球磨料漿厚度對YT15合金性能和Ti相分布的影響

王雁潔,劉小胡,劉 詠,吳 翔,時凱華

(1.中南大學粉末冶金國家重點實驗室,湖南長沙410083; 2.自貢硬質(zhì)合金有限責任公司,四川自貢643011)

球磨料漿厚度對YT15合金性能和Ti相分布的影響

王雁潔1,2,劉小胡2,劉 詠1,吳 翔2,時凱華1,2

(1.中南大學粉末冶金國家重點實驗室,湖南長沙410083; 2.自貢硬質(zhì)合金有限責任公司,四川自貢643011)

采用不同球磨設(shè)備對YT15牌號硬質(zhì)合金進行球磨,檢測該牌號試樣的物理性能和Ti相分布,分析和討論造成性能和Ti相分布差異的原因,得出球磨時料漿厚度越薄,Ti相分布越均勻,合金磁力越高的結(jié)論。

YT15;Ti相分布;料漿厚度

1 引言

硬質(zhì)合金按成分分類主要有YG合金和YT合金,YT合金與YG合金的主要區(qū)別是除了含有WC、Co以外,還含有一定比例的TiC。Ti元素的主要作用是能有效抑制月牙洼磨損,是切削刀片的常見重要組成元素。

Ti元素在生產(chǎn)過程中主要有以下幾種加入方式:以TiC單質(zhì)的形式加入,以WCTiC固溶體的形式加入,其中WC-TiC固溶體不同公司也常采用不同的WC和TiC比例,其WC和TiC的比例主要有7∶3、6∶4,5∶5三種。

一般YT合金中存在兩種硬質(zhì)相,即WC相和WC-TiC固溶體相,由于兩者的各項性能差異都很大,兩者是否充分均勻化是影響YT合金性能的一個重要因素。

2 實驗與檢測

實驗以YT15牌號(WC-15%TiC-6.2% Co)硬質(zhì)合金為研究對象,采用WC、Co粉、WC-TiC固溶體等原料進行配料球磨。實驗原料的技術(shù)參數(shù)見表1,分別采用己烷和石蠟作為球磨介質(zhì)和成型劑,研磨體為合金棒,棒料比4∶1,液固比350 ml/kg,加入少量硬脂酸作為表面活性劑。按表2所示采用不同參數(shù)球磨筒進行球磨,球磨40 h,球磨后卸料、干燥和過篩,制得混合料。

表1 實驗使用原料的技術(shù)參數(shù)

表2 球磨筒參數(shù)與球磨條件

在萬能試驗機上壓制尺寸為20 mm× 6.5 mm×5.25 mm的試樣,壓制壓力120 MPa。采用新和公司生產(chǎn)的燒結(jié)爐進行氫氣載氣脫蠟燒結(jié),燒結(jié)溫度1 460℃,保溫時間90 min。

按相關(guān)檢測標準檢測試樣的磁力、硬度、密度、鈷磁、抗彎強度、金相和金相Ti相分布結(jié)果。

3 實驗結(jié)果

3.1 合金物理和金相性能

1#～4#合金試樣的物理和金相性能如表3所示。

1#～4#合金試樣中,2#試樣磁力最高,達到13.7k A/m,3#試樣磁力最低,僅12.1k A/m,而抗彎強度值中,也是2#試樣最高,達到1 750MPa,3#試樣最低,為1 590MPa。

3.2 金相Ti分布結(jié)果

1#～4#合金試樣的Ti相分布情況如表4所示。

大于5μm Ti相顆粒所占比例檢測結(jié)果中,2#試樣最低為4.03%,3#試樣最高,為15.3%。大于5μm Ti相顆粒所占比例越低,說明Ti相粗大聚集的比例越低,Ti相分布越均勻。

4 分析與討論

4.1 YT合金球磨特征

由于WC、CK料和己烷的潤濕性差,在球磨過程中,原料間較容易偏析和離心分離。WC密度較大,球磨時在外圍,CK料密度較小,球磨時更易浮在上層和筒中心,WC、CK料很難分散均勻,各組分在球磨筒中分散示意圖如圖1。

根據(jù)球磨轉(zhuǎn)速的相關(guān)原理,臨界轉(zhuǎn)速=

對于CK料,其D值為CK料的球磨直徑,比球磨筒直徑、WC的球磨直徑都小,導致臨界轉(zhuǎn)速同比更大,在當前球磨轉(zhuǎn)速下CK料的破碎效果相對較差;此外,CK料球磨時主要集中在上層和筒中心,這些部位研磨體合金球的下落沖擊高度也比外圍低,沖擊力小,較不易破碎CK料。再加上CK料的晶體結(jié)構(gòu)與TiC一致,為面心立方結(jié)構(gòu),塑性較強,比簡單六方的WC更難沖擊破碎,而需要更大的破碎沖擊力。這些因素都會造成CK料難以破碎、CK料與WC難以分散均勻的結(jié)果。

表3 合金試樣的物理性能和金相

表4 合金試樣的Ti相分布情況

圖1 YT合金在球磨筒中球磨時各組分分散示意圖

4.2 結(jié)果分析

根據(jù)YT合金球磨特征,減少WC和CK料的球磨直徑差異,應(yīng)有利于CK料與WC的分散,有利于CK料的破碎,如圖2按各組分球磨時呈環(huán)形計算料漿的厚度見表5。

從表5可以看出,2#試樣球磨時料漿的總厚度最小為0.010m,相應(yīng)磁力最大為13.7k A/m,大于5μm Ti相比例最低為4.03%;1#試樣球磨時料漿的總厚度次之,為0.0175m,相應(yīng)磁力為13.1k A/m,大于5μm Ti相比例為7.49%;4#試樣球磨時料漿的總厚度為0.103m,相應(yīng)磁力為12.4k A/ m,大于5μm Ti相比例為10.6%,3#試樣球磨時料漿的總厚度最大為0.184m,相應(yīng)磁力最小為12.1k A/m,大于5μm Ti相比例最高為15.3%。

球磨時料漿的總厚度越薄,大于5μm Ti相比例越低,Ti相分布越均勻,同時因為組織分散均勻,合金磁力也越高。

圖2 假設(shè)原料各組分在球磨筒中呈環(huán)形分散示意圖

表5 根據(jù)料漿體積和球磨筒參數(shù)計算料漿總厚度及對應(yīng)磁力和Ti相比例

5 結(jié)論

(1)YT15牌號在球磨時的料漿總厚度越薄,球磨時CK料和WC的球磨差異越小, Ti相分布越均勻。

(2)球磨時料漿的總厚度越薄,組織越分散,合金磁力越高。

[1] 趙繼賢,張興華.硬質(zhì)合金手冊[M].株洲:中國鎢業(yè)協(xié)會硬質(zhì)合金分會,420-421.

Effect of Ball Milling Slurry Thickness on the Performance and Ti-phase Distribution of YT15 Alloy

WANG Yan-jie1,2,LIU Xiao-hu2,LIU Yong1,WU Xiang2,SHI Kai-hua1,2
(1.State Key Laboratory of Powder Metallurgy,Central South University,Changsha 410083,Hunan,China; 2.Zigong Cemented Carbide Co.,Ltd.,Zigong 643011,Sichuan,China)

In this paper,different milling equipments are used for milling YT15 cemented carbide, detection of physical performance and Ti-phase distribution of samples,analysis and discuss the reasons of differences on performance and Ti-phase distribution,the conclusion is that ball milling slurry thickness is thinner,the distribution of Ti-phase is more uniform,the magnetic of alloy is higher.

YT15;Ti-phase distribution;slurry thickness

TG732

:B

1001-5108(2015)04-0055-04

王雁潔,分片分廠副廠長,從事硬質(zhì)合金刀片研究和銷售工作。