本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種抑制粘結(jié)相鈷析出的硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金，特別是硬質(zhì)合金刀片，廣泛應(yīng)用于金屬切削加工領(lǐng)域。這種刀片的基體主要由難溶的金屬碳化物硬質(zhì)相（如WC）和金屬粘結(jié)相（如Co）,經(jīng)過燒結(jié)后而得。燒結(jié)過程中，高溫階段的金屬粘結(jié)相（如Co）蒸發(fā)，冷卻后會(huì)在硬質(zhì)合金表面形成金屬粘結(jié)相層薄膜，而硬質(zhì)合金刀片表面的這種粘結(jié)相層薄膜降低了基體與CVD 或PVD涂層的結(jié)合力。
硬質(zhì)合金表面的粘結(jié)相層可以通過機(jī)械噴砂等方法去除，但去除硬質(zhì)合金表面的粘結(jié)相層以后，硬質(zhì)合金刀片的外表面的粘結(jié)相含量幾乎只有中心部位的50%，這種情況下的硬質(zhì)合金刀片的強(qiáng)度就變差，而這恰好一直是制約硬質(zhì)合金刀具發(fā)展的重要原因。
在燒結(jié)過程中，粘結(jié)相鈷層的生成大致分兩個(gè)階段：第一階段，當(dāng)溫度升到共晶溫度時(shí)，由于接近鈷的蒸汽壓，這時(shí)粘結(jié)相鈷開始緩慢析出，析出速度跟爐內(nèi)真空度和燒結(jié)時(shí)間有關(guān)，真空度越高，鈷蒸發(fā)越快；第二階段是冷卻階段，從燒結(jié)溫度開始冷卻，鈷一直在析出，試驗(yàn)證明，當(dāng)溫度下降到1200℃時(shí)，粘結(jié)相鈷幾乎停止析出，鈷析出的多少跟冷卻時(shí)間關(guān)系較大。
如何有效的避免硬質(zhì)合金表面粘結(jié)相層的產(chǎn)生，人們做了很多工作。US62677797號(hào)專利公布了用氫氣快冷的方法，通過縮短冷卻時(shí)間來減少硬質(zhì)合金粘結(jié)相鈷的析出，但氫氣是高危氣體，在高溫高壓下一旦泄露，危險(xiǎn)極大，同時(shí)專利并沒有考慮到升溫階段的粘結(jié)相鈷析出的問題。公開號(hào)為CN 104249153 A專利和專利ZL200810143772.5都提出了，用CO或CO、H2混合氣來抑制粘結(jié)相鈷的析出，但由于從燒結(jié)溫度到冷卻到1200℃，氣體的加入，只能使粘結(jié)相鈷的析出的速度變慢，但由于從燒結(jié)溫度冷卻到1200℃，都采用的是自然冷卻，時(shí)間太長(zhǎng)，所以不可能避免粘結(jié)相鈷層的產(chǎn)生；另外，由于CO 是滲碳性氣氛，CO氣體在高溫區(qū)發(fā)生如下反應(yīng)2CO→CO2+C，造成合金的碳含量增加，這對(duì)于合金燒結(jié)來說是致命的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種安全、可靠的硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝，以有效抑制粘結(jié)相鈷的析出，同時(shí)縮短燒結(jié)時(shí)間，提高設(shè)備利用率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝，其特征在于，在升溫階段，當(dāng)溫度升高到共晶溫度后保溫，保溫結(jié)束后往爐內(nèi)充入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力保持在20mbar-100mbar，這個(gè)壓力保持的時(shí)間自共晶溫度保溫結(jié)束到溫度升高到燒結(jié)溫度保溫結(jié)束這段時(shí)間，達(dá)到鈷蒸發(fā)的臨界壓力；把溫度升高到燒結(jié)溫度，從燒結(jié)溫度保溫結(jié)束后，進(jìn)入冷卻階段，往爐內(nèi)通入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力保持在0.1Mpa-0.6Mpa,在通入惰性氣體的同時(shí)開啟冷卻風(fēng)機(jī)，直到冷卻出爐。
在上述硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝方法中，所充入的惰性氣體為氬氣。
在上述硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝方法中，所述充入氬氣的純度為99.999%。
在上述硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝方法中，所述共晶溫度為1350℃-1380℃，所述燒結(jié)溫度為1390℃-1520℃。
在上述硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝方法中，所述共晶溫度后保溫時(shí)間為30-60min，燒結(jié)溫度后保溫時(shí)間為30-60min。
本發(fā)明的硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝方法主要基于以下原理：在升溫階段，通過利用粘結(jié)相鈷的蒸發(fā)與燒結(jié)溫度、爐內(nèi)壓力和時(shí)間的關(guān)系，升溫階段燒結(jié)溫度和時(shí)間難以改變，只有從爐內(nèi)壓力著手，試驗(yàn)證明：在液相燒結(jié)階段，當(dāng)爐內(nèi)的壓力某一數(shù)值時(shí)，粘結(jié)相鈷的液相蒸汽壓與其氣相飽和蒸汽壓平衡，這時(shí)離開液相到氣相的質(zhì)點(diǎn)等于氣相返回到液相的質(zhì)點(diǎn)，粘結(jié)相鈷的幾乎不揮發(fā)，所以我們從共晶溫度開始，往爐內(nèi)充入一定流量的Ar等惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力保持在能抑制粘結(jié)相鈷揮發(fā)的臨界壓力；在冷卻階段，同樣用粘結(jié)相鈷的蒸發(fā)與燒結(jié)溫度、爐內(nèi)壓力和時(shí)間的關(guān)系，盡快把溫度從燒結(jié)溫度降低到1200℃以下，是抑制鈷揮發(fā)的最好的辦法，所以在燒結(jié)溫度保溫結(jié)束后，往爐內(nèi)充入一定壓力的惰性氣體，同時(shí)開啟冷卻風(fēng)機(jī)，本發(fā)明的方法從燒結(jié)溫度到冷卻到1200℃只需10-15分鐘，而普通的燒結(jié)工藝需要1200分鐘，所以通過快速冷卻的方式來抑制粘結(jié)相鈷的析出是非常有效的。
與現(xiàn)有工藝對(duì)比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、針對(duì)在不同的燒結(jié)階段的特點(diǎn)，采用不同階段工藝方法，針對(duì)性強(qiáng)，效果明顯；2、有效避免了高溫階段鈷等粘結(jié)相蒸發(fā)到硬質(zhì)合金的表面，產(chǎn)品內(nèi)外粘結(jié)相分布均勻，性能優(yōu)良；3、采用正壓條件下冷卻風(fēng)機(jī)冷卻替代自然冷卻，冷卻時(shí)間短，設(shè)備利用率高；4、用Ar等惰性氣體替代Co 、H2等易燃易爆氣體，生產(chǎn)安全可靠。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中現(xiàn)有常規(guī)燒結(jié)方法燒結(jié)的WC-Co 10%硬質(zhì)合金表面照片；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中采用本發(fā)明的燒結(jié)方法燒結(jié)的WC-Co 10%硬質(zhì)合金表面照片；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中現(xiàn)有常規(guī)燒結(jié)方法燒結(jié)的WC-Co 6%硬質(zhì)合金表面照片；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中的采用本發(fā)明燒結(jié)方法燒結(jié)的WC-Co 6%硬質(zhì)合金表面照片。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
實(shí)施例一
以型號(hào)為RDMW1204MO YG10硬質(zhì)合金刀片為例。WC90%、Co10%的硬質(zhì)合金，先以常規(guī)的燒結(jié)方法，將溫度升高到共晶溫度1350℃保溫40分鐘，然后升高到燒結(jié)溫度1450℃，保溫60分鐘后，充一定氬氣到一定壓力，自然冷卻到出爐溫度，冷卻時(shí)間為6小時(shí)。產(chǎn)品表面如圖1所示，表面鈷含量67.6%。
上述型號(hào)的硬質(zhì)合金刀片用本發(fā)明的燒結(jié)工藝方法，在升溫階段，當(dāng)溫度升高到共晶溫度1350℃保溫40分鐘后，持續(xù)充一定流量的氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力始終保持在60mbar；當(dāng)溫度升高到燒結(jié)溫度1450℃，保溫60分鐘結(jié)束后，進(jìn)入冷卻階段，往爐內(nèi)充氬氣，壓力維持在0.5Mpa,在充氬氣的同時(shí)開啟冷卻風(fēng)機(jī)，快速冷卻到出爐溫度，冷卻時(shí)間為35分鐘。產(chǎn)品表面如圖2所示，表面鈷含量10.23%，跟10%非常接近。
實(shí)施例二
以型號(hào)為WNMA080412 YG6硬質(zhì)合金刀片為例。WC94%、Co6%的硬質(zhì)合金，先以常規(guī)的燒結(jié)方法，溫度升高到共晶溫度1350℃保溫40分鐘，然后升高到燒結(jié)溫度1450℃，保溫60分鐘后，充一定氬氣到一定壓力，自然冷卻到出爐溫度，冷卻時(shí)間為7.5小時(shí)。產(chǎn)品表面如圖3所示，表面鈷含量55.1%。
上述型號(hào)的硬質(zhì)合金刀片用本發(fā)明的燒結(jié)工藝方法，在升溫階段，當(dāng)溫度升高到共晶溫度1350℃，保溫40分鐘后，持續(xù)充一定流量的氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力始終保持在60mbar；當(dāng)溫度升高到燒結(jié)溫度1450℃，保溫60分鐘結(jié)束后，進(jìn)入冷卻階段，往爐內(nèi)充氬氣，壓力維持在0.5Mpa，在充氬氣的同時(shí)開啟冷卻風(fēng)機(jī)，快速冷卻到出爐溫度，冷卻時(shí)間為42分鐘。產(chǎn)品表面如圖4所示，表面鈷含量6.09%，接近6%，粘結(jié)相分布均勻。
技術(shù)特征：
1.一種硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝，其特征在于，在升溫階段，當(dāng)溫度升高到共晶溫度后保溫，保溫結(jié)束后往爐內(nèi)充入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力保持在20mbar-100mbar，達(dá)到鈷蒸發(fā)的臨界壓力；把溫度升高到燒結(jié)溫度，從燒結(jié)溫度保溫結(jié)束后，進(jìn)入冷卻階段，往爐內(nèi)通入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力保持在0.1Mpa-0.6Mpa,在通入惰性氣體的同時(shí)開啟冷卻風(fēng)機(jī)，直到冷卻出爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝，其特征在于，所充入的惰性氣體為氬氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝方法，其特征在于，所述充入氬氣的純度為99.999%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝方法，其特征在于，所述共晶溫度為1350℃-1380℃，所述燒結(jié)溫度為1390℃-1520℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝方法，其特征在于，所述共晶溫度后保溫時(shí)間為30-60min，燒結(jié)溫度后保溫時(shí)間為30-60min。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝，在升溫階段，當(dāng)溫度升高到共晶溫度后保溫，保溫結(jié)束后往爐內(nèi)充入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力保持在20mbar?100mbar，達(dá)到鈷蒸發(fā)的臨界壓力；把溫度升高到燒結(jié)溫度，從燒結(jié)溫度保溫結(jié)束后，進(jìn)入冷卻階段，往爐內(nèi)通入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力保持在0.1Mpa?0.6Mpa,在通入惰性氣體的同時(shí)開啟冷卻風(fēng)機(jī)，直到冷卻出爐。本發(fā)明針對(duì)在不同的燒結(jié)階段的特點(diǎn)，采用不同階段工藝方法，針對(duì)性強(qiáng)，效果明顯；且有效避免了高溫階段鈷等粘結(jié)相蒸發(fā)到硬質(zhì)合金的表面，產(chǎn)品內(nèi)外粘結(jié)相分布均勻，性能優(yōu)良；此外，冷卻時(shí)間短，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)安全可靠。
技術(shù)研發(fā)人員：李艷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南文理學(xué)院
文檔號(hào)碼：201611007264
技術(shù)研發(fā)日：2016.11.16
技術(shù)公布日：2017.01.25
聲明：
“硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝的制作方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：湖南文理學(xué)院;
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