一种表面软化的梯度硬质合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及硬质合金制备技术领域，尤其设及一种表面软化的梯度硬质合金及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 硬质合金是粉末冶金工艺生产的具有高耐磨、高强度W及耐腐烛等诸多优异性能 的材料。现代制造业的发展对硬质合金刀具的性能提出了越来越高的要求，如在高速、断续 切削的条件下要求硬质合金刀具在保证表面良好耐磨性的同时整体具有良好的耐冲击性 能，传统均质结构的硬质合金通常不能满足此项要求。为此，通常需要采用化学气相沉积 (CVD)技术在传统硬质合金基体表面预置一层或多层耐磨涂层，如TiN、Ti(C，脚、Al2〇3等。 由于一般CVD技术的沉积温度可能高达800-1000°C，且涂层与基体之间存在热膨胀系数的 差异，冷却过程中在涂层与基体界面将不可避免地产生较大的热应力，再加上涂层一般为 脆、硬的陶瓷材料，在涂层内部具有更大的裂纹倾向，因此，在硬质合金涂层刀具的使用过 程中，涂层内部的裂纹极易加速向基体中扩展，从而导致硬质合金刀具失效。要解决此类问 题，除了改进涂层技术之外，还可通过改进基体的表面，提高基体表面的初性，使基体表面 层可W吸收涂层裂纹扩展的能量，减缓涂层裂纹向基体中扩展的趋势，延长硬质合金涂层 刀具的使用寿命。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有的硬质合金涂层刀具在使用过程中涂层内部的裂纹极易加速向 基体中扩展而导致硬质合金涂层刀具失效的问题，提供一种表面软化的梯度硬质合金及其 制备方法，该表面软化的梯度硬质合金作为硬质合金涂层刀具的基体，可减缓涂层裂纹向 基体中扩展的趋势，延长硬质合金涂层刀具的使用寿命。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案。
[0005] -种表面软化的梯度硬质合金，由W下质量百分比的各组分烧结而成；8-12%的 TiN，9-13%的合金粘结相，余量为WC;所述合金粘结相由W下质量百分比的金属粉体组 成；0. 5-5. 5% 的Cr，0. 5-5. 5% 的V，0. 5-5. 5% 的Y，0. 5-15% 的Ni，余量为Co,且合金粘结 相中化、V、Y和Ni的质量之和为合金粘结相质量的6-20%。
[0006] 优选的，所述合金粘结相由W下质量百分比的金属粉体组成；4. 5%的化，3%的 V，l. 5%的Y，0. 5%的Ni，90. 5%的Co。
[0007] 优选的，所述表面软化的梯度硬质合金由W下质量百分比的各组分烧结而成： 10 %的TiN，12 %的合金粘结相，78 %的WC。
[0008] W上所述表面软化的梯度硬质合金的制备方法，包括W下步骤：
[0009]S1、制备合金粘结相；按质量百分比分别称取化、V、Y、Ni、Co五种金属粉体，将五 种金属粉体混合均匀，得合金粘结相。
[0010] 优选的，将五种金属粉体置于球磨机中，用硬质合金研磨球球磨72小时，且每球 磨比就暂停球磨lOmin，得到合金粘结相。
[0011]S2、制备巧料：按质量百分比分别称取合金粘结相、TiN、WCS种组分，^种组分组 成原料粉体；按原料粉体总质量的1. 5-2. 5%称取石蜡，并将石蜡与原料粉体混合均匀，得 到巧料。
[0012] 优选的，将原料粉体和石蜡置于球磨机中，并注入有机溶剂使原料粉体和石蜡浸 没在有机溶剂中，球磨2化得浆料，使浆料干燥后得到巧料。
[0013] 优选的，所述有机溶剂为四氯化碳。
[0014]S3、压制巧体：将巧料压制成型，得巧体。
[0015] 优选的，先用压模机将巧料压制成型，得初巧体；再用冷等静压机进一步压制初巧 体，得巧体。
[0016] 优选的，用冷等静压机进一步压制初巧体时，压强为200Mpa，时间为5min。
[0017]S4、烧结；将巧体置于烧结炉中，W5-8°C/min的速度升温至1200-1250°C，保温 18-22min，并保持1〇-申aW上的真空度；然后W1-3°C/min的速度升温至1420-1450。 保温55-65min，并保持1〇-申3W上的真空度；接着再W2-6°C/min的速度降温至 1000-1200°C，保温110-130min，并保持1〇-中aW上的真空度；再接着巧体随炉冷却，并保持 10-中aW上的真空度，制得表面软化的梯度硬质合金。
[0018] 优选的，在步骤S4前还包括脱蜡和预烧结步骤，所述的脱蜡步骤是将巧体置于烧 结炉中，在还原性或惰性气氛下，在50(TCW下烧结30分钟，所述预烧结步骤是将巧体置于 烧结炉中，在馬气氛及0.OSMI^a的条件下，W1400°C烧结lOmin;巧体随炉冷却后精修巧体 外形。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是；本发明通过调节合金粘结相的成分来降 低WC晶粒在液相Co中的溶解度，W减少WC晶粒通过溶解再析出机制而长大，从而抑制WC 晶粒的生长，进而使所制备的硬质合金中WC晶粒细小、分布均匀、致密度高、梯度明显，使 梯度硬质合金表现出更优异的力学性能，改善了梯度硬质合金的红硬性。本发明通过调节 巧料配方、烧结温度和烧结时间等参数来控制硬质合金梯度层的成分和厚度，使硬质合金 的表层富粘结相而贫立方相（表层TiN少，几乎不存在立方相），晶粒细小，硬质合金具有很 高的初性，可应用于金属的机械加工。采用预烧结和烧结两步法制备硬质合金，使之作为涂 层刀具的基体，有利于控制基体的几何尺寸和精度，避免烧结形成硬质合金后再精修基体 的外形使硬质合金的表层结构被破坏，从而破坏硬质合金的整体性能。
[0020] 使用本发明方法制备的硬质合金作为涂层刀具的基体，可减缓涂层裂纹向基体中 扩展的趋势，延长涂层刀具的使用寿命。本发明方法对现有设备和工艺的改动不大即可生 产出功能梯度硬质合金，适用于工业化生产。
【附图说明】
[0021] 图1为实施例10的表面软化的梯度硬质合金町10的截面微观形貌图；
[0022] 图2为实施例10的表面软化的梯度硬质合金町10的截面的Co含量线扫描图；
[0023] 图3为实施例10的表面软化的梯度硬质合金町10的截面的Ti含量线扫描图；
[0024] 图4为实施例10的表面软化的梯度硬质合金町10的截面的XRD谱图；
[00巧]图5为实施例10的表面软化的梯度硬质合金町10的截面的微观组织图。
【具体实施方式】
[0026] 为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作 进一步介绍和说明。
[0027] 实施例 1-35
[0028] 实施例1-35提供一种表面软化的梯度硬质合金，W及该种表面软化的梯度硬质 合金的制备方法。
[0029] 实施例1-35中用到的合金粘结相的各组分质量百分比如下表1所示，用于制备表 面软化的梯度硬质合金的各组分质量百分比如下表2所示。
[0030] 表1实施例1-35中组成合金粘结相的各组分
[0031]
[0034]
[0035] 实施例1-35的表面软化的梯度硬质合金的制备方法包括W下步骤：
[0036] (1)制备合金粘结相
[0037] 按质量百分比分别称取组成合金粘结相的金属粉体，将金属粉体置于全方位行星 式球磨机中，用硬质合金研磨球球磨72小时，且每球磨Ih就暂停球磨lOmin，使金属粉体混 合均匀，得到合金粘结相。
[003引对于实施例13的合金粘结相，直接取Co粉即可，无需球磨机球磨。
[00測似制备巧料
[0040] 按质量百分比分别称取合金粘结相、TiN、WC=种组分，=种组分组成原料粉体。按 原料粉体总质量的1. 5-2. 5%称取石蜡，将原料粉体和石蜡置于球磨机中，并注入有机溶剂 使原料粉体和石蜡浸没在四氯化碳中，球磨2化使石蜡与原料粉体混合均匀，得浆料。然后 干燥浆料，形成粉体；粉体过筛后得到巧料。
[00川做压制巧体
[004引将巧料置于自动压模机中压制成立方体的初巧体，初巧体的长约20mm，宽约20mm，高约10mm的初巧体；再用冷等静压机进一步压制初巧体，压强为200Mpa，时间为 5min，得