一种低钴硬质合金及减少低钴硬质合金焊接裂缝的方法

摘要

一种减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其特征在于：包括以下步骤：对烧结炉内的烧结区域进行划分，确定低钴硬质合金烧结位置；根据低钴硬质合金的烧结位置配制相应的碳平衡系数的压坯；在所述低钴硬质合金烧结位置上布置烧结舟皿，其中所述舟皿的高度大于所述压坯的高度；将所述压坯放入所述烧结舟皿中进行烧结；测定烧结后的合金的相对磁饱和是否符合设定值，重复烧结直至合金的相对磁饱和达到设定值。减少了低钴合金制备后的表面改性工序，改善了硬质合金刀片与钢焊接过程的裂纹现象，提高低钴硬质合金的焊接性能。

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金焊接领域，具体是一种减少低钴硬质合金焊接裂缝的方法。

背景技术

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。由于它具有很高硬度和出色的耐磨性能，广泛应用于3C(中国强制性产品认证)、木材加工和金属加工等切削领域。低钴硬质合金中硬质相含量高，粘结相含量少，较一般硬质合金具有更高的硬度和更好的耐磨性能。由于资源稀少和价格昂贵等原因，为了节约成本，该类合金通常与钢进行焊接后进行切削加工。硬质合金与钢的热膨胀系数相差数倍，尤其是对于低钴合金来说，硬质相含量的增加更是加剧了这种差异，在与钢焊接时，由于热膨胀系数的差异，在焊接残余应力的作用下，会发生焊接裂纹现象，一方面造成低钴硬质合金与钢焊接的废品率极高，另外一方面造成了焊接刀片在切削材料时的性能不稳定性。因此，低钴硬质合金与钢的焊接性能成为制约其应用的关键因素。

现有的硬质合金在烧结的时候放在烧结炉中的任意位置烧结，其钴含量都在4％以上，合金允许的钴磁波动范围较大，比较容易进行大批量生产。而低钴硬质合金的钴含量低(小于4％)，其允许的钴磁波动范围较小，生产中较难控制产品的合格率；此外，低钴硬质合金与钢之间的热膨胀系数差别更大，焊接时更容易出现焊接裂纹。如何改善低钴硬质合金焊接裂纹，减少低钴硬质合金制备后的表面改性工序，提高低钴硬质合金的焊接性能成为业内亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低钴硬质合金烧结工艺，提高低钴硬质合金烧结产品的合格率，减少低钴合金制备后的表面改性工序，改善低钴硬质合金的焊接裂纹。

一种减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，包括以下步骤：

(1)、对烧结炉内的烧结区域进行划分，确定低钴硬质合金烧结位置；

(2)、根据低钴硬质合金的烧结位置初步设定一个碳平衡系数配制混合料球磨后制成压坯；

(3)、在所述低钴硬质合金烧结位置上布置烧结舟皿，其中所述舟皿的高度大于所述压坯样品的高度；

(4)、将压坯的样品放入所述烧结舟皿中进行烧结；

(5)、测定烧结后的合金样品的相对磁饱和是否符合设定值范围，大于设定值范围时，降低碳平衡系数继续配制压坯，小于设定值范围时，增加碳平衡系数继续制造压坯，继续依次重复步骤(3)—(4)直至烧结后的合金样品相对磁饱和符合设定值范围。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：步骤(1)包括：将烧结炉内烧结区域划分为偶数个烧结位置，以烧结炉中心线为对称轴，对称分布在中心线两侧。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：所述烧结位置为10个，每个烧结位置的空间大小相同。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：步骤(4)中采用惰性气体低压烧结或采用惰性气体真空烧结，烧结炉内的气氛为脱碳气氛。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：步骤(2)包括以下步骤：

一、根据所需制得的硬质合金的种类进行配料，将所述配料进行球磨；

二、根据初步设定的碳平衡系数，加入初步质量的碳进行球磨。

三、将混合研磨好的配料在密封状态下喷雾干燥制备得到混合料；

四、将制得的混合料压制成型。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：所述合金样品的相对磁饱大于设定值范围时，增加球磨时间，其中，每球磨3小时钴磁降低0.1，所述合金样品的相对磁饱和小于设定值范围时，增加球磨过程中碳的质量，其中，每增加0.01百分比质量的碳钴磁上升0.1。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：步骤二包括：初步设定碳平衡系数为0.01～0.25。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：初步设定碳平衡系数时，靠近烧结炉气流口的烧结位置对应的混合料设定的碳平衡系数比远离烧结炉气流口的烧结位置对应的混合料设定的碳平衡系数大。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：本方法用于烧制高钴硬质合金或在未烧制低钴硬质合金的烧结位置同时烧结高钴硬质合金。

根据本发明采用的方法烧制的低钴硬质合金：所述低钴硬质合金中钴含量质量百分比小于4％，WC晶粒度尺寸小于0.8μm，相对磁饱和范围小于0.85。

本发明具有以下优点：在两相区稳定生产低钴硬质合金，在烧结过程中控制低钴合金的相对磁饱和，进而控制烧结后的低钴合金表面溢钴层的分布情况。减少了低钴合金制备后的表面改性工序，改善了硬质合金刀片与钢焊接过程的裂纹现象，提高低钴硬质合金的焊接性能。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明实施例1的烧结炉区域划分示意图。

图2是本发明实施例1的盛放烧结件的烧结舟皿的示意图。

图3是未采用本发明的烧结方法烧结的产品表面溢钴层分布情况示意图。

图4是采用本发明的烧结方法烧结的产品表面溢钴层分布情况示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

一种减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法：包括以下步骤：

(1)、对烧结炉内的烧结区域进行划分，优选将烧结炉内烧结区域划分为偶数个烧结位置，以烧结炉中心线为对称轴，对称分布在中心线两侧，确定低钴硬质合金烧结位置，所述烧结位置可以为一个或多个；

(2)、根据低钴硬质合金的烧结位置初步设定一个碳平衡系数配制压坯，所述初步碳平衡系数为0.01～0.25，其步骤为：

一、根据所需制得的硬质合金的种类进行配料，将所述配料进行球磨；

二、根据初步设定的碳平衡系数在球磨过程中加入对应质量的碳(根据配料的总质量乘以初步设定的碳平衡系数等于加入碳的质量)其中，靠近烧结炉气流口的烧结位置对应的混合料设定的碳平衡系数比远离烧结炉气流口的烧结位置对应的混合料设定的碳平衡系数大。

三、将混合研磨好的配料在密封状态下喷雾干燥，随后依次进行筛分、掺蜡、制粒最终制得混合料；

四、将制得的混合料压制成型。

(3)、在所述低钴硬质合金烧结位置上布置烧结舟皿，其中所述舟皿的高度大于所述压坯样品的高度；

(4)、将压坯的样品放入所述烧结舟皿中进行烧结，烧结采用惰性气体低压烧结或采用惰性气体真空烧结，使烧结炉内的气氛为脱碳气氛。

(5)、测定烧结后的合金样品的相对磁饱和是否符合设定值范围，大于设定值范围时，降低碳平衡系数继续配制压坯，小于设定值范围时，增加碳平衡系数继续制造压坯，具体的，所述合金样品的相对磁饱大于设定值范围时，增加球磨时间，每球磨3小时钴磁降低0.1，所述合金样品的相对磁饱和小于设定值范围时，增加球磨过程中碳的质量，每增加0.01百分比质量的碳钴磁上升0.1。继续依次重复步骤(3)—(4)直至烧结后的合金样品相对磁饱和符合设定值范围，所述相对磁饱和设定值范围为0.7～0.85。

所述的减少低钴硬质合金焊接裂纹的方法，其中：步骤(1)中所述烧结区域划分为十个烧结位置，所述烧结位置对称布置在烧结炉中心线两侧，每个烧结位置的空间大小相同。

在烧结炉内未烧制低钴硬质合金的位置同时烧结高钴硬质合金，其中，低估硬质合金中钴含量质量的百分比小于4％，高钴硬质合金中钴含量质量百分比大于4％。

一种低钴硬质合金，其中：所述低钴硬质合金中钴含量质量百分比小于4％，WC晶粒度尺寸小于0.8μm，相对磁饱和小于0.85。

实施例1：

步骤一、如图1所示，对烧结炉内的烧结区域进行划分，将烧结炉的区域划分为10个，分别为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J，每个烧结位置的空间大小相同，A与B，C与D，E与F，G与H，I与J分别对称布置在烧结炉中心线两侧，其中，烧结位置A和B靠近烧结炉前门1，I与J靠近烧结炉后门2，其中，本实施例采用的烧结炉吹风口靠近烧结炉前门1和后门2。确定烧结所需低钴硬质合金的烧结位置为E和F；

步骤二、根据所述低钴硬质合金的烧结位置配制相应的碳平衡系数的压坯，取Co：0.24份，Cr3C2：0.02～0.06份，VC：0.01～0.02份，WC：9.7～9.75份，上述配料所采用的配料及配料的粒径为现有技术，在此不再赘述。

根据所需制得的低钴硬质合金的烧结位置E和F初步设定球磨过程中的碳平衡系数为0.15，所述配料总质量100kg，根据初步设定的碳平衡系数0.15，对应的加入碳的质量为0.15kg，将碳加入配料后进行球磨，使配料和碳混合均匀，将混合研磨好的所有配料取100g样品在密封状态下进行喷雾干燥，随后依次进行筛分、掺蜡、制粒最终制得混合料，将制得的混合料取样压制成型，制成压坯样品。

步骤三、如图2所示，在所述低钴硬质合金烧结位置上布置烧结舟皿3，其中所述舟皿3的高度H2大于所述压坯样品4的高度H1，避免在烧结过程中，由于气流的冲刷造成产品不合格。

步骤四、将所述压坯样品4放入所述烧结舟皿3中进行烧结，其中，采用惰性气体低压烧结或采用惰性气体真空烧结，使烧结炉内的气氛为脱碳气氛，真空脱碳的烧结方法为现有技术，在此不再赘述。

步骤五、将烧结后的合金样品取出，测定烧结后的合金的相对磁饱和，其中钴含量质量百分比为2.4％，WC晶粒度为0.4，其钴磁波动范围区间为0.1，相对磁饱和为0.9，不符合本发明相对磁饱和小于0.85的要求，为了降低合金的钴磁至目标范围，按照每球磨三小时钴磁下降0.1的值计算，将取样后的合金混合料继续球磨2小时，继续取样，随后重复步骤三和四，再次测定烧结后的合金相对磁饱和，测得钴含量的质量百分比为2.4％，WC晶粒度为0.4，其钴磁波动范围区间为0.1，相对磁饱和为0.7～0.85之间，符合本发明相对磁饱和小于0.85的要求。

如图3和图4所示，其中，图3为没有采用本发明的烧结方法烧结的产品表面溢钴层分布情况，其相对磁饱和为0.9，图4为采用本发明烧结方法烧结的产品溢钴层分布情况，其相对磁饱和为0.8，从图3和图4可以看出，在相对磁饱和为0.8时，合金表面全部被钴覆盖，相对磁饱和为0.9时，合金表面有裸露的WC部分。

在上述两种钴磁条件下，将烧结成的合金制备成刀片与钢进行银钎焊焊接，焊接工艺相同，焊接数量都为50片。相对磁饱和为0.8时，合金焊接后进行磨刃工艺，无裂纹发生；相对磁饱和为0.9时，焊接后进行磨刃工艺，裂纹16片。由此可知，采用了本发明的烧结方法后，改善了硬质合金刀片与钢焊接过程的裂纹现象，减少了低钴合金制备后的表面改性工序，提高低钴硬质合金的焊接性能。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。