收缩系数设计模具。模具正向放置于压机中，先将一定比例混合料B加入所述模具中，预压成型，再向模具中加入一定比例的混合料A，加压成型，制得混合压坯；

（3）烧结：将所述混合压坯置于低压烧结炉中，按照特定的烧结工艺进行正压脱蜡、真空烧结、分压烧结、液相烧结、冷却，出炉得到所述宏观梯度硬质合金锥形柱齿。

所述混合料A是由WC和Co粉组成，WC晶粒度为2.5-3.5μm，Co质量百分含量10-15%，碳质量百分含量为6.10%-6.15%；所述混合料B是由WC和Co粉组成，WC晶粒度为1.5-2.5μm，Co含量10-15%，碳含量为6.18%-6.23%。所述混合料A和所述混合料B的Co含量相同。

优选地，所述混合料A是由WC和Co粉组成，WC晶粒度为3.0μm，Co含量11%，碳含量为6.13%；所述混合料B是由WC和Co粉组成，WC晶粒度为2.0μm，Co含量11%，碳含量为6.18%；所述混合料A和所述混合料B的Co的含量相同。