一種表面軟化的梯度硬質合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及硬質合金制備技術領域，尤其設及一種表面軟化的梯度硬質合金及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 硬質合金是粉末冶金工藝生產的具有高耐磨、高強度W及耐腐燭等諸多優異性能 的材料。現代制造業的發展對硬質合金刀具的性能提出了越來越高的要求，如在高速、斷續 切削的條件下要求硬質合金刀具在保證表面良好耐磨性的同時整體具有良好的耐沖擊性 能，傳統均質結構的硬質合金通常不能滿足此項要求。為此，通常需要采用化學氣相沉積 (CVD)技術在傳統硬質合金基體表面預置一層或多層耐磨涂層，如TiN、Ti(C，腳、Al2〇3等。 由于一般CVD技術的沉積溫度可能高達800-1000°C，且涂層與基體之間存在熱膨脹系數的 差異，冷卻過程中在涂層與基體界面將不可避免地產生較大的熱應力，再加上涂層一般為 脆、硬的陶瓷材料，在涂層內部具有更大的裂紋傾向，因此，在硬質合金涂層刀具的使用過 程中，涂層內部的裂紋極易加速向基體中擴展，從而導致硬質合金刀具失效。要解決此類問 題，除了改進涂層技術之外，還可通過改進基體的表面，提高基體表面的初性，使基體表面 層可W吸收涂層裂紋擴展的能量，減緩涂層裂紋向基體中擴展的趨勢，延長硬質合金涂層 刀具的使用壽命。
【發明內容】
[0003] 本發明針對現有的硬質合金涂層刀具在使用過程中涂層內部的裂紋極易加速向 基體中擴展而導致硬質合金涂層刀具失效的問題，提供一種表面軟化的梯度硬質合金及其 制備方法，該表面軟化的梯度硬質合金作為硬質合金涂層刀具的基體，可減緩涂層裂紋向 基體中擴展的趨勢，延長硬質合金涂層刀具的使用壽命。
[0004] 為實現上述目的，本發明采用W下技術方案。
[0005] -種表面軟化的梯度硬質合金，由W下質量百分比的各組分燒結而成；8-12%的 TiN，9-13%的合金粘結相，余量為WC;所述合金粘結相由W下質量百分比的金屬粉體組 成；0. 5-5. 5% 的Cr，0. 5-5. 5% 的V，0. 5-5. 5% 的Y，0. 5-15% 的Ni，余量為Co,且合金粘結 相中化、V、Y和Ni的質量之和為合金粘結相質量的6-20%。
[0006] 優選的，所述合金粘結相由W下質量百分比的金屬粉體組成；4. 5%的化，3%的 V，l. 5%的Y，0. 5%的Ni，90. 5%的Co。
[0007] 優選的，所述表面軟化的梯度硬質合金由W下質量百分比的各組分燒結而成： 10 %的TiN，12 %的合金粘結相，78 %的WC。
[0008] W上所述表面軟化的梯度硬質合金的制備方法，包括W下步驟：
[0009]S1、制備合金粘結相；按質量百分比分別稱取化、V、Y、Ni、Co五種金屬粉體，將五 種金屬粉體混合均勻，得合金粘結相。
[0010] 優選的，將五種金屬粉體置于球磨機中，用硬質合金研磨球球磨72小時，且每球 磨比就暫停球磨lOmin，得到合金粘結相。
[0011]S2、制備巧料：按質量百分比分別稱取合金粘結相、TiN、WCS種組分，^種組分組 成原料粉體；按原料粉體總質量的1. 5-2. 5%稱取石蠟，并將石蠟與原料粉體混合均勻，得 到巧料。
[0012] 優選的，將原料粉體和石蠟置于球磨機中，并注入有機溶劑使原料粉體和石蠟浸 沒在有機溶劑中，球磨2化得漿料，使漿料干燥后得到巧料。
[0013] 優選的，所述有機溶劑為四氯化碳。
[0014]S3、壓制巧體：將巧料壓制成型，得巧體。
[0015] 優選的，先用壓模機將巧料壓制成型，得初巧體；再用冷等靜壓機進一步壓制初巧 體，得巧體。
[0016] 優選的，用冷等靜壓機進一步壓制初巧體時，壓強為200Mpa，時間為5min。
[0017]S4、燒結；將巧體置于燒結爐中，W5-8°C/min的速度升溫至1200-1250°C，保溫 18-22min，并保持1〇-申aW上的真空度；然后W1-3°C/min的速度升溫至1420-1450。 保溫55-65min，并保持1〇-申3W上的真空度；接著再W2-6°C/min的速度降溫至 1000-1200°C，保溫110-130min，并保持1〇-中aW上的真空度；再接著巧體隨爐冷卻，并保持 10-中aW上的真空度，制得表面軟化的梯度硬質合金。
[0018] 優選的，在步驟S4前還包括脫蠟和預燒結步驟，所述的脫蠟步驟是將巧體置于燒 結爐中，在還原性或惰性氣氛下，在50(TCW下燒結30分鐘，所述預燒結步驟是將巧體置于 燒結爐中，在馬氣氛及0.OSMI^a的條件下，W1400°C燒結lOmin;巧體隨爐冷卻后精修巧體 外形。
[0019] 與現有技術相比，本發明的有益效果是；本發明通過調節合金粘結相的成分來降 低WC晶粒在液相Co中的溶解度，W減少WC晶粒通過溶解再析出機制而長大，從而抑制WC 晶粒的生長，進而使所制備的硬質合金中WC晶粒細小、分布均勻、致密度高、梯度明顯，使 梯度硬質合金表現出更優異的力學性能，改善了梯度硬質合金的紅硬性。本發明通過調節 巧料配方、燒結溫度和燒結時間等參數來控制硬質合金梯度層的成分和厚度，使硬質合金 的表層富粘結相而貧立方相（表層TiN少，幾乎不存在立方相），晶粒細小，硬質合金具有很 高的初性，可應用于金屬的機械加工。采用預燒結和燒結兩步法制備硬質合金，使之作為涂 層刀具的基體，有利于控制基體的幾何尺寸和精度，避免燒結形成硬質合金后再精修基體 的外形使硬質合金的表層結構被破壞，從而破壞硬質合金的整體性能。
[0020] 使用本發明方法制備的硬質合金作為涂層刀具的基體，可減緩涂層裂紋向基體中 擴展的趨勢，延長涂層刀具的使用壽命。本發明方法對現有設備和工藝的改動不大即可生 產出功能梯度硬質合金，適用于工業化生產。
【附圖說明】
[0021] 圖1為實施例10的表面軟化的梯度硬質合金町10的截面微觀形貌圖；
[0022] 圖2為實施例10的表面軟化的梯度硬質合金町10的截面的Co含量線掃描圖；
[0023] 圖3為實施例10的表面軟化的梯度硬質合金町10的截面的Ti含量線掃描圖；
[0024] 圖4為實施例10的表面軟化的梯度硬質合金町10的截面的XRD譜圖；
[00巧]圖5為實施例10的表面軟化的梯度硬質合金町10的截面的微觀組織圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了更充分理解本發明的技術內容，下面結合具體實施例對本發明的技術方案作 進一步介紹和說明。
[0027] 實施例 1-35
[0028] 實施例1-35提供一種表面軟化的梯度硬質合金，W及該種表面軟化的梯度硬質 合金的制備方法。
[0029] 實施例1-35中用到的合金粘結相的各組分質量百分比如下表1所示，用于制備表 面軟化的梯度硬質合金的各組分質量百分比如下表2所示。
[0030] 表1實施例1-35中組成合金粘結相的各組分
[0031]
[0034]
[0035] 實施例1-35的表面軟化的梯度硬質合金的制備方法包括W下步驟：
[0036] (1)制備合金粘結相
[0037] 按質量百分比分別稱取組成合金粘結相的金屬粉體，將金屬粉體置于全方位行星 式球磨機中，用硬質合金研磨球球磨72小時，且每球磨Ih就暫停球磨lOmin，使金屬粉體混 合均勻，得到合金粘結相。
[003引對于實施例13的合金粘結相，直接取Co粉即可，無需球磨機球磨。
[00測似制備巧料
[0040] 按質量百分比分別稱取合金粘結相、TiN、WC=種組分，=種組分組成原料粉體。按 原料粉體總質量的1. 5-2. 5%稱取石蠟，將原料粉體和石蠟置于球磨機中，并注入有機溶劑 使原料粉體和石蠟浸沒在四氯化碳中，球磨2化使石蠟與原料粉體混合均勻，得漿料。然后 干燥漿料，形成粉體；粉體過篩后得到巧料。
[00川做壓制巧體
[004引將巧料置于自動壓模機中壓制成立方體的初巧體，初巧體的長約20mm，寬約20mm，高約10mm的初巧體；再用冷等靜壓機進一步壓制初巧體，壓強為200Mpa，時間為 5min，得