本發明涉及硬質合金材料的制備工藝。
背景技術：
礦山、煤炭和石油鉆探用硬質合金的用量很大，這些鑿巖用硬質合金工具由于技術的限制，多年來變化很小，且這些變化無非是通過精度控制合金純凈度和粘結相組成等。目前礦用硬質合金工具主要采用WC-Co合金。一般情況下，鉆井用、煤炭開采用和瀝青切割用沖擊式鉆頭上的合金組成為WC和6—11%Co，而不同用途的合金，因為某些性能的提高導致另一些性能的降低。如高耐磨合金通常韌性不好，反之，韌性好的合金耐磨性不佳。降低Co含量和提高硬度可減少合金磨損，而增加Co含量和加大WC晶粒度可提高沖擊韌性。
目前，WC-Co合金的制備可采用層壓法、燒結等工藝，通過這些工藝制備的WC-Co硬質合金的WC晶粒呈連續分布，且具有Co相梯度的合金，細晶一側具有較高的硬度，粗晶一側具有一定的抗彎強度；在燒結時，Co相從粗晶一側遷移至細晶側，其硬度和強度還不夠。隨著自然資源的不斷開發與應用，對礦山用硬質合金的要求越來越高，不僅需要較高強度、較好硬度的硬質合金工具。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本發明提供一種可制備硬度較大、強度較高的WC-Co系硬質合金的制備工藝。
本發明采用的技術方案為：一種硬質合金材料的制備工藝，其包括以下步驟：
（1）將WC粒和Co粒分別進行清洗，除去表面雜質；
（2）將清洗后的WC粒和Co分別粉碎成粉粒；
（3）再將上述粉粒在混料機中混合均勻后進行研磨，得到合金粉；
（4）將上述合金粉置于石墨模具中進行熱壓燒結，燒結完成后卸模，得到硬質合金；
（5）再對上述硬質合金進行熱處理。
作為優選，在WC粒和Co粒中，Co占5—10%。
作為優選，熱壓燒結時，先以280—320℃的溫度燒結20—30s，然后以500—600℃溫度燒結40—60s，再以650—700℃溫度燒結20—30s。
作為優選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。
作為優選，固溶處理的溫度為650—700℃，時間為10—12min。
作為優選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。
作為優選，時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h。
從以上技術方案可知，本發明通過清洗工藝可除去金屬粉末表面的雜質，提高后續制備的合金純度，然后通過混料和研磨的方式可提高粉末的機械活性，為合金的緊密結合提供較好的基礎；再將WC-Co合金粉進行熱壓燒結和熱處理，可獲得較高的硬度和強度的硬質合金材料。
具體實施方式
下面將詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
一種硬質合金材料的制備工藝，其包括以下步驟：
以WC、Co粒為原料，并按Co的含量為5—10wt%配料；然后將WC粒和Co粒分別進行清洗，除去表面雜質；將清洗后的WC粒和Co分別粉碎成粉粒；再將上述粉粒在混料機中混合均勻后進行研磨，得到合金粉。將上述合金粉置于石墨模具中進行熱壓燒結，燒結完成后卸模，得到硬質合金材料；熱壓燒結分三階段進行，先以280—320℃的溫度燒結20—30s，然后以500—600℃溫度燒結40—60s，再以650—700℃溫度燒結20—30s；第一階段屬于燒結準備階段，為進一步地燒結凈化環境；第二階段隨著溫度的升高，合金物質顆粒之間開始形成燒結頸，并相互結合，顆粒表面氧化物發生還原反應，從而繼續參與燒結，顆粒間的結合封閉了相互之間的空隙；第三個階段的燒結溫度更高，顆粒間的燒結頸進一步長大，更多的顆粒得到合并，燒結體得到進一步收縮、球化，從而提高制備材料的強度和硬度。
對上述粉末冶金材料進行熱處理；熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理；固溶處理的溫度為650—700℃，時間為10—12min，這樣可控制鎳、鋁在銅基體中的固溶度及晶粒大小；固溶溫度過高，會導致晶粒粗大，降低合金強度；固溶溫度過低，晶粒雖較小，但會導致后續時效處理難以發揮強化合金的作用。
作為優選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%；時效處理前對合金進行冷加工變形，可使合金呈現形變強化和時效強化的雙重效果；時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h；時效處理可析出第二相，產生彌散強化。
實施例1
將95wt %WC粒和5wt %Co粒分別進行清洗，除去表面雜質；將清洗后的WC粒和Co分別粉碎成粉粒；再將上述粉粒在混料機中混合均勻后進行研磨，得到合金粉；將合金粉置于石墨模具中，先以280℃的溫度燒結30s，然后以500℃溫度燒結60s，再以650℃溫度燒結30s；隨后以650℃固溶處理12min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%；最后以300℃時效處理3h，得到WC-Co硬質合金材料。測得該材料的硬度為51.2HRC，剪切強度為601.6MPa。
實施例2
將92wt %WC粒和8wt %Co粒分別進行清洗，除去表面雜質；將清洗后的WC粒和Co分別粉碎成粉粒；再將上述粉粒在混料機中混合均勻后進行研磨，得到合金粉；將合金粉置于石墨模具中，先以300℃的溫度燒結25s，然后以560℃溫度燒結50s，再以680℃溫度燒結25s；隨后以680℃固溶處理11min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為32%；最后以330℃時效處理2.5h，得到WC-Co硬質合金材料。測得該材料的硬度為66.7HRC，剪切強度為685.4MPa。
實施例3
將90wt %WC粒和10wt %Co粒分別進行清洗，除去表面雜質；將清洗后的WC粒和Co分別粉碎成粉粒；再將上述粉粒在混料機中混合均勻后進行研磨，得到合金粉；將合金粉置于石墨模具中，先以320℃的溫度燒結20s，然后以600℃溫度燒結40s，再以700℃溫度燒結20s；隨后以700℃固溶處理10min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為35%；最后以350℃時效處理2h，得到WC-Co硬質合金材料。測得該材料的硬度為62.8HRC，剪切強度為634.5MPa。
以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在具體實施方式以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。