低钴硬质合金钎片的真空热处理方法.pdf

该发明属于对钻探、凿岩等用低钴硬质合金钎片进行真空热处理的方法。包括将烧结而成的制品送入双室真空炉内加热至液相、在N2保护下采用油淬火并在350～400℃温度下回火处理，再经滚磨处理7～8小时。所得制品金相组织中α－Co相可达25～50％，冲击韧性提高10～25％，使用寿命提高30～70％。因而具有可有效提高低钴硬质合金钎片的综合机械性能，硬度高、耐磨性及韧性好，抗冲击性强，大大降低了使用过程中的崩刃、碎断及早期磨损现象，使用寿命长、成本低，凿进效率高等特点。克服了常规制品及采用背景技术处理制品，使用中易发生崩刃、碎断及早期磨损，影响钻探、凿进深度及效率，使用的寿命短等弊病。

1、  低钴硬质合金钎片的真空热处理方法，其方法包括：
A、淬火：将烧结合格的钴含量为5-7wt％硬质合金钎片制品置于双室真空炉的加热室内、冷室盛淬火油，将两室的真空度抽至20Pa以下，然后将加热室温度逐渐加热至1350～1420℃，保温1～3分钟；再依次向加热室和冷室充入N₂气至两室的真空度均达到500～1000Pa后，将加热后的制品送入冷室中的淬火油内、淬火处理1～3分钟，然后将制品提升至油面以上，待其自然冷却到100℃以下；
B、回火处理：将冷却后的制品再送回加热室内，加热到350～400℃并保温8～10小时后，随炉冷却至室温出炉；
C、滚磨处理：将经回火处理后的制品送入球磨机内滚磨7～8小时，即得Co相成份中α-Co相占25～50％的钎片制成品；球磨机球料比为2～5∶1，转速30～100转/分。

2、  按权利要求1、所述硬质合金的真空热处理方法；其特征在于滚磨处理中的研磨球为硬质合金球或硬质合金与硬卵石混合研磨球，球径均为φ4～10mm。

低钴硬质合金钎片的真空热处理方法
技术领域
本发明属于地质钻探，矿山开采、凿岩用工具的热处理方法，特别是一种针对钎头用低钴硬质合金一字钎片进行热处理的方法。
背景技术
常规地质钻探，矿山开采、凿岩用一字钎片一般均采用钴含量为8-15wt％的硬质合金，通过直接烧结而成。此类硬质合金钎片在合金组织中的Co相几乎全为ε-Co，而α-Co含量极少，因而虽然具有较的高硬度及耐磨性、抗压强度高等优良性能；但却存在承受动载荷及冲击载荷的耐冲击韧性差，使用中易发生崩刃、碎断及早期磨损而影响钻探、凿进深度及效率，钻具的使用寿命较短等弊病。针对上述弊病申请人在公告号为CN1827828、发明名称为《钻探、凿岩用硬质合金的真空热处理方法》的专利文献中公开了一种通过将常规烧结而成的硬质合金钎片加热至熔融状态时进行固相淬火，再经450-750℃高温回火、最后经滚磨处理，从而制得Co相成份中的α-Co可提高10～30％、冲击韧性较处理前提高20-40％的硬质合金一字钎片制品。但由于制品本身含钴量相对较高，其硬度及耐磨性等难以满足达到更高掘进深度的要求，而当将合金中的Co含量降为5-7wt％(即为低钴含量)时，虽然硬度及耐磨性等有所提高，但耐冲击韧性显著下降，不能用于中、硬岩石地层的钻探、掘进。采用申请人在公告号为CN1827828的技术进行热处理、也只能将制品中的α-Co在Co相中的含量提高到5％左右，在工作过程中仍存在极易发生崩刃、碎断，影响其使用寿命及钻探、掘进的深度和效率等弊病。
发明内容
本发明的目的是针对低钴硬质合金钎片的成份特性，研究设计一种低钴硬质合金钎片的真空热处理方法，以大幅度提高一字钎片制品的Co相中α-Co的含量，在确保制品具有高硬度及耐磨性、抗压强度高等优良性能的基础上，有效提高承受动载荷及耐冲击的性能，达到降低钎片工作过程中崩刃、碎断及早期磨损的现象，提高钻探、掘进的深度和效率及钻具的使用寿命，降低使用成本等目的。
本发明的解决方案是针对背景技术、在处理低钴硬质合金钎片所存在的问题，将淬火温度提高到液相温度、即在液相状态下进行淬火并缩短加热时的保温时间，同时在淬火处理后采用低温回火，从而实现其目的。因此，本发明方法包括：
A淬火：将烧结合格的钴含量为5-7wt％硬质合金钎片制品置于双室真空炉的加热室内、冷室盛淬火油，将两室的真空度抽至20Pa以下，然后将加热室温度逐渐加热至1350～1420℃，保温1～3分钟；再依次向加热室和冷室充入N₂气至两室的真空度均达到500～1000Pa后，将加热后的制品送入冷室中的淬火油内、淬火处理1～3分钟，然后将制品提升至油面以上，待其自然冷却到100℃以下；
B、回火处理：将冷却后的制品再送回加热室内，加热到350～400℃并保温8～10小时后，随炉冷却至室温出炉；
C、滚磨处理：将经回火处理后的制品送入球磨机内滚磨7～8小时，即得Co相成份中α-Co相占25～50％的钎片制成品；球磨机球料比为2～5∶1，转速30～100转/分。
上述滚磨处理中的研磨球为硬质合金球或硬质合金球与硬卵石混合研磨球，球径均为φ4～10mm。
常规直接烧结而成硬质合金钎片经本发明方法处理后、制品Co相中的α-Co相可提高到25～50％(可较背景技术提高20～45％)，由于钨在Co相中的溶解、合金结构亦发生相应变化，WC晶粒多面体顶端发生圆化、变成具有波浪晶面的球状体，使低钴硬质合金钎片制品在确保处理前所具有的高硬度及耐磨性、抗压强度高等优良性能的基础上，冲击韧性提高10～25％，经与直接烧结而成未经处理的YG8C钎片对2类花岗岩进行掘进对比试验(直接烧结而成的YG6C钎片极易碎断、没法试验)，前者平均掘进16.5m，经本发明处理后的的制品可延长使用寿命30-70％。因而本发明具有可有效提高低钴硬质合金钎片的综合机械性能，硬度高、耐磨性及韧性好，抗冲击性强，使用寿命长、使用成本低等特点。
具体实施方式
实施例1：以处理牌号为YG6C的直接烧结而成的制品为例：
A、首先将100kg制品送入100型双室真空炉加热室内，冷室加入1#真空淬火油并将两室真空度均抽至20Pa以下，然后匀速加热至1360℃后、保温2分钟，同时向加热室和冷室依次充入N₂气，待炉内真空度达800Pa后，开启两室之间的隔离板将加热后的制品送入冷室淬火油内、淬火处理2分钟后，将制品提升至油面以上，待自然冷却至100℃以下、再送回加热室内；
B、将送回加热室的淬火处理后的制品再加热至360℃，保温9小时后，随炉冷却至室温出炉待用；
C、将经回火处理后的制品300kg送入直径为φ140mm的球磨机内，40转/分、滚磨7.5小时，即得成品；研磨球为硬质合金球，球径φ4～10mm。
所得制品Co相成份中α-Co相平均为30.0％；冲击韧性试验平均为4.88N·m/cm²、较同批制品处理前的平均值4.41N·m/cm²提高10.6％，对2类花岗岩与直接烧结而成的YG8C钎片进行掘进对比试验(以下对比试验均与此相同)、前者平均掘进16.5m，该制品可掘进22.0m，延长使用寿命33.3％。
实施例2：仍以对直接烧结而成的YG6C的制品进行处理为例：
淬火温度1380℃，回火温度370℃；其余参数及操作步骤、方法均与实施例1相同。
本实施例制品金相组织中α-Co相平均37.0％；冲击韧性平均为5.15N·m/cm³、较同批制品处理前的平均值4.43N·m/cm²提高16.2％，该制品针对2类花岗岩掘进试验达24.5m，较对照组延长使用寿命48.48％
实施例3：以对直接烧结而成的YG6C制品热处理为例：
淬火温度1400℃，回火温度390℃并保温9.5小时，研磨球中硬质合金球与硬卵石之比为2∶1，其余参数及操作步骤、方法均与实施例1相同。
本实施例制品金相组织中α-Co相平均为46.5％；冲击韧性平均为5.15N·m/cm³、较同批制品处理前的平均值4.13N·m/cm²提高24.7％，针对2类花岗岩作掘进试验、掘进深度达24.5m，较对照组延长使用寿命69.7％