球磨料浆厚度对YT15合金性能和Ti相分布的影响

王雁洁,刘小胡,刘 咏,吴 翔,时凯华

(1.中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙410083; 2.自贡硬质合金有限责任公司,四川自贡643011)

球磨料浆厚度对YT15合金性能和Ti相分布的影响

王雁洁1,2,刘小胡2,刘 咏1,吴 翔2,时凯华1,2

(1.中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙410083; 2.自贡硬质合金有限责任公司,四川自贡643011)

采用不同球磨设备对YT15牌号硬质合金进行球磨,检测该牌号试样的物理性能和Ti相分布,分析和讨论造成性能和Ti相分布差异的原因,得出球磨时料浆厚度越薄,Ti相分布越均匀,合金磁力越高的结论。

YT15;Ti相分布;料浆厚度

1 引言

硬质合金按成分分类主要有YG合金和YT合金,YT合金与YG合金的主要区别是除了含有WC、Co以外,还含有一定比例的TiC。Ti元素的主要作用是能有效抑制月牙洼磨损,是切削刀片的常见重要组成元素。

Ti元素在生产过程中主要有以下几种加入方式:以TiC单质的形式加入,以WCTiC固溶体的形式加入,其中WC-TiC固溶体不同公司也常采用不同的WC和TiC比例,其WC和TiC的比例主要有7∶3、6∶4,5∶5三种。

一般YT合金中存在两种硬质相,即WC相和WC-TiC固溶体相,由于两者的各项性能差异都很大,两者是否充分均匀化是影响YT合金性能的一个重要因素。

2 实验与检测

实验以YT15牌号(WC-15%TiC-6.2% Co)硬质合金为研究对象,采用WC、Co粉、WC-TiC固溶体等原料进行配料球磨。实验原料的技术参数见表1,分别采用己烷和石蜡作为球磨介质和成型剂,研磨体为合金棒,棒料比4∶1,液固比350 ml/kg,加入少量硬脂酸作为表面活性剂。按表2所示采用不同参数球磨筒进行球磨,球磨40 h,球磨后卸料、干燥和过筛,制得混合料。

表1 实验使用原料的技术参数

表2 球磨筒参数与球磨条件

在万能试验机上压制尺寸为20 mm× 6.5 mm×5.25 mm的试样,压制压力120 MPa。采用新和公司生产的烧结炉进行氢气载气脱蜡烧结,烧结温度1 460℃,保温时间90 min。

按相关检测标准检测试样的磁力、硬度、密度、钴磁、抗弯强度、金相和金相Ti相分布结果。

3 实验结果

3.1 合金物理和金相性能

1#～4#合金试样的物理和金相性能如表3所示。

1#～4#合金试样中,2#试样磁力最高,达到13.7k A/m,3#试样磁力最低,仅12.1k A/m,而抗弯强度值中,也是2#试样最高,达到1 750MPa,3#试样最低,为1 590MPa。

3.2 金相Ti分布结果

1#～4#合金试样的Ti相分布情况如表4所示。

大于5μm Ti相颗粒所占比例检测结果中,2#试样最低为4.03%,3#试样最高,为15.3%。大于5μm Ti相颗粒所占比例越低,说明Ti相粗大聚集的比例越低,Ti相分布越均匀。

4 分析与讨论

4.1 YT合金球磨特征

由于WC、CK料和己烷的润湿性差,在球磨过程中,原料间较容易偏析和离心分离。WC密度较大,球磨时在外围,CK料密度较小,球磨时更易浮在上层和筒中心,WC、CK料很难分散均匀,各组分在球磨筒中分散示意图如图1。

根据球磨转速的相关原理,临界转速=

对于CK料,其D值为CK料的球磨直径,比球磨筒直径、WC的球磨直径都小,导致临界转速同比更大,在当前球磨转速下CK料的破碎效果相对较差;此外,CK料球磨时主要集中在上层和筒中心,这些部位研磨体合金球的下落冲击高度也比外围低,冲击力小,较不易破碎CK料。再加上CK料的晶体结构与TiC一致,为面心立方结构,塑性较强,比简单六方的WC更难冲击破碎,而需要更大的破碎冲击力。这些因素都会造成CK料难以破碎、CK料与WC难以分散均匀的结果。

表3 合金试样的物理性能和金相

表4 合金试样的Ti相分布情况

图1 YT合金在球磨筒中球磨时各组分分散示意图

4.2 结果分析

根据YT合金球磨特征,减少WC和CK料的球磨直径差异,应有利于CK料与WC的分散,有利于CK料的破碎,如图2按各组分球磨时呈环形计算料浆的厚度见表5。

从表5可以看出,2#试样球磨时料浆的总厚度最小为0.010m,相应磁力最大为13.7k A/m,大于5μm Ti相比例最低为4.03%;1#试样球磨时料浆的总厚度次之,为0.0175m,相应磁力为13.1k A/m,大于5μm Ti相比例为7.49%;4#试样球磨时料浆的总厚度为0.103m,相应磁力为12.4k A/ m,大于5μm Ti相比例为10.6%,3#试样球磨时料浆的总厚度最大为0.184m,相应磁力最小为12.1k A/m,大于5μm Ti相比例最高为15.3%。

球磨时料浆的总厚度越薄,大于5μm Ti相比例越低,Ti相分布越均匀,同时因为组织分散均匀,合金磁力也越高。

图2 假设原料各组分在球磨筒中呈环形分散示意图

表5 根据料浆体积和球磨筒参数计算料浆总厚度及对应磁力和Ti相比例

5 结论

(1)YT15牌号在球磨时的料浆总厚度越薄,球磨时CK料和WC的球磨差异越小, Ti相分布越均匀。

(2)球磨时料浆的总厚度越薄,组织越分散,合金磁力越高。

[1] 赵继贤,张兴华.硬质合金手册[M].株洲:中国钨业协会硬质合金分会,420-421.

Effect of Ball Milling Slurry Thickness on the Performance and Ti-phase Distribution of YT15 Alloy

WANG Yan-jie1,2,LIU Xiao-hu2,LIU Yong1,WU Xiang2,SHI Kai-hua1,2
(1.State Key Laboratory of Powder Metallurgy,Central South University,Changsha 410083,Hunan,China; 2.Zigong Cemented Carbide Co.,Ltd.,Zigong 643011,Sichuan,China)

In this paper,different milling equipments are used for milling YT15 cemented carbide, detection of physical performance and Ti-phase distribution of samples,analysis and discuss the reasons of differences on performance and Ti-phase distribution,the conclusion is that ball milling slurry thickness is thinner,the distribution of Ti-phase is more uniform,the magnetic of alloy is higher.

YT15;Ti-phase distribution;slurry thickness

TG732

:B

1001-5108(2015)04-0055-04

王雁洁,分片分厂副厂长,从事硬质合金刀片研究和销售工作。