一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺

摘要

本发明公开了一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，属于粉末冶金硬质合金材料烧结技术领域。本发明的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，步骤包括负压脱蜡、真空烧结、分压烧结、快速冷却和出炉，其中脱腊过程完全遵循石蜡在合金制品中排除的峰值曲线，在各阶段采用了不同的升温斜率，能确保石蜡气体依次匀速的从合金制品中缓慢排出。采用本发明的工艺制得的硬质合金制品，产品不会因烧结工艺原因引起裂纹、起皮、变形、渗碳、脱碳等问题；制品中排出的石蜡气体回收率高，可达97％以上，减少了对炉膛和真空泵系统的污染，延长了设备的使用寿命；工艺时间相对较短，提高了生产效益，节省了能源，降低了成本，增强了市场竞争力。

权利要求

1.一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，其步骤为：A、负压脱蜡，0℃～150℃的升温斜率10～15℃/min，用时10～15分钟，真空度控制在

50Pa以内；

B、负压脱蜡，150℃～200℃的升温斜率5～10℃/min，用时5～10分钟，真空度控制在

200Pa以内；

C、负压脱蜡，200℃～260℃的升温斜率3～6℃/min，用时10～20分钟，真空度控制在

800Pa以内；

D、负压脱蜡，260℃～320℃的升温斜率0.3～1℃/min，用时60～200分钟，真空度控制在800Pa以内；

E、负压脱蜡，320℃～360℃的升温斜率0.2～0.5℃/min，用时80～200分钟，真空度控制在800Pa以内；

F、负压脱蜡，360℃～450℃的升温斜率0.5～1℃/min，用时90～180分钟，真空度控制在500Pa以内；

G、负压脱蜡，450℃～600℃的升温斜率3～5℃/min，用时30～50分钟，真空度控制在

300Pa以内；

H、真空烧结，600℃～1150℃的升温斜率5～8℃/min，用时70～110分钟，真空度控制在

200Pa以内；

I、真空烧结，1150℃～1280℃的升温斜率1～2℃/min，用时65～130分钟，真空度控制在50Pa以内；

J、真空烧结，1280℃～1350℃的升温斜率2.5～3.5℃/min，用时20～28分钟，真空度控制在50Pa以内；

K、分压烧结，1350℃至最终温度的升温斜率3～4℃/min，真空度控制在500Pa以内；

L、分压烧结，最终温度保温50～90分钟，真空度控制在500Pa以内；

M、快速冷却，自然冷却至1000℃时充氩气快速冷却；

N、出炉，冷却到80℃以下开炉门出炉；

所述烧结工艺应用于排腊距离小于4mm的产品；所述的A～G步骤的载气为氩气，氩气流量为0.5～1.2L/min；并设置有石蜡回收系统，所述石蜡回收系统包括冷凝装置和在炉体外部的两级收蜡装置，在炉体中部沿圆周方向平均设置3个接口，冷凝装置和两级收蜡装置设置在炉体的前端并与3个接口通过管道连通。

2.根据权利要求1所述的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，其特征在于：所述的C、D、E步骤的真空度控制在300Pa～800Pa。

3.根据权利要求2所述的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，其特征在于：所述的F步骤的真空度控制在300Pa～500Pa；所述的G步骤的真空度控制在100Pa～300Pa。

4.根据权利要求2所述的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，其特征在于：所述的K、L步骤的最终温度为1440℃。

说明书

一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺

技术领域

[0001] 本发明属于粉末冶金工业技术领域，具体涉及一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺。

背景技术

[0002] 硬质合金从上世纪六十年代引入我国，到如今我国已经成为当今世界的硬质合金生产大国，从生产技术到生产设备都得到了飞速的发展，逐步从原始的“橡胶工艺”改进到了现在的“石蜡工艺”。

[0003] 因硬质合金是在难熔金属、金属化合物及非金属、非金属化合物中加入低熔点金属铁、钴、镍等作粘接剂，用粉末冶金的方法制成的，所以在制成相应工艺制品时，必须加入一种在400℃左右比较容易脱除的成型剂，最初丁腊橡胶和顺丁橡胶就成为了“橡胶工艺”的成型剂。橡胶虽然能满足制品成型要求，但橡胶成分复杂，无法避免的在制品中留下一定残留灰粉，影响合金制品的结构，也就影响合金制品的质量。而且橡胶还要用航空汽油溶解后才能加入硬质合金混合料中，有很大的安全隐患。后来人们逐步发现石蜡也能满足硬质合金制品的成型性能，石蜡脱除温度曲线相对较短，在合金制品中基本没有残留杂质，大大的提高了合金制品的最终质量，使产品质量达到或超过了国际先进水平。而且石蜡是直接加入硬质合金混料中，排除了汽油这种危险的安全隐患。由于烧结制品是在炉子里面进行烧结，看不见摸不着，必须靠先进的设备和配套的先进工艺来保障，有时会造成烧结废品较高，并且解决难度大。目前设备是解剖和改进了国际最先进的真空烧结一体炉，但烧结工艺曲线还是用的橡胶工艺的烧结曲线。橡胶工艺的烧结曲线的特点是在脱除成型剂阶段采用快速升温再长时间保温，橡胶工艺一般模式是：负压脱胶：室温～200℃升温时间10分钟、保温时间20分钟；200℃～250℃升温时间10分钟、保温50分钟；250℃～300℃升温时间10分钟、保温时间60分钟；300℃～350℃升温时间30分钟、保温时间150分钟；350℃～400℃升温时间是30分钟、保温时间180分钟；400℃～450℃升温时间20分钟、保温时间60分钟；450℃～600℃升温时间30分钟、保温时间20分钟；转真空烧结：600℃～850℃升温时间50分钟、保温时间30分钟；850℃～1150℃升温时间60分钟、保温时间30分钟；1150℃～1350℃升温时间60分钟、保温时间30分钟；1350℃至最终温度每分钟3℃，保温60分钟左右；自然冷却至室温出炉。该烧结曲线在排除成型剂过程中，升温快，保温长：合金制品在真空炉内是靠辐射传热，升温快，合金制品表面受热也快，而石蜡是低熔点成型剂，熔点是58℃，会造成石蜡快速汽化从制品中排出，容易造成制品的起皮和裂纹；保温时间长造成制品内部和外部基本没有温差，内外气体同时排出，特别是在石蜡排出的峰值点，是引起起皮、裂纹的主要原因；再就是与石蜡排除的峰值曲线不匹配，容易造成石蜡在高温裂解，使产品残碳。所以行业内急需开发一条与石蜡排除峰值曲线匹配，又能确保石蜡气体匀速的从制品中缓慢排出的烧结工艺曲线。

[0004] 中国专利授权公告号：101343697B，公开日：2010－6－23的专利文献公开了一种硬质合金大制品的脱蜡烧结一体工艺，步骤如下：先向炉内充氩气，再用氢气置换氩气，控制炉内压力为1.01×105～1.03×105Pa；在氢气流量为240～260L/min的条件下，进行阶梯式升温和保温，排除石蜡成型剂；在升温至450℃后的保温期内，调整炉内气氛为负压，采用氢气脉冲压力进行冲刷，排除炉内残余石蜡成型剂；石蜡成型剂排除后，升温至1300～1350℃进行真空烧结；真空烧结后期充入氩气，在1350～1450℃温度下进行氩气保护烧结；氩气保护烧结完成后，快速冷却。本发明在微正压氢气气氛条件下，阶梯式升温保温，脱蜡效率高，产品不起皮，产品碳量控制精度很高，顶锤烧结后的合金钴磁值达6.8％～7.2％，但该工艺时间长达30个小时以上，也有长时间保温的步骤，还要氢气作载气脱蜡，排出的气体要点火燃烧处理，存在安全隐患和环境污染的危害；由于该烧结工艺没有契合石蜡在硬质合金制品排除的峰值曲线，炉内不可避免的会留有残余石蜡，还要采用氢气脉冲压力冲刷的危险工艺。而且只适合于生产硬质合金大制品的脱蜡和烧结。

发明内容

[0005] 1.要解决的技术问题

[0006] 针对现有技术中硬质合金生产工艺制品的烧结工艺曲线中升温过快，导致石蜡汽化快，而且保温时间较长，制品内、外部石蜡同时汽化，大量石蜡气体要同时从制品中排出，与石蜡排除峰值曲线不匹配，引起制品起皮、变形、裂纹以及存在安全隐患等问题，本发明提供了一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺。它能够匹配石蜡在制品中排除的峰值曲线，而且它的升温斜率实现了制品内、外部的受热能满足石蜡气体按先后次序匀速排出的目的，这样就能使制品在烧结过程中不会因烧结工艺原因而起皮、裂纹、变形和留有残碳。

[0007] 2.技术方案

[0008] 为达到上述目的，发明人经过多年时间的连续跟踪和总结，探索出了石蜡在合金制品中的排除峰值曲线，并进一步研究出了适合于该峰值曲线的升温斜率，总结出本发明的技术方案：

[0009] 一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，其步骤为：

[0010] A、负压脱蜡，0℃～150℃的升温斜率10～15℃/min，用时10～15分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0011] B、负压脱蜡，150℃～200℃的升温斜率5～10℃/min，用时5～10分钟，真空度控制在200Pa以内；

[0012] C、负压脱蜡，200℃～260℃的升温斜率3～6℃/min，用时10～20分钟，真空度控制在800Pa以内；

[0013] D、负压脱蜡，260℃～320℃的升温斜率0.3～1℃/min，用时60～200分钟，真空度控制在800Pa以内；

[0014] E、负压脱蜡，320℃～360℃的升温斜率0.2～0.5℃/min，用时80～200分钟，真空度控制在800Pa以内；

[0015] F、负压脱蜡，360℃～450℃的升温斜率0.5～1℃/min，用时90～180分钟，真空度控制在500Pa以内；

[0016] G、负压脱蜡，450℃～600℃的升温斜率3～5℃/min，用时30～50分钟，真空度控制在300Pa以内；

[0017] H、真空烧结，600℃～1150℃的升温斜率5～8℃/min，用时70～110分钟，真空度控制在200Pa以内；

[0018] I、真空烧结，1150℃～1280℃的升温斜率1～2℃/min，用时65～130分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0019] J、真空烧结，1280℃～1350℃的升温斜率2.5～3.5℃/min，用时20～28分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0020] K、分压烧结，1350℃至最终温度的升温斜率3～4℃/min，真空度控制在500Pa以内；

[0021] L、分压烧结，最终温度保温50～90分钟，真空度控制在500Pa以内；

[0022] M、快速冷却，自然冷却至1000℃时充氩气快速冷却；

[0023] N、出炉，冷却到80℃以下开炉门出炉。

[0024] 优选地，所述的A～G步骤的载气为氩气，并设置有石蜡回收系统。

[0025] 优选地，所述的氩气流量为0.5～1.2L/min；所述的石蜡回收系统包括冷凝装置和在炉体外部的两级收蜡装置，其中：冷凝装置与两级收蜡装置通过管道连通。

[0026] 优选地，所述的C、D、E步骤的真空度控制在300Pa～800Pa。

[0027] 优选地，所述的F步骤的真空度控制在300Pa～500Pa；所述的G步骤的真空度控制在100Pa～300Pa。

[0028] 优选地，所述的K、L步骤的最终温度为1440℃。

[0029] 3.有益效果

[0030] 采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

[0031] (1)本发明的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，所述的A、B、C、D、E、F的步骤采用缓慢的升温斜率符合石蜡在硬质合金制品中排除的峰值曲线；在其它各阶段也采用了不同的升温斜率，能确保石蜡气体依次匀速的从合金制品中缓慢排出，有效的保障了合金制品不会因石蜡气体急剧排出引起起皮、裂纹、变形等，稳定了质量，降低了废品率，节省了成本；

[0032] (2)本发明的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，石蜡回收系统能有效的回收石蜡，并能有效的减少石蜡气体对炉膛和真空设备的污染，而且载气为氩气，氩气的惰性能保障设备的正常工作和烧结炉内气氛的稳定；即保障了合金制品的质量又延长了相关设备的使用寿命，降低了设备的折扣成本；

[0033] (3)本发明的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，氩气流量的控制保障了炉内真空度和氩气氛围；炉体外部有两级收蜡装置，能够提高抽真空和除蜡效率，提高石蜡回收率，回收率可达97％以上；

[0034] (4)本发明的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，C、D、E步骤的真空度控制，兼顾了在脱腊的中温阶段真空度和加热效果的协调，在石蜡蒸汽的逸出高峰期有适宜的真空度和充分的热量吸收；

[0035] (5)本发明的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，F和G步骤的真空度控制，兼顾了在脱腊的高温阶段真空度和加热效果的协调，在石蜡蒸汽的逸出晚期有适宜的真空度和充分的热量吸收；

[0036] (6)本发明的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，K、L步骤的最终温度为1440℃的设计，尤其适用于排蜡最大距离小于4mm的产品，制得的产品不会因烧结工艺原因引起起皮、裂纹、变形、渗碳、脱碳等质量问题，产品合格率可达98％以上；

[0037] (7)本发明的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，工艺时间在12个小时左右，相对较短，能够提高生产效率50％以上，对于相同的产能，可以减少设备投资，节省能源，减低成本，增强市场竞争力。

具体实施方式

[0038] 下面结合具体的实施例，对本发明作详细描述。

[0039] 实施例1

[0040] 本实施例的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，设备用普通真空烧结一体炉，并设置有石蜡回收系统，石蜡回收系统包括冷凝装置和在炉体外部的两级收蜡装置，并在炉体中部延圆周方向平均设置的3个接口，其中：冷凝装置和两级收蜡装置设置在炉体的前端并与3个接口通过管道连通，目的是为了使内胆中各方位的石蜡蒸汽能就近通过接口逸出，避免单一接口的情况下，距离接口较远的部位有较多石蜡残留，从而有利于全方位除蜡，提高石蜡回收率，有利于延长真空烧结一体炉的使用寿命；接口数量为三个的目的更是为了平衡石蜡的回收率和烧结炉的密封程度；在本实施例中在接口上还设置了阀门，便于根据具体的石蜡蒸气逸出量灵活调节开口的接口数量，进一步平衡石蜡的回收和烧结炉的密封，并将冷凝装置设于炉体的前端，如此各接口到冷凝装置的距离相同，避免某一方位的接口到冷凝装置的距离过长，令石蜡停留在管道中，不便于清理；炉胆内空是1200mm*450mm*450mm；设备内所装产品牌号是钨钴合金JF215/002A，生产工艺是石蜡，原料石蜡加量2％，装舟量是154个，最大产品型号是￠358mm*￠207mm*1.75mm，总重量是115公斤。试样条是20mm*6.5mm*5.25mm，符合GB/T 18376.2－2001标准。本实施例的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，其步骤为：

[0041] A、负压脱蜡，0℃～150℃的升温斜率10℃/min，用时15分钟，真空度控制在50Pa以内，载气为氩气，氩气流量1.2L/min；

[0042] B、负压脱蜡，150℃～200℃的升温斜率5℃/min，用时10分钟，真空度控制在200Pa以内，载气为氩气，氩气流量1.2L/min；

[0043] C、负压脱蜡，200℃～260℃的升温斜率3℃/min，用时20分钟，真空度控制在500Pa～800Pa，载气为氩气，氩气流量1.2L/min；

[0044] D、负压脱蜡，260℃～320℃的升温斜率0.6℃/min，用时100分钟，真空度控制在500Pa～800Pa，载气为氩气，氩气流量1.2L/min；

[0045] E、负压脱蜡，320℃～360℃的升温斜率0.4℃/min，用时100分钟，真空度控制在500Pa～800Pa，载气为氩气，氩气流量1.2L/min；

[0046] F、负压脱蜡，360℃～450℃的升温斜率1℃/min，用时90分钟，真空度控制在300Pa～500Pa，载气为氩气，氩气流量1.2L/min；

[0047] G、负压脱蜡，450℃～600℃的升温斜率3℃/min，用时50分钟，真空度控制在100Pa～300Pa，载气为氩气，氩气流量1.2L/min；

[0048] H、真空烧结，600℃～1150℃的升温斜率6.875℃/min，用时80分钟，真空度控制在200Pa以内，载气为氩气，氩气流量1.2L/min；

[0049] I、真空烧结，1150℃～1280℃的升温斜率1.625℃/min，用时80分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0050] J、真空烧结，1280℃～1350℃的升温斜率3.5℃/min，用时20分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0051] K、分压烧结，1350℃～1440℃的升温斜率3℃/min，用时30分钟，真空度控制在500Pa以内；

[0052] L、分压烧结，1440℃保温50分钟，真空度控制在500Pa以内；

[0053] M、快速冷却，自然冷却至1000℃时充氩气快速冷却；

[0054] N、出炉，冷却到80℃以下开炉门出炉，得到本实施例的产品。

[0055] 整个工艺过程历时11小时左右，出炉产品有1片裂纹，从裂纹的状态判断是压制时的机械裂纹，其它全部合格，用试样条检测结果是：密度D＝14.08吨/立方米；钴磁com＝13.5％；磁力He＝17kGs；硬度HRA＝90；强度TRS＝3500；金相A02B00C00E00。清理回收石蜡称重是2.24公斤，115公斤产品按2％计算理论石蜡是2.3公斤，则实际石蜡回收率是2.24/
2.3＝97.39％，炉膛内没有石蜡凝结现象。

[0056] 实施例2

[0057] 本实施例的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，所用设备及设备配置同实施例1，脱腊原料是钨钛钴硬质合金，生产工艺是石蜡，原料石蜡加量2.5％，装舟量是150个，最大产品型号是￠346mm*￠237mm*3.35mm，总重量是120公斤。试样条是20mm*6.5mm*5.25mm，符合GB/T 18376.2－2001标准。本实施例的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，其步骤为：

[0058] A、负压脱蜡，0℃～150℃的升温斜率15℃/min，用时10分钟，真空度控制在50Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.7L/min；

[0059] B、负压脱蜡，150℃～200℃的升温斜率10℃/min，用时5分钟，真空度控制在200Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.7L/min；

[0060] C、负压脱蜡，200℃～260℃的升温斜率5℃/min，用时12分钟，真空度控制在300Pa～500Pa，载气为氩气，氩气流量0.7L/min；

[0061] D、负压脱蜡，260℃～320℃的升温斜率0.3℃/min，用时200分钟，真空度控制在300Pa～500Pa，载气为氩气，氩气流量0.7L/min；

[0062] E、负压脱蜡，320℃～360℃的升温斜率0.2℃/min，用时200分钟，真空度控制在300Pa～500Pa，载气为氩气，氩气流量0.7L/min；

[0063] F、负压脱蜡，360℃～450℃的升温斜率0.5℃/min，用时180分钟，真空度控制在300Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.7L/min；

[0064] G、负压脱蜡，450℃～600℃的升温斜率5℃/min，用时30分钟，真空度控制在100Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.7L/min；

[0065] H、真空烧结，600℃～1150℃的升温斜率5℃/min，用时110分钟，真空度控制在200Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.7L/min；

[0066] I、真空烧结，1150℃～1280℃的升温斜率1℃/min，用时130分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0067] J、真空烧结，1280℃～1350℃的升温斜率2.5℃/min，用时28分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0068] K、分压烧结，1350℃～1440℃的升温斜率4℃/min，用时23分钟，真空度控制在500Pa以内；

[0069] L、分压烧结，1440℃保温70分钟，真空度控制在500Pa以内；

[0070] M、快速冷却，自然冷却至1000℃时充氩气快速冷却；

[0071] N、出炉，冷却到80℃以下开炉门出炉，得到本实施例的产品。

[0072] 整个工艺过程历时17小时左右，出炉产品无裂纹，用试样条检测结果是：密度D＝14.23吨/立方米；钴磁com＝12.8％；磁力He＝16kGs；硬度HRA＝92；强度TRS＝4300。清理回收石蜡称重是2.95公斤，120公斤产品按2.5％计算理论石蜡是3公斤，则实际石蜡回收率是
2.95/3＝98.33％，炉膛内没有石蜡凝结现象。

[0073] 实施例3

[0074] 本实施例的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，所用设备及设备配置同实施例1，脱腊原料是钨钛钽硬质合金，生产工艺是石蜡，原料石蜡加量2.2％，装舟量是150个，最大产品型号是￠378mm*￠296mm*2.1mm，总重量是110公斤。试样条是20mm*6.5mm*5.25mm，符合GB/T 18376.2－2001标准。本实施例的一种硬质合金石蜡生产工艺制品的烧结工艺，其步骤为：

[0075] A、负压脱蜡，0℃～150℃的升温斜率12℃/min，用时12.5分钟，真空度控制在50Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.5L/min；

[0076] B、负压脱蜡，150℃～200℃的升温斜率7℃/min，用时7分钟，真空度控制在200Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.5L/min；

[0077] C、负压脱蜡，200℃～260℃的升温斜率4℃/min，用时15分钟，真空度控制在300Pa～500Pa，载气为氩气，氩气流量0.5L/min；

[0078] D、负压脱蜡，260℃～320℃的升温斜率1℃/min，用时60分钟，真空度控制在300Pa～500Pa，载气为氩气，氩气流量0.5L/min；

[0079] E、负压脱蜡，320℃～360℃的升温斜率0.3℃/min，用时130分钟，真空度控制在300Pa～500Pa，载气为氩气，氩气流量0.5L/min；

[0080] F、负压脱蜡，360℃～450℃的升温斜率0.7℃/min，用时130分钟，真空度控制在300Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.5L/min；

[0081] G、负压脱蜡，450℃～600℃的升温斜率4℃/min，用时38分钟，真空度控制在100Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.5L/min；

[0082] H、真空烧结，600℃～1150℃的升温斜率8℃/min，用时70分钟，真空度控制在200Pa以内，载气为氩气，氩气流量0.5L/min；

[0083] I、真空烧结，1150℃～1280℃的升温斜率2℃/min，用时65分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0084] J、真空烧结，1280℃～1350℃的升温斜率3℃/min，用时23分钟，真空度控制在50Pa以内；

[0085] K、分压烧结，1350℃～1500℃的升温斜率4℃/min，用时38分钟，真空度控制在500Pa以内；

[0086] L、分压烧结，1500℃保温90分钟，真空度控制在500Pa以内；