SD成型剂在硬质合金生产上的应用研究

黄 伟,刘 志

(自贡硬质合金有限责任公司,四川自贡643011)

SD成型剂在硬质合金生产上的应用研究

黄 伟,刘 志

(自贡硬质合金有限责任公司,四川自贡643011)

SD成型剂是一种新的硬质合金生产用的成型剂。研究了SD成型剂在混合原料制备、普通的模压成型、烧结的生产工艺,并和橡胶工艺进行了对比。试验表明:SD成型剂在原料制备、烧结性能方面和橡胶工艺比较接近,压制性能比橡胶差。

硬质合金;成型剂

1 引言

硬质合金是用粉末冶金方法生产由难溶金属化合物和粘结金属所构成的组合材料。对于硬质合金生产而言,成型是一个非常重要的过程。由于硬质合金主要由难熔金属碳化物等脆性粉末组成,用一般的成型手段难以直接成型,通常都需要加入某些有机物质作为成型剂才能成型。目前,国内广泛用于硬质合金的成型剂有石蜡、合成橡胶、聚乙二醇等。橡胶成型剂加热时易裂解“碳化”,残留碳量高,控碳困难,也给工艺操作带来了困难。石蜡成型剂在较低的温度下经过脱蜡离开压块,不会残留碳,用作成型剂可以不改变合金的组成,而且由于粘性低,易于实现喷雾干燥制粒大批生产。目前,国内外公司普遍采用石蜡工艺,但目前石蜡成型剂存在压坯强度低、容易产生裂纹、掉边掉角等缺点,在相当部分合金产品的使用中,成型较为困难,无法用于许多附加值高的复杂结构的硬质合金产品的生产,因而橡胶工艺至今未被完全淘汰[1]。目前市场上出现了一种新的SD成型剂,本文研究了其在硬质合金生产上的工艺,并和橡胶工艺做了相应的对比。

2 SD成型剂的混合料制备试验

采用酒精作为研磨介质湿磨后的混合料,分别用橡胶溶液、SD溶液做成型剂,经螺旋搅拌机混合,蒸汽干燥柜干燥除去溶剂,然后经擦筛分别制备混合料,采用霍尔流速计测量原料松装密度,称量筛上物和筛下物,计算出过筛率,结果见表1。

表1 混合料的松装密度和过筛率

生产制备过程采用相同的工艺,成型剂的加量为混合料重量的1%,混合时间均为30s,干燥时间均为35min,擦筛筛网均为60目。

试验表明:在相同的工艺条件下,SD成型剂混合料的松装密度比橡胶成型剂混合料的松装密度小,过筛率相当。

3 SD成型剂混合料的成型特性

3.1 压坯强度试验

分别在含钴量为6%的原料中加入1% (重量比)橡胶,1%SD-B,压制强度标样各10件,标样尺寸为:30.2±0.2×12.1±0.2×6.0 ±0.2(mm),采用高灵敏度强度仪检测强度,分别取强度的平均值,见表2。

表2 压坯强度试验结果

压坯强度试验结果显示,橡胶成型剂略高于SD成型剂。

3.2 压坯分层单重试验

分别用SD-B混合料和橡胶成型剂混合料压制Z11-0221818-5.8型拉伸模,压制标准条件:单重为85.8g;高度为17.2mm～17.3mm;设计收缩系数为1.23。试验过程中,压制高度17.3mm保持不变,压制单重从80g～87g,每次试验单重增加0.2g,压制后检查压坯分层情况以及密度情况,并烧结半成品,做金相分析,确认未压好临界单重。记录下出现分层的最小单重和出现未压好的临界单重。

表3 压制性能结果

从表3的结果可以得出:

(1)橡胶成型剂的混合料分层单重比SD混合料的分层单重大,出现未压好的临界单重小,说明橡胶料供压制生产选择单重的空间更大。

(2)SD成型剂混合料的分层单重比标准单重小,该收缩系数下,SD成型剂混合料不能满足压制要求;橡胶成型剂混合料的分层单重在标准单重以上,能够满足压制的要求;说明采用橡胶成型剂的混合料的压制性能要好于采用SD成型剂的混合料。

3.3 复杂产品的压制成型试验

喷咀产品在成型时,齿根部和台阶处,由于应力集中,容易产生裂纹,属于相对难成型的复杂型号产品,可以用来比较成型剂的相对成型性。分别将SD、橡胶制备的含钴量为11%的粗颗粒掺胶料,压制喷咀(如图1),压制情况如表4。

从表4可以看出,原料的松装对于压制成型的结果有很大的影响,在合适的原料松装密度情况下,SD和橡胶成型剂都能满足喷咀的成型要求,没有反应出成型性能的差异。

表4 复杂型号的试验结果

图1 喷咀照片

4 SD成型剂的烧结试验

4.1 SD成型剂的灰份分析

表5 成型剂灰份分析

橡胶汽油溶液和SD溶液的灰份都为0.01%,处于一个很低的水平,能够满足生产硬质合金的要求。

4.2 SD残留碳试验

用SD作为成型剂生产含Co量为6%的混合料,压制ϕ40mm×40mm的标样,采用真空脱胶烧结至850℃,对烧结前后的单重和总碳进行分析,结果见表6。

从表6可以得知,采用SD作为成型剂的合金烧结重量损失约为0.7%,WC总碳从5.938%增加到6.13%,达到理论碳量平衡,碳量的增加和橡胶工艺比较接近。

表6 脱胶后的重量损失和总碳增加

4.3 不同成型剂的烧结产品性能和微观组织结构比较

将橡胶和SD成型剂配制的YG8混合料,在相同工艺条件下烧成合金,分别检查其物理性能结果和微观组织结构,结果见表7。

表7 不同成型剂的烧结产品性能比较

数据表明SD成型剂与橡胶在相同的工艺条件下,所生产的合金性能均达到相应水平,合金微观组织结构均匀,没有脏化孔隙的产生。

5 结论

(1)在混合料制备方面:SD成型剂原料的松装密度比橡胶成型剂小,过筛率相当。

(2)SD成型剂的压制性能比橡胶成型剂差,主要表现为压坯强度低;未压好临界单重较大,而分层单重较小,成型区间狭窄。

(3)在合适的烧结工艺的情况下,SD成型剂的烧结性能与橡胶成型剂相当。

[1] 王国栋.硬质合金生产原理[M].北京:冶金工业出版社,1988.

Research on Application Technology of SD Pressing Binder in Cemented Carbide Production

HUANG Wei,LIU Zhi
(Zigong Cemented Carbide Corp.Ltd.,Zigong 643011,Sichuan,China)

SD is a new pressing binder for cementedcarbide.This study researched the technology in mixing、pressing、sintering,and compared with the rubber pressing binder.The experiments show that SD pressing binder have good mixing、sintering properties closed to the rubber,but poor in the pressing property.

cemented carbide;pressing binder

TF044 TF125

:B

1001-5108(2015)04-0001-03

黄伟,助理工程师,主要从事硬质合金混合料制备及研发工作。