CN111975004A - 一种采煤掘进机用截齿的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采煤掘进机用截齿的制造工艺，包括S1：备料；S2：混料球墨；S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制、快冷、负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷及表面处理后得到采煤掘进机用截齿；备料时，选取碳化钨粉末88‑90份，碳化钽2‑3份，钴粉5‑6份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1‑2份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛4‑7份，碳化硼2‑4份及石蜡1份；所述碳化钨粉末中，包括粒度为5‑8μm的第一碳化钨粉末及粒度为3‑7μm的第二碳化钨粉末；本发明所设计的采煤掘进机用截齿的制造工艺，不仅使硬质合金截齿具有良好的韧性和硬度，而且能保证硬质合金截齿在经过后期的焊接加工后，仍能保持产品标准所要求的硬度和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金材料的加工领域，特别是一种采煤掘进机用截齿的制造工艺。
背景技术
为了满足机械加工、模具制造等的使用方面的要求，解决粗晶WC–Co硬质合金的高断裂韧性与高硬度难以同时存在的矛盾，往往采用双晶硬质合金来解决这一矛盾，即通过粗颗粒WC保证合金的韧性，细颗粒WC保证合金的耐磨性来获得综合性能优异的粗晶WC–Co硬质合金；传统的硬质合金截齿主要成分是碳化钨和钴，这种类型的硬质合金截齿普遍存在硬性方面较差、耐磨性和强度方面不足等问题；在开采煤炭掘进过程中，由于地址岩层过于坚硬且长时间工作的情况下，其硬度和强度急剧下降，严重影响了截齿材料的耐磨性和使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种采煤掘进机用截齿的制造工艺，不仅使硬质合金截齿具有良好的韧性和硬度，而且能保证硬质合金截齿在经过后期的焊接加工后，仍能保持产品标准所要求的硬度和耐磨性。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种采煤掘进机用截齿的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制、快冷、负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷及表面处理后得到采煤掘进机用截齿；
S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末88-90份，碳化钽2-3份，钴粉5-6份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1-2份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛4-7份，碳化硼2-4份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为5-8μm的第一碳化钨粉末及粒度为3-7μm的第二碳化钨粉末，以第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为67-81％，第二碳化钨粉末的含量为19-33％。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，前述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛13-23％，碳化钽0.9-2.35％，其余为碳化钨。
前述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.53-99.58％，铬0.42-0.47％。
前述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2150℃-2300℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物。
前述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1410-1430℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体。
前述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用10-15的球料比，球磨33-43小时；
加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用11-13的球料比，球磨11-19小时，得到混合料。
前述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，压制工序前，按常规方法向混合料中加入SBS成型剂。
前述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，压制工序前通过快冷工艺将坯料从845-850℃的终温以80-90℃/s的冷却速度冷却到360-365℃，并于350-355℃进行收取。
前述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷的具体工艺为：
负压脱脂：将压制后的坯料放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为33-39L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按3-5℃/min的加热速度升温至610-630℃，然后保持610-630℃的炉温脱脂2-3h；
真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按3-5℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1050-1150℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结0.5-1h；
分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为13-19L/min，然后按2.5-3.5℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1410-1450℃时，在20-30Kpa的条件下烧结3.1-3.3h；
强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为13-19L/min氩气，然后按12-13℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至520-580℃时再按10℃/min的速速降至室温即可。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中采用了两种粒径的碳化物作为原料，使合金组织中的WC晶粒为非均匀结构，由于合金组织中的粗细WC交错搭配，使WC与WC晶粒之间填充的钴相层变薄，分布也更加均匀，减少了合金中产生“钴池”缺陷的机率；
（2）由于第二碳化钨粉末为单晶碳化钨颗粒，晶粒结晶完整，球磨过程中其晶粒结构未受到破坏，因此合金中形成的粗晶WC晶粒缺陷少，晶粒度均匀，保证了双晶结构硬质合金晶粒度的可控性，提高了合金的整体性能，同时具有更加优异的断裂韧性；
（3）本发明中增加了由碳化钨与钨化钛在2000-2300℃的高温加热下形成的固溶体和碳化钽，并选用了粒度更小的碳化钨粉，改善了本硬质合金刀头的红硬性、耐磨性和高温强度性等性能；不仅使硬质合金截齿具有良好的韧性和硬度，而且能保证硬质合金截齿在经过后期的焊接加工后，仍能保持产品标准所要求的硬度和耐磨性；
（4）根据石蜡在高于熔点温度时溶于酒精的特点，在硬质合金混合料中掺入石蜡成型，避免了溶剂中所含杂质的混入，降低了生产成本，提高了硬质合金湿磨混合料的质量；
（5）本发明中采用强冷工艺有效控制粘结相中的W含量，采用负压脱脂、真空烧结、分压烧结相结合的一体炉烧结工艺，解决了传统成型剂脱出时间长、脱脂裂纹多且含碳量控制难、孔隙度高等难点。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种采煤掘进机用截齿的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制、快冷、负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷及表面处理后得到采煤掘进机用截齿；
S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末88份，碳化钽3份，钴粉5份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛5份，碳化硼2份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为5μm的第一碳化钨粉末及粒度为7μm的第二碳化钨粉末，以第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为71％，第二碳化钨粉末的含量为29％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛17％，碳化钽1.15％，其余为碳化钨；碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.53％，铬0.47％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2150℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物；碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1430℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体；
步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用11的球料比，球磨43小时；
加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用11的球料比，球磨19小时，得到混合料；压制工序前，按常规方法向混合料中加入SBS成型剂；压制工序前通过快冷工艺将坯料从845℃的终温以90℃/s的冷却速度冷却到360℃，并于355℃进行收取。
本实施例中负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷的具体工艺为：
负压脱脂：将压制后的坯料放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为33L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按5℃/min的加热速度升温至610℃，然后保持610℃的炉温脱脂2h；
真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按5℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1050℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结1h；
分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为13L/min，然后按3.5℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1410℃时，在30Kpa的条件下烧结3.1h；
强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为13L/min氩气，然后按13℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至580℃时再按10℃/min的速速降至室温即可。
本实施例所制造的截齿，其性能参数：
密度：16.85g/cm3；
洛氏硬度：88.6HRA；
矫顽磁力：4.5kA/m；
抗弯强度：4600Mpa；
孔隙度：A02、B00；
平均晶粒度：≥6.0。
实施例2
本实施例提供的一种采煤掘进机用截齿的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制、快冷、负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷及表面处理后得到采煤掘进机用截齿；
S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末90份，碳化钽2份，钴粉6份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体2份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛7份，碳化硼3份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为6μm的第一碳化钨粉末及粒度为4μm的第二碳化钨粉末，以第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为81％，第二碳化钨粉末的含量为19％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛19％，碳化钽1.75％，其余为碳化钨；碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.58％，铬0.42％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2300℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物；碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1410℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体；
步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用15的球料比，球磨33小时；
加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用12的球料比，球磨13小时，得到混合料；压制工序前，按常规方法向混合料中加入SBS成型剂；压制工序前通过快冷工艺将坯料从850℃的终温以80℃/s的冷却速度冷却到365℃，并于350℃进行收取。
本实施例中负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷的具体工艺为：
负压脱脂：将压制后的坯料放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为39L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按3℃/min的加热速度升温至630℃，然后保持630℃的炉温脱脂3h；
真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按3℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1150℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结0.5h；
分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为19L/min，然后按2.5℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1450℃时，在20Kpa的条件下烧结3.3h；
强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为13L/min氩气，然后按13℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至520℃时再按10℃/min的速速降至室温即可。
本实施例所制造的截齿，其性能参数：
密度：17.02g/cm3；
洛氏硬度：91.5HRA；
矫顽磁力：4.9kA/m；
抗弯强度：4650Mpa；
孔隙度：A02、B00；
平均晶粒度：≥6.0。
实施例3
本实施例提供的一种采煤掘进机用截齿的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制、快冷、负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷及表面处理后得到采煤掘进机用截齿；
S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末89份，碳化钽3份，钴粉5份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛6份，碳化硼3份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为7μm的第一碳化钨粉末及粒度为3μm的第二碳化钨粉末，以第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为77％，第二碳化钨粉末的含量为23％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛19％，碳化钽1.95％，其余为碳化钨；碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.55％，铬0.45％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2250℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物；碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1425℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体；
步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用13的球料比，球磨39小时；
加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用13的球料比，球磨17小时，得到混合料；压制工序前，按常规方法向混合料中加入SBS成型剂；压制工序前通过快冷工艺将坯料从848℃的终温以86℃/s的冷却速度冷却到363℃，并于353℃进行收取。
本实施例中负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷的具体工艺为：
负压脱脂：将压制后的坯料放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为37L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按4℃/min的加热速度升温至625℃，然后保持625℃的炉温脱脂3h；
真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按4℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1100℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结0.8h；
分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为17L/min，然后按3.1℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1430℃时，在25Kpa的条件下烧结3.1h；
强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为17L/min氩气，然后按13℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至550℃时再按10℃/min的速速降至室温即可。
本实施例所制造的截齿，其性能参数：
密度：16.95g/cm3；
洛氏硬度：90.5HRA；
矫顽磁力：4.7kA/m；
抗弯强度：4630Mpa；
孔隙度：A02、B00；
平均晶粒度：≥6.0。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种采煤掘进机用截齿的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制、快冷、负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷及表面处理后得到采煤掘进机用截齿；
其特征在于，所述S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末88-90份，碳化钽2-3份，钴粉5-6份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1-2份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛4-7份，碳化硼2-4份及石蜡1份；所述碳化钨粉末中，包括粒度为5-8μm的第一碳化钨粉末及粒度为3-7μm的第二碳化钨粉末，以所述第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为67-81％，第二碳化钨粉末的含量为19-33％。
2.根据权利要求1所述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，其特征在于，所述碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛13-23％，碳化钽0.9-2.35％，其余为碳化钨。
3.根据权利要求1所述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，其特征在于，所述碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.53-99.58％，铬0.42-0.47％。
4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，其特征在于，所述碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2150℃-2300℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物。
5.根据权利要求4所述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，其特征在于，所述碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1410-1430℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体。
6.根据权利要求1所述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，其特征在于，所述步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用10-15的球料比，球磨33-43小时；
加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用11-13的球料比，球磨11-19小时，得到混合料。
7.根据权利要求1所述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，其特征在于，所述压制工序前，按常规方法向混合料中加入SBS成型剂。
8.根据权利要求1所述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，其特征在于，压制工序前通过快冷工艺将坯料从845-850℃的终温以80-90℃/s的冷却速度冷却到360-365℃，并于350-355℃进行收取。
9.根据权利要求8所述的采煤掘进机用截齿的制造工艺，其特征在于，所述负压脱脂、真空烧结、分压烧结、强冷的具体工艺为：
负压脱脂：将压制后的坯料放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为33-39L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按3-5℃/min的加热速度升温至610-630℃，然后保持610-630℃的炉温脱脂2-3h；
真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按3-5℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1050-1150℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结0.5-1h；
分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为13-19L/min，然后按2.5-3.5℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1410-1450℃时，在20-30Kpa的条件下烧结3.1-3.3h；
强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为13-19L/min氩气，然后按12-13℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至520-580℃时再按10℃/min的速速降至室温即可。
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