阅读说明：本技术 一种数控机床用硬质合金及其制备方法 (Hard alloy for numerical control machine tool and preparation method thereof ) 是由 张好平 张振伟 许俊东 孙伟 邹庆锋 张军锋 黄为龙 杨素平 高贵鹏 刘丰男 李 于 2020-04-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及数控机床用硬质合金技术领域,尤其是一种数控机床用硬质合金及其制备方法。该种数控机床用硬质合金,主要由原料组成：碳化钨、钴、钌粉、钐粉0.5-1份、羰基镍粉、碳化钒、碳化钽、碳化铌和碳化钛。本发明的一种数控机床用硬质合金及其制备方法,在高温作用下钐促进α-Co部分向β-Co转变,合金总体韧性提高,与此同时金属钌析出六方晶胞的晶体,合金由于α-Co减少而引起的硬度损失被析出的钌晶体补充,钌与钴的结合既能提高合韧性又能确保合金保持较高硬度,钐的极少量晶体析出,均布于六方结构的α-Co和六方结构的钌中,增强合金整体致密性,提高耐磨性能。(The invention relates to the technical field of hard alloy for a numerical control machine tool, in particular to hard alloy for the numerical control machine tool and a preparation method thereof, wherein the hard alloy mainly comprises raw materials of tungsten carbide, cobalt, ruthenium powder, 0.5-1 part of samarium powder, carbonyl nickel powder, vanadium carbide, tantalum carbide, niobium carbide and titanium carbide.)

一种数控机床用硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及数控机床用硬质合金技术领域，尤其是一种数控机床用硬质合金及其制备方法。

背景技术

数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

数控机床上的夹具等零部件采用硬质合金支撑，此类部件对硬度、韧性和耐磨性能要求较好，现有的数控机床用硬质合金零部件为提高硬度、韧性和耐磨性能多添加较为昂贵的配料，导致虽然各方面性能得到提升，但是硬质合金造价相对提高。因此，如何提供一直造价低、硬度高、韧性强、耐磨性能优异的数控机床用硬质合金，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控机床用硬质合金及其制备方法，克服前述现有技术的不足，在降低硬质合金制备成本的基础上提高硬质合金的硬度、韧性和耐磨性能。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种数控机床用硬质合金，主要由如下重量份数的原料组成：碳化钨80-90份、钴0.1-0.6份、钌粉0.01-0.08份、钐粉0.5-1份、羰基镍粉0.1-0.3份、碳化钒0.1-0.8份、碳化钽5-8份、碳化铌0.8-1.5份和碳化钛1-2份。

进一步的，主要由如下重量份数的原料组成：碳化钨85份、钴0.8份、钌粉0.05份、钐粉0.7份、羰基镍粉0.2份、碳化钒0.4份、碳化钽6份、碳化铌1.1份和碳化钛1.5份。

进一步的，所述碳化钨的粒径为0.2-0.3μm，所述钴的粒径为0.4-0.8μm，所述钌粉的粒径为0.5-0.8μm，所述钐粉的粒径为0.2-0.8μm，所述羰基镍粉粒径为0.2-0.5μm，所述碳化钒粒径为0.2-0.6μm，所述碳化钽粒径为1-1.5μm，所述碳化铌粒径为1-1.5μm，所述碳化钛粒径为1-2μm。

一种数控机床用硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：按规定质量份数取所有原料，混合均匀后加入球磨介质并置于球磨机中进行球磨，液固比为600-650mL/kg，球料比为7.5-9:1，球磨机转速控制在200-260r/min，球磨时间为40-60h，得湿混合料A；

S2：将步骤S1所得湿混合料A装入干燥器中干燥30-60min，进行球磨介质回收，然后用冷冻水进行循环冷却，筛分得混合料B，然后将上述混合料B在密封的状态下进行掺蜡、制粒、制得混合料C；

S3：将步骤S2所得混合料C等静压成型，压力控制在180-300MPa，制成压坯；

S4：将步骤S3制得的压坯采用低压正碳高温烧结法制得耐高压高温硬质合金。

进一步的，所述步骤S1中球磨介质包含如下成分及重量百分数：无水酒精97.5-99.2Wt％、油酸0.8-2.5Wt％。

进一步的，所述步骤S4中低压正碳高温烧结法包括如下步骤：

(1)装料，抽真空；

(2)升温至350-600℃脱蜡，保温1-3h；

(3)升温至1100-1300℃，保温0.5-2h；

(4)1400-1500℃低温渗碳0.5-2h；

(5)升温至最终烧结温度1600℃，充氩气加压，压力控制在5-10MPa，保温加压1-2h；降压冷却，卸料。

金属Co具有两种晶体结构六方结构的α-Co和面心立方的β-Co，六方结构的α-Co具有优异的变形协调性，而β-Co具有优异的强度，α-Co在400℃以上的高温下部分向β-Co转变。现有技术大多选择添加金属锆或稀土元素增强Co粘合相，以此抑制α-Co向β-Co转变，从而获得韧性较强的硬质合金，然而这种做法在一定程度上降低了硬质合金的硬度。本发明中添加钌粉和钐粉，钌的晶体结构为六方晶胞，钐的晶体结构为三斜晶胞，在高温作用下钐促进α-Co在部分向β-Co转变，合金总体韧性提高，与此同时金属钌析出六方晶胞的晶体，合金由于α-Co减少而引起的硬度损失被析出的钌晶体补充，钌与钴的结合既能提高合韧性又能确保合金保持较高硬度，钐的极少量晶体析出，均布于六方结构的α-Co和六方结构的钌中，增强合金整体致密性，提高耐磨性能。

此外，本发明添加碳化钒降低硬质合金性能对烧结温度和时间的敏感性，使硬质合金磁力和硬度合格的烧结温度和时间的范围增大；添加碳化钽、碳化铌、碳化钛组成的复合晶粒长大抑制剂，抑制碳化钨晶粒长大，使硬质合金中WC晶粒度小于0.2μm，进一步增强硬质合金的硬度；添加少量羰基镍粉使粉末烧结过程渗滤均匀，进一步增加硬质合金的韧性。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种数控机床用硬质合金及其制备方法具有以下优点：原料成本降低，在高温作用下钐促进α-Co部分向β-Co转变，合金总体韧性提高，与此同时金属钌析出六方晶胞的晶体，合金由于α-Co减少而引起的硬度损失被析出的钌晶体补充，钌与钴的结合既能提高合韧性又能确保合金保持较高硬度，钐的极少量晶体析出，均布于六方结构的α-Co和六方结构的钌中，增强合金整体致密性，提高耐磨性能。

具体实施方式

实施例1

一种数控机床用硬质合金，主要由如下重量份数的原料组成：碳化钨85份、钴0.8份、钌粉0.05份、钐粉0.7份、羰基镍粉0.2份、碳化钒0.4份、碳化钽6份、碳化铌1.1份和碳化钛1.5份。所述碳化钨的粒径为0.25μm，所述钴的粒径为0.6μm，所述钌粉的粒径为0.6μm，所述钐粉的粒径为0.5μm，所述羰基镍粉粒径为0.3μm，所述碳化钒粒径为0.5μm，所述碳化钽粒径为1.2μm，所述碳化铌粒径为1.2μm，所述碳化钛粒径为1.8μm。

一种数控机床用硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：按规定质量份数取所有原料，混合均匀后加入球磨介质并置于球磨机中进行球磨，液固比为620mL/kg，球料比为8:1，球磨机转速控制在220r/min，球磨时间为50h，得湿混合料A；

S2：将步骤S1所得湿混合料A装入干燥器中干燥45min，进行球磨介质回收，然后用冷冻水进行循环冷却，筛分得混合料B，然后将上述混合料B在密封的状态下进行掺蜡、制粒、制得混合料C；

S3：将步骤S2所得混合料C等静压成型，压力控制在250MPa，制成压坯；

S4：将步骤S3制得的压坯采用低压正碳高温烧结法制得耐高压高温硬质合金。

本实施例中，所述步骤S1中球磨介质包含如下成分及重量百分数：无水酒精98.2Wt％、油酸1.8Wt％。

本实施例中，所述步骤S4中低压正碳高温烧结法包括如下步骤：

(1)装料，抽真空；

(2)升温至450℃脱蜡，保温2h；

(3)升温至1280℃，保温1.5h；

(4)1450℃低温渗碳1.2h；

(5)升温至最终烧结温度1600℃，充氩气加压，压力控制在8MPa，保温加压1.5h；降压冷却，卸料。

实施例2

一种数控机床用硬质合金，主要由如下重量份数的原料组成：碳化钨80份、钴0.1份、钌粉0.01份、钐粉0.5份、羰基镍粉0.1份、碳化钒0.1份、碳化钽5份、碳化铌0.8份和碳化钛1份。所述碳化钨的粒径为0.2μm，所述钴的粒径为0.4μm，所述钌粉的粒径为0.5μm，所述钐粉的粒径为0.2μm，所述羰基镍粉粒径为0.2μm，所述碳化钒粒径为0.2μm，所述碳化钽粒径为1μm，所述碳化铌粒径为1μm，所述碳化钛粒径为1μm。

一种数控机床用硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：按规定质量份数取所有原料，混合均匀后加入球磨介质并置于球磨机中进行球磨，液固比为600mL/kg，球料比为9:1，球磨机转速控制在260r/min，球磨时间为60h，得湿混合料A；

S2：将步骤S1所得湿混合料A装入干燥器中干燥30min，进行球磨介质回收，然后用冷冻水进行循环冷却，筛分得混合料B，然后将上述混合料B在密封的状态下进行掺蜡、制粒、制得混合料C；

S3：将步骤S2所得混合料C等静压成型，压力控制在180MPa，制成压坯；

S4：将步骤S3制得的压坯采用低压正碳高温烧结法制得耐高压高温硬质合金。

本实施例中，所述步骤S1中球磨介质包含如下成分及重量百分数：无水酒精97.5Wt％、油酸2.5Wt％。

本实施例中，所述步骤S4中低压正碳高温烧结法包括如下步骤：

(1)装料，抽真空；

(2)升温至350℃脱蜡，保温3h；

(3)升温至1100℃，保温2h；

(4)1400℃低温渗碳2h；

(5)升温至最终烧结温度1600℃，充氩气加压，压力控制在5MPa，保温加压2h；降压冷却，卸料。

实施例3

一种数控机床用硬质合金，主要由如下重量份数的原料组成：碳化钨90份、钴0.6份、钌粉0.08份、钐粉1份、羰基镍粉0.3份、碳化钒0.8份、碳化钽8份、碳化铌1.5份和碳化钛2份。所述碳化钨的粒径为0.3μm，所述钴的粒径为0.8μm，所述钌粉的粒径为0.8μm，所述钐粉的粒径为0.8μm，所述羰基镍粉粒径为0.5μm，所述碳化钒粒径为0.6μm，所述碳化钽粒径为1.5μm，所述碳化铌粒径为1.5μm，所述碳化钛粒径为2μm。

一种数控机床用硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：按规定质量份数取所有原料，混合均匀后加入球磨介质并置于球磨机中进行球磨，液固比为650mL/kg，球料比为7.5:1，球磨机转速控制在200r/min，球磨时间为40h，得湿混合料A；

S2：将步骤S1所得湿混合料A装入干燥器中干燥60min，进行球磨介质回收，然后用冷冻水进行循环冷却，筛分得混合料B，然后将上述混合料B在密封的状态下进行掺蜡、制粒、制得混合料C；

S3：将步骤S2所得混合料C等静压成型，压力控制在300MPa，制成压坯；

S4：将步骤S3制得的压坯采用低压正碳高温烧结法制得耐高压高温硬质合金。

本实施例中，所述步骤S1中球磨介质包含如下成分及重量百分数：无水酒精99.2Wt％、油酸0.8Wt％。

本实施例中，所述步骤S4中低压正碳高温烧结法包括如下步骤：

(1)装料，抽真空；

(2)升温至600℃脱蜡，保温1h；

(3)升温至1300℃，保温0.5h；

(4)1500℃低温渗碳0.5h；

(5)升温至最终烧结温度1600℃，充氩气加压，压力控制在10MPa，保温加压1h；降压冷却，卸料。

对比例1

对比例1与实施例1的原料组成基本相同，其区别在于：加入钌粉的重量份数不同，按照重量份数1:1加入钴和钌粉，即对比例1的原料重量份数如下：碳化钨80份、钴0.1份、钌粉0.1份、钐粉0.5份、羰基镍粉0.1份、碳化钒0.1份、碳化钽5份、碳化铌0.8份和碳化钛1份。

对比例1的制备方法与实施例1相同。

试验例1

采用洛氏硬度计对实施例1-3和对比例1制得的硬质合金进行硬度检测；

采用万能材料试验机对实施例1-3和对比例1制得的硬质合金进行抗弯强度检测；

采用压力试验机对实施例1-3和对比例1制得的硬质合金进行抗压强度检测；

采用金相显微镜对实施例1-3和对比例1制得的硬质合金进行平均晶粒度检测；

采用美国MTSNEW810液压伺服万能材料试验机对实施例1-3和对比例1制得的硬质合金进行断裂韧性检测；

采用ML-100磨料磨损试验机对实施例1-3和对比例1制得的硬质合金进行耐磨检测；

检测结果如表1所示：

由表1可以看出，本发明制得的硬质合金，碳化物粒度低至0.11μm，硬度高达96.9HRA，断裂韧性达到6.9MPa.m^1/2，抗弯折强度高达3297N/mm²，抗压强度达到5109MPa，磨粒磨损值最低仅0.06cm³/10⁵.r。反观对比例1，由于对比例1中钌粉与钴按照重量比1:1添加，配伍不合理，导致硬质合金整体性能下降。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。