甘緒發(fā),李海雄,楊文超,夏恩華,張洪剛,姜 寧,譚會(huì)文

(自貢硬質(zhì)合金有限公司,自貢643011)

超粗晶?；旌狭现苽浞椒ㄑ芯?/p>

甘緒發(fā),李海雄,楊文超,夏恩華,張洪剛,姜 寧,譚會(huì)文

(自貢硬質(zhì)合金有限公司,自貢643011)

本研究是在己烷-石蠟體系中進(jìn)行,研究應(yīng)用了粉末冶金技術(shù),通過對研磨體、球料比、噴霧制粒研究,實(shí)現(xiàn)了超粗晶?；旌狭袭a(chǎn)品的生產(chǎn)。通過配料、濕磨、噴霧-過篩包裝等流程使得超粗晶?；旌狭袭a(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

己烷-石蠟體系;超粗晶粒;混合料;研磨體;球料比;噴霧制粒

1 引言

超粗晶粒混合料是合金平均晶?！?.0μm的產(chǎn)品。這類合金產(chǎn)品適用于地礦、地勘,主要工作對象是巖石。硬度高的巖石沖擊負(fù)荷大,需要硬質(zhì)合金耐磨性高的同時(shí)還要具有高強(qiáng)度;硬度小的巖石沖擊負(fù)荷小,需要硬質(zhì)合金強(qiáng)度好的同時(shí)需要更高的耐磨性。本研究是采用粗顆粒的WC原料及特殊的球磨工藝、噴霧工藝生產(chǎn)超粗晶粒混合料。

采用傳統(tǒng)的滾動(dòng)和攪拌球磨方法都會(huì)使碳化鎢原始粒度得到較嚴(yán)重的破碎。要制取超粗晶?；旌狭袭a(chǎn)品,采用的濕磨工藝就必須盡量降低球磨過程對碳化鎢破碎、細(xì)化作用,而又要保證其混合均勻。因此,我們從球磨參數(shù)入手,研究了合金球與合金棒、球料比高低、研磨時(shí)間長短等方面的參數(shù),最終確定了在己烷-石蠟工藝體系中采用合金棒、低球料比、較短球磨時(shí)間、合適的噴霧干燥工藝生產(chǎn)超粗晶?；旌狭?。

2 實(shí)驗(yàn)方法

本研究內(nèi)容包括:(1)研磨體類型、球料比大小、球磨時(shí)間等因素進(jìn)行了研究;(2)此工藝制備的混合料在微觀組織結(jié)構(gòu)、物理性能方面的對比;(3)WC粉末質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。本文選擇4種WC原料作為WC內(nèi)在質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用實(shí)例。

超粗晶?；旌狭现苽涞难芯克悸啡缦?(1)借鑒中粗顆粒牌號(hào)先進(jìn)行球磨、噴霧工藝預(yù)研,在預(yù)研過程中進(jìn)行修正;(2)WC粉末選擇(3)研磨體、球磨時(shí)間、球料比等參數(shù)的選擇[4]。

3 原料與混合料制備工藝

3.1 實(shí)驗(yàn)用WC原料技術(shù)要求達(dá)到表1。

3.2 碳化鎢選擇

選擇的牌號(hào)鈷含量為6.0%,球磨時(shí)間24h(球料比、研磨體不變),其結(jié)果見表2。

從表2中可以看出,在己烷體系中,相同的球磨工藝條件下,碳化鎢的原始粒度的大小,對合金的晶粒影響很大,因此選擇碳化鎢原始粒度生產(chǎn)超粗晶?；旌狭鲜顷P(guān)鍵。

3.3 研磨體對比

選定300型可傾式滾動(dòng)球磨機(jī)兩臺(tái)(其中A1為合金球,A2為合金棒,裝入合金棒和合金球重量相同)。選擇的牌號(hào)鈷含量為7.5%,WC為WC100,其結(jié)果見表3。

從表3中可以看出,在己烷體系中,相同的球磨時(shí)間下合金球的磁力比合金棒的要高,也就是說合金球研磨效率比合金棒高。這與傳統(tǒng)合金棒在酒精體系中研磨效率大小存在一定的差異,主要原因是WC、CO粉在己烷中潤濕性較差造成的。因此選擇合金棒生產(chǎn)超粗晶?；旌狭陷^為合適。

3.4 球料比對比

選擇的牌號(hào)鈷含量為6.0%,WC為WC300,分別采用2∶1,2.5∶1和3∶1的球料比進(jìn)行對比(球磨時(shí)間一定),其結(jié)果見表4。

從表4中數(shù)據(jù)可以看出,在己烷體系中,采用低的球料比更有利于生產(chǎn)粗、特粗晶粒牌號(hào)的混合料,在球磨過程中碳化鎢更不易破碎。相同的球磨時(shí)間下,低的球料比合金磁力、硬度明顯低于高球料比。因此選擇低球料比生產(chǎn)超粗晶?；旌狭陷^為合適。

3.5 球磨時(shí)間對比

選擇的牌號(hào)鈷含量為6.0%,WC為WC300(球料比一定)作球磨時(shí)間試驗(yàn),其結(jié)果見表5。

表1 實(shí)驗(yàn)用WC原料技術(shù)要求

表2 原始粒度與混合料晶粒的影響

表3 兩種研磨體的影響

表4 球料比對比

表5 球磨時(shí)間對比

從上表5結(jié)果可看出,在己烷體系中,球磨時(shí)間在10小時(shí)之前,碳化鎢、鈷粉很難混合均勻(酒精工藝未做),主要表現(xiàn)為合金密度遠(yuǎn)低于理論密度,其次是A類孔。球磨12h以上基本上能確保混合均勻,球磨24h以后繼續(xù)加磨僅是增氧降碳的作用。因此,選擇較短球磨時(shí)間生產(chǎn)超粗晶?；旌狭陷^為合適。

4 微觀組織結(jié)構(gòu)、物理性能方面的對比

4.1 微觀組織結(jié)構(gòu)對比(如圖1)

圖1 球磨時(shí)間不同的微觀組織結(jié)構(gòu)對比

4.2 球磨工藝相同,碳化鎢粒度不同,其合金粒度對比(如圖2、3)

圖2 采用WC60生產(chǎn)粗晶?；旌袭a(chǎn)品

圖3 采用WC200生產(chǎn)超粗晶粒混合產(chǎn)品

4.3 噴霧粒料形貌對比(如圖4、5)

圖4 合金棒生產(chǎn)的噴霧粒料形貌

4.4 球、棒生產(chǎn)混合料其篩分粒度、松裝密度和流速對比

4.4.1 篩分粒度結(jié)果見表6

4.4.2 球、棒松裝密度對比見表7

圖5 合金球生產(chǎn)的噴霧粒料形貌

表6 篩分粒度結(jié)果

表7 球、棒松裝密度對比

從表6、表7結(jié)果可看出,采用合金棒生產(chǎn)的混合料,其-325目細(xì)粉比用球生產(chǎn)的要低,松裝密度要高,流速要快,因此說明采用合金棒生產(chǎn)的混合料其噴霧成粒性要好于合金球生產(chǎn)的。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論

生產(chǎn)超粗晶?；旌狭系年P(guān)鍵是球磨工藝研究,本文研究理論基礎(chǔ)如下:

5.1 李勇等的研究成果

(1)合金的矯頑磁力(Hc)、鈷磁(Com)、平均晶粒尺寸(dWC)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如(1)所示[1]。由式(1)可以看出,合金的磁力與其鈷磁(Com)、平均晶粒尺寸(dWC)成反比。

(2)硬質(zhì)合金的硬度與其孔隙度、晶粒尺寸的關(guān)系如式(2)所示[2]。

式中:H為合金的硬度;d為合金晶粒尺寸;P為孔隙度,K、a、b是常數(shù)。由式(2)可知孔隙度P減小、晶粒細(xì)化會(huì)導(dǎo)致硬質(zhì)合金硬度增加。

5.2 易軍[2]等的研究成果

濕磨時(shí)間和濕磨方式對合金微觀結(jié)構(gòu)的影響,采用截線法[3],WC晶粒鄰接度計(jì)算公式為[3]:

式中,C表示鄰接度,NWC/WC及NWC/Co分別為穿過測量直線的WC/WC界面平均個(gè)數(shù)和WC/Co界面平均個(gè)數(shù)。

由式(1)、(2)、(3)可知,生產(chǎn)超粗晶粒的混合料產(chǎn)品,我們首先考慮:所采用的WC原料粉末具有較好的抗沖擊破碎、抗磨損能力,較好的結(jié)晶完整的原料。其次需要對滾動(dòng)(因設(shè)備條件原因,我們這里不考慮攪拌球磨方式)球磨工藝參數(shù)球磨時(shí)間、球料比、研磨體類別進(jìn)行研究。

表1展示了所采用抗沖擊破碎、抗磨損能力較好的碳化鎢原料。其關(guān)鍵指標(biāo):碳化鎢的總碳≥6.12%,化合碳≥6.09%,游離碳≤0.04%,W2C相≤1.5%。

表2、圖2、圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果都展示了若要得到超粗晶粒的混合料產(chǎn)品,碳化鎢的內(nèi)在質(zhì)量和WC粒度大小是控制的要點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用相同的球磨工藝,WC粒度小的,其合金晶粒就細(xì)。

表3～表5實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在己烷體系中,若要得到超粗晶粒的混合料產(chǎn)品,合適的球磨工藝是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。即研磨體的形狀、球料比的大小、球磨時(shí)間的長短三者都要互相考慮。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):

(1)在己烷體系中,相同的條件下,合金球研磨效率比合金棒高,這與傳統(tǒng)合金棒在酒精體系中研磨效率大小存在一定的差異,主要原因是WC、CO粉在己烷中潤濕性較差造成的。

(2)在己烷體系中,太短的球磨時(shí)間(小于10 h),碳化鎢、鈷粉很難混合均勻(酒精工藝未做),己烷密度遠(yuǎn)小于碳化鎢、鈷粉的密度,碳化鎢、鈷粉的沉淀速度極快。因此,球磨12 h以上才能確?；旌暇鶆?24 h以后繼續(xù)加磨僅是增氧降碳的作用(這里指的的粗顆粒鎢鈷合金)。

(3)在己烷體系中,采用較低的球料比更有利于生產(chǎn)粗、超粗晶粒牌號(hào)的混合料,在球磨過程中碳化鎢更不易被破碎。

總之,在己烷體系中,生產(chǎn)超粗晶粒的混合料產(chǎn)品的優(yōu)勢有:①己烷密度遠(yuǎn)小于碳化鎢、鈷粉的密度,碳化鎢、鈷粉的沉淀速度極快,碳化鎢顆粒不易被破碎;②WC、CO粉在己烷潤濕性較差,研磨體研磨效率較低(與酒精工藝相比),合金棒優(yōu)勢明顯;③我們只要控制碳化鎢、鈷粉的沉淀速度達(dá)到混合均勻而又不破碎碳化鎢的粒度即可。

表6、表7、圖3、圖4實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明在己烷體系中,采用合金棒作研磨體生產(chǎn)噴霧粒料,有利于噴霧制粒的成粒性,降低粉料的產(chǎn)生比例。

6 結(jié)論

(1)生產(chǎn)超粗晶粒的混合料產(chǎn)品,需要選擇抗沖擊破碎、抗磨損能力較好的碳化鎢原料。但是WC粉末的內(nèi)在質(zhì)量包括結(jié)晶完整性、抗沖擊破碎和抗磨損能力、硬質(zhì)合金燒結(jié)過程中WC晶粒異常生長傾向等問題有待進(jìn)一步深入研究。

(2)在己烷體系中,生產(chǎn)超粗晶粒的混合料產(chǎn)品,研磨體形狀選擇合金棒較為合適。

(3)在己烷體系中,生產(chǎn)超粗晶粒的混合料產(chǎn)品,合適的球磨工藝是產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵。即研磨體的形狀、球料比的大小、球磨時(shí)間的長短三者都需要互相考慮。

[1] 李 勇,龍堅(jiān)戰(zhàn).WC-Co硬質(zhì)合金磁性能與晶粒度之間的關(guān)系[J].硬質(zhì)合金,2002,9,doi: 10.3969/j.issn.1003-7292.2010.04.001.

[2] 易 軍,張 立,王 喆,等.從硬質(zhì)合金微觀結(jié)構(gòu)和性能對濕磨工藝的敏感性評(píng)價(jià)WC粉末的內(nèi)在質(zhì)量[J].中國鋁業(yè),2014(2).

[3] 宋曉艷,趙世賢,劉雪梅,等.超細(xì)晶硬質(zhì)合金顯微組織和斷裂路徑的體視學(xué)表征研究[J].中國體視學(xué)和圖像分析,2011,16(2):131 -136.

[4] 陳楚軒,硬質(zhì)合金質(zhì)量控制原理[Z].自貢:中國鎢業(yè)協(xié)會(huì)硬質(zhì)合金分會(huì)(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司),2008.

Study on Preperation Method of Ultra Coarse Grain Mixture System

GAN Xu-fa,LI Hai-xiong,YANG Wen-chao,XIA En-hua, ZHANG Hong-gang,JIANG Ning,TAN Hui-wen
(Zigong cemented carbide Co.Ltd.,Zigong 643011,Sichuan,China)

This study was conducted in hexane-paraffin system,studied the application of powder metallurgy technology,the grinding body,ball to powder ratio,spray granulation,to achieve ultra coarse grain mixture production.Through mixing,wet grinding,spray-sieve packaging process makes the ultra coarse grain mixture products realized industrialized production.

hexane-paraffin system;coarse grain;mixture-powder;grinding ball to powder ratio; spray granulation

TB33 TG704

:A

1001-5108(2015)04-0018-05

甘緒發(fā),技術(shù)廠長,從事硬質(zhì)合金混合料生產(chǎn)管理工作。