專(zhuān)利名稱(chēng)：高錳鋼基硬質(zhì)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高錳鋼基硬質(zhì)合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
工程挖掘行業(yè)制作牙輪鉆時(shí)，通過(guò)焊接高耐磨性、高硬度材質(zhì)，適應(yīng)巖層的挖掘，并延長(zhǎng)零部件的使用壽命。目前上述行業(yè)主要使用高錳鋼、高鉻鑄鐵、WC-Co類(lèi)硬質(zhì)合金材質(zhì)及傳統(tǒng)高錳鋼基硬質(zhì)合金。高錳鋼、高鉻鑄鐵具有較好的沖擊韌性，但其硬度偏低，耐磨性較差，掘進(jìn)深度淺，即使用壽命短；WC-Co類(lèi)硬質(zhì)合金具有很高的硬度，但其抗沖擊韌性只有約(3～5)J/mm2，其制作的牙輪鉆無(wú)法用于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)巖層的挖掘，比如硬度極不均勻的砂、石混合巖層等；傳統(tǒng)高錳鋼基硬質(zhì)合金因良好的韌性、抗沖擊性得到廣泛應(yīng)用，但由于其基體組織未高度奧氏體化，焊接裂紋率約30％，影響了使用性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述已有材質(zhì)的不足，提供一種基體為高度奧氏體化高錳鋼、硬質(zhì)相為碳化鈦、具有高硬度和高沖擊韌性的高錳鋼基硬質(zhì)合金，適用于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖層的挖掘，焊接性能良好，電焊焊接裂紋率≤0.5％。
本發(fā)明的高錳鋼基硬質(zhì)合金組成為(30.5～32.5)wt％的鈦、(9.0～10.0)wt％的錳、(2.40～2.80)wt％的鎳、(1.0～2.0)wt％的鉬、(7.8～8.10)wt％的碳，余量為鐵。
本發(fā)明的高錳鋼基硬質(zhì)合金的制備方法，包括將碳化鈦粉、鐵粉、錳鐵粉、鎳粉、鉬粉、碳粉按一定重量百分比配制原料粉末，經(jīng)濕磨、干燥、摻膠、壓制、脫膠、燒結(jié)、淬火，制得高錳鋼基硬質(zhì)合金，其特征是配料時(shí)控制混合料總碳含量為(7.80～8.10)wt％，錳含量為(9.0～10.0)wt％，鎳含量為(2.40～2.80)wt％，鉬含量為(1.0～2.0)wt％；燒結(jié)時(shí)控制燒結(jié)溫度在1350℃～1365℃，真空度為≤10Pa，保溫時(shí)間按壓坯最大有效尺寸計(jì)算為每毫米1.5～1.6分鐘。
本發(fā)明通過(guò)控制混合料總碳含量、錳含量、鎳含量和鉬含量，制備出的高錳鋼基硬質(zhì)合金，其基體組織高度奧氏體化，大大減少應(yīng)力集中，避免裂紋傾向，使其焊接性能得到很大提高，焊接裂紋率低于0.5％；硬度達(dá)到≥HRC56，抗彎強(qiáng)度達(dá)到≥1800MPa，沖擊韌性達(dá)到6～10J/mm2，密度達(dá)到(6.3～6.5)g/cm3，孔隙度達(dá)到≤(A06、B06)。與WC-Co類(lèi)硬質(zhì)合金比，適宜于沖擊較大、地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的野外作業(yè)，且具有電焊裂紋率低、可澆鑄的優(yōu)點(diǎn)，從而滿(mǎn)足了巖層挖掘?qū)ρ垒嗐@的耐磨性、抗沖擊性的高要求，同時(shí)使用壽命長(zhǎng)。當(dāng)巖層壓力60MPa以下時(shí)，牙輪鉆掘進(jìn)深度達(dá)到120m以上，巖層壓力60MPa～100MPa時(shí)，牙輪鉆掘進(jìn)深度達(dá)到80m以上，達(dá)到高錳鋼、高鉻鑄鐵牙輪鉆掘進(jìn)深度的三倍。本發(fā)明的高奧氏體化高錳鋼基硬質(zhì)合金還可用于破碎石料等，與現(xiàn)有高錳鋼、高鉻鑄鐵比，粗破時(shí)使用壽命相當(dāng)，精破時(shí)使用壽命提高3～6倍。
具體實(shí)施例實(shí)施例1、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化鈦粉40kg(碳含量為19.30wt％，氧含量為0.28wt％，余量為鈦；雜質(zhì)量很小可忽略，下同)、鎳粉2.8kg、鉬粉1.2kg、錳鐵粉12.5kg(碳含量為1.42wt％，錳含量為78.7wt％，余量為鐵；雜質(zhì)量很小可忽略，下同)、鐵粉43.5kg，經(jīng)計(jì)算再加碳粉0.06kg；將上述所有原料在球磨機(jī)內(nèi)濕磨混合均勻，球料比為3∶1，經(jīng)干燥過(guò)篩后制得混合料粉末，混合料中總碳含量為7.97wt％，鈦含量為31.22wt％，錳含量為9.47wt％，鎳含量為2.66wt％，鉬含量為1.12wt％，鐵為45.87wt％；然后進(jìn)行摻膠、壓制、脫膠、燒結(jié)和淬火處理，其中燒結(jié)的壓坯尺寸為長(zhǎng)×寬×高＝58mm×8mm×28mm(以下實(shí)施例同)，控制燒結(jié)溫度在1350℃～1365℃，真空度為≤10Pa，保溫時(shí)間按壓坯最大有效尺寸每毫米1.5分鐘計(jì)算為1小時(shí)27分鐘，得到高錳鋼基硬質(zhì)合金，其硬度為HRC62.1，密度為6.37g/cm3，沖擊韌性為7.2J/mm2，抗彎強(qiáng)度為2000MPa，孔隙度為A02、B00。在豎井滾刀牙輪鉆上焊接本發(fā)明的高錳鋼基硬質(zhì)合金(以下實(shí)施例同)，焊接裂紋率為0，證明所得的是高奧氏體化高錳鋼基硬質(zhì)合金。
實(shí)施例2、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化鈦粉40Kg(碳含量為19.31wt％，氧含量為0.32wt％，余量為鈦)、鎳粉2.8kg、鉬粉1.2kg、錳鐵粉12kg(錳含量為80.20wt％，碳含量為1.62wt％，余量為鐵)、鐵粉44kg，經(jīng)計(jì)算再加碳粉0.08kg；將上述所有原料在球磨機(jī)內(nèi)濕磨混合均勻，球料比為3∶1，經(jīng)干燥過(guò)篩后制得混合料粉末，混合料中總碳含量為8.00wt％，鈦含量為31.47wt％，錳含量為9.63wt％，鎳含量為2.66wt％，鉬含量為1.08wt％，鐵為45.57wt％，然后進(jìn)行摻膠、壓制、脫膠、燒結(jié)和淬火處理，控制燒結(jié)溫度在1350℃～1365℃，真空度為≤10Pa，保溫時(shí)間按壓坯最大有效尺寸每毫米1.55分鐘計(jì)算為1小時(shí)30分鐘，得到高奧氏體化高錳鋼基硬質(zhì)合金，其硬度為HRC61.3，密度為6.38g/cm3，沖擊韌性為8.4J/mm2，抗彎強(qiáng)度為2050MPa，孔隙度為A04、B00。牙輪鉆焊接裂紋率0.1％。
實(shí)施例3、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化鈦粉40Kg碳含量為19.24wt％、氧含量為0.28wt％，余量為鈦)、鎳粉2.8kg、鉬粉1.2kg、錳鐵粉12.3kg(錳含量為80.20wt％，碳含量為1.62wt％，余量為鐵)、鐵粉43.7kg，經(jīng)計(jì)算再加碳粉0.1kg；將上述所有原料在球磨機(jī)內(nèi)濕磨混合均勻，球料比為3∶1，經(jīng)干燥過(guò)篩后制得混合料粉末，混合料實(shí)測(cè)總含碳量為7.91wt％，鈦含量為31.66wt％，錳含量為9.81wt％，鎳含量為2.60wt％，鉬含量為1.18wt％，鐵為46.11wt％，然后進(jìn)行摻膠、壓制、脫膠、燒結(jié)和淬火處理，控制燒結(jié)溫度在1350℃～1365℃，真空度為≤10Pa，保溫時(shí)間壓坯最大有效尺寸每毫米1.6分鐘計(jì)算為1小時(shí)33分鐘，得到高奧氏體化高錳鋼基硬質(zhì)合金，其硬度為HRC60.7，密度為6.36g/cm3，沖擊韌性為10.4J/mm2，抗彎強(qiáng)度為2050MPa，孔隙度為A02、B00。牙輪鉆焊接裂紋率為0。
實(shí)施例4、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化鈦粉40Kg(碳含量為19.42wt％，氧含量為0.43wt％，余量為鈦)、鎳粉2.8kg、鉬粉1.2kg、錳鐵粉12kg(錳含量為78.7wt％，碳含量為1.42wt％，余量為鐵)、鐵粉44kg，經(jīng)計(jì)算再0.06kg碳粉；將上述所有原料在球磨機(jī)內(nèi)濕磨混合均勻，球料比控制為3∶1，經(jīng)干燥過(guò)篩后制得混合料粉末，混合料實(shí)測(cè)總含碳量為7.95wt％，鈦含量為31.77wt％，錳含量為9.37wt％，鎳含量為2.72wt％，鉬含量為1.18wt％，鐵為46.41wt％，然后進(jìn)行摻膠、壓制、脫膠、燒結(jié)和淬火處理，控制燒結(jié)溫度在1350℃～1365℃，真空度為≤10Pa，保溫時(shí)間按壓坯最大有效尺寸每毫米1.5分鐘計(jì)算為1小時(shí)27分鐘，得到高奧氏體化高錳鋼基硬質(zhì)合金，其硬度為HRC62.1，密度為6.34g/cm3，沖擊韌性為7.5J/mm2，抗彎強(qiáng)度為1810MPa，孔隙度為A04、B00。牙輪鉆焊接裂紋率為0.08％。
實(shí)施例5、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化鈦粉40Kg(碳含量為19.19wt％，氧含量為0.27wt％，余量為鈦)、鎳粉2.8kg、鉬粉1.2kg、錳鐵粉12.5kg(錳含量為80.2wt％，碳含量為1.62wt％，余量為鐵)、鐵粉43.5kg，經(jīng)計(jì)算再加入碳粉0.15kg；將上述所有原料在球磨機(jī)內(nèi)濕磨混合均勻，球料比控制為3∶1，經(jīng)干燥過(guò)篩后制得混合料粉末，混合料中總碳含量為8.01wt％，鈦含量為31.38wt％，錳含量為9.98wt％，鎳含量為2.36wt％，鉬含量為1.14wt％，鐵為46.11wt％，然后進(jìn)行摻膠、壓制、脫膠、燒結(jié)和淬火處理，控制燒結(jié)溫度在1350℃～1365℃，真空度為≤10Pa，保溫時(shí)間按壓坯最大有效尺寸每毫米1.6分鐘計(jì)算為1小時(shí)33分鐘，得到高奧氏體化高錳鋼基硬質(zhì)合金，其硬度為HRC60.1，密度為6.37g/cm3，沖擊韌性為9.6J/mm2，抗彎強(qiáng)度為1910MPa，孔隙度為A02、B00。牙輪鉆焊接裂紋率為0。
權(quán)利要求
1.一種高錳鋼基硬質(zhì)合金，組成為(30.5～32.5)wt％的鈦、(9.0～10.0)wt％的錳、(2.40～2.80)wt％的鎳、(1.0～2.0)wt％的鉬、(7.8～8.10)wt％的碳，余量為鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的高錳鋼基硬質(zhì)合金的制備方法，包括將碳化鈦粉、鐵粉、錳鐵粉、鎳粉、鉬粉、碳粉按一定重量百分比配制原料粉末，經(jīng)濕磨、干燥、摻膠、壓制、脫膠、燒結(jié)、淬火，制得高錳鋼基硬質(zhì)合金，其特征是配料時(shí)控制混合料總碳含量為(7.80～8.10)wt％，鈦含量為(30.5～32.5)wt％，錳含量為(9.0～10.0)wt％，鎳含量為(2.40～2.80)wt％，鉬含量為(1.0～2.0)wt％；燒結(jié)時(shí)控制燒結(jié)溫度在1350℃～1365℃，真空度為≤10Pa，保溫時(shí)間按壓坯最大有效尺寸計(jì)算為每毫米(1.5～1.6)分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基體為高度奧氏體化高錳鋼、硬質(zhì)相為碳化鈦、具有高硬度和高沖擊韌性的高錳鋼基硬質(zhì)合金，其組成為(30.5～32.5)wt％的鈦、(9.0～10.0)wt％的錳、(2.40～2.80)wt％的鎳、(1.0～2.0)wt％的鉬、(7.8～8.10)wt％的碳和余量的鐵；其制備方法包括按一定重量百分比將碳化鈦粉、鐵粉、錳鐵粉、鎳粉、鉬粉、碳粉配制成原料粉末，控制混合料總碳含量為(7.80～8.10)wt％、錳含量為(9.0～10.0)wt％、鎳含量為(2.40～2.80)wt％、鉬含量為(1.0～2.0)wt％，燒結(jié)溫度在1350℃～1365℃，真空度為≤10Pa，保溫時(shí)間按壓坯最大有效尺寸計(jì)算為每毫米1.5分鐘；本發(fā)明的高錳鋼基硬質(zhì)合金適用于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖層的挖掘，焊接性能良好，電焊焊接裂紋率≤0.5％，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C22C33/02GK1851032SQ20061003177
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者舒艷兵, 唐東風(fēng), 鄭陽(yáng)東 申請(qǐng)人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司