特粗硬质合金开发

袁志良，刘华平，陆庆忠

（苏州新锐合金工具股份有限公司，湖北 潜江433124）

0引言

根据Sandvik对硬质合金晶粒度的划分，特粗硬质合金为晶粒尺寸大于8μm的合金[1]。与中粗硬质合金相比，在硬度相同条件下，特粗硬质合金具有更高的耐磨性、韧性和抗热疲劳性，现已广泛用于截煤、铣刨、旋挖工程领域。

近年来，国内一些硬质合金厂家都在进行特粗合金制备方法的研究。对于特粗WC粉（Fsss粒度大于20μm），球磨时间过长，WC过度破碎；球磨时间过短，又会造成钴相分布不均，所以采用常规球磨方法很难制备出晶粒尺寸大于8 μm的特粗合金。目前国内有采用特粗WC粉添加纳米粉的方法制备出特粗合金，其基本原理为：WC-Co硬质合金的WC晶粒粗化（或称为WC晶粒长大）总是通过小WC晶粒在液相烧结过程中首先溶解，过饱和的W原子及C原子在冷却过程中通过界面反应和扩散在大晶粒表面再沉淀而实现，这是众所周知的液相烧结的溶解-再沉淀机制[2]。但纳米粉价格贵，合金性价比不高，很难实现工业化生产。

此外，特粗合金粉料制粒也是一个难题。由于特粗合金WC比表面积小，吸附或粘结效果差，粉料抛光成粒时，粉料之间碰撞几率变少，导致粉料不能有效粘结在一起，粉料难以成粒。同时特粗粉料制粒时对温度、湿度比较敏感，因此选择合适的制粒环境、制粒技术尤为重要。

本文以WC－10%Co硬质合金为例，研究了超细复合粉末溶解法制备特粗硬质合金，同时摸索出特粗硬质合金的制粒技术。

1 实验

原材料采用高温还原和碳化的特粗WC粉(Fsss粒度为 25－30μm)和超细 WC-Co复合粉（研磨态粒度为 0.2－0.4 μm），Co粉费氏粒度为 1.0-1.5μm。 超粗 WC、WC－Co复合粉、Co原材料化学成分见表1，粉料电镜照片见图1、图2、图3。

表1 超粗WC、超细WC-Co复合粉、Co化学成分

图1 超粗WC粉SEM照片

图2 复合粉SEM照片

图3 Co粉SEM照片

从以上图片看出：所用特粗WC结晶完整，颗粒比较均匀，生产的合金会遗传WC优良特征；超细复合粉中纳米级颗粒较多，可以通过球磨破碎得到；钴粉为类球形，球磨过程中有利于钴的均匀分布。

按照常规硬质合金制备工艺制备特粗硬质合金。分别配制特粗WC+10%Co为混合料A和10%Co复合粉为混合料B（B要经过强化球磨），将两种混合料按一定比例配成Cl、C2、C3混合料，A:B重量比分别为9:1、8:2、7:3，未加复合粉10%Co混合料为D。球磨一定时间后出料干燥，压制成直径16 mm，高度20 mm圆柱试样，在低压炉中同炉烧结，烧结温度为1430-1460℃，烧结后的试样进行常规理化性能检测。

2 实验结果分析

2.1 合金理化性能

表2 合金理化性能

由表2看出，复合粉加入量为10%的C1合金矫顽磁力比D合金低3 0e，硬度低0.4 HRA；复合粉加入量为20%、30%的C2、C3合金矫顽磁力和D合金相比变化不明显，硬度低0.1 HRA，说明复合粉含量过多，超细WC不能完全在粗WC上溶解析出，导致合金硬度又略有增加。

2.2 合金金相组织

加入10%复合粉的Cl合金晶粒最粗，合金晶粒均匀性最好，说明超细WC完全在粗WC上溶解析出。复合粉料添加量分别为20%、30%的C2、C3的晶粒和不添加复合粉的D合金接近。随着复合粉添加量的增加，细WC晶粒也逐步增加，这是由于细WC除了粗WC上溶解析出外，细WC之间也存在溶解析出。

图4 C1合金 1000×

图6 C3合金 1000×

图7 D合金 1000×

3 特粗硬质合金制粒工艺

由于特粗合金WC吸附能力差，粉料抛光成粒时，粉料之间碰撞几率变少，粉料粘结力差，导致粉料难以成粒。为解决特粗合金制粒困难问题，根据表2实验试样结果分析，采用特粗WC+10%Co混合料中加入10%的复合粉(10%Co)批量生产混合料，摸索出特粗硬质合金制粒工艺如下：

首先制粒环境的温度、湿度适中，其次要严格控制锤磨速度、锤磨次数及压团压力。由于特粗粉料性质特殊，抛光前如不对抛光筒表面进行粗糙度处理，粉料在抛光时处于滑动状态，随着时间延长，粉料与抛光筒表面会产生热量，成型剂变软甚至会粘结失效，粉料无法成粒。因此在粉料倒入抛光筒之前往抛光筒内壁均匀喷洒一定量溶剂，同时往抛光筒内壁均匀撒细粉，然后进行滚筒制粒，形成合格粒子，其形貌和正常压制的中粗晶合金晶粒接近，见图8、图9。

为验证特粗合金粉料的压制性能，批量生产了单重为300g、直径为28 mm的楔形齿（属于大直径难成型的产品），产品易调试，压坯软废率低于3%，属于正常水平。

图8 特粗合金粉料粒子

图9 中粗晶合金粉料粒子

4 结论

（1）复合粉添加量为10%的特粗合金晶粒最粗，合金晶粒均匀性最好。随着复合粉加入量增加，细WC晶粒变多，同时晶粒不均匀性增加。

（2）特粗硬质合金制粒关键工艺为：控制制粒环境温度和湿度；对抛光筒表面进行粗糙度处理，以解决粉料碰撞几率小，粘结力差问题。

参考文献：

[1]113 Sandvik Hard Materials.Technical Info＼Understanding Cemented Carbide Grmn[S/OL].2004-11-04.

[2]白英龙，吴冲浒，杨霞等.纳米粉末溶解法制备粗晶WC-Co硬质舍金[J]粉末冶金材料科学与工程，2012，17(4)：501-507.