一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，硬質(zhì)相為（TiW）C固溶體，質(zhì)量百分比為（60～80）wt%，其余為粘結(jié)相；粘結(jié)相中各成分與重量百分比分別為：Mn（2.8～6）wt%、Cr（0.8～1.6）wt%、Mo（0.45～0.9）wt%、Ni（0.9～1.8）wt%、C（0.4～0.85）wt%，F(xiàn)e為余量。本發(fā)明鋼結(jié)硬質(zhì)合金采用粉末冶金方法制備，（TiW）C固溶體作為硬質(zhì)相，高猛鋼為粘結(jié)相，減少戰(zhàn)略資源W、Co的用量，通過在粘結(jié)相中加入Cr、Mo和微量稀土元素，強化粘結(jié)相和提高兩相結(jié)合強度，保證材料強度和耐磨性，適用于于鑿巖和地礦類產(chǎn)品。
【專利說明】一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，具體涉及一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金。
【背景技術(shù)】
[0003] 硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法生產(chǎn)的由難熔金屬化合物和粘結(jié)金屬所構(gòu)成的組合 材料。WC-Co硬質(zhì)合金作為最傳統(tǒng)的兼具強韌性和高耐磨性的工具材料廣泛應(yīng)用于鑿巖、地 礦類等使用領(lǐng)域。W、Co作為戰(zhàn)略性資源，價格昂貴，且WC和Co粉末在生產(chǎn)過程中的吸入 也對人體有害，因此一直以來都有各種研究來代替或者減少W、Co的使用量，其中鐵鎳代鈷 新型硬質(zhì)合金是一個研究很廣泛的一個課題，另外鋼結(jié)硬質(zhì)合金也因其獨特的性能被重視 和研究。
[0004] 鋼結(jié)硬質(zhì)合金簡稱鋼結(jié)合金，是一種以難熔金屬化合物為硬質(zhì)相，以鋼為粘結(jié)相 的組合材料。鋼結(jié)合金的性能特點是在保持高硬度和耐磨性的基礎(chǔ)上，較大幅度地提高了 強度和韌性，適于較大沖擊負(fù)荷條件下使用，主要多用于模具類和耐磨零件類。與硬質(zhì)合金 相比，鋼結(jié)合金具有較好的韌性，且成本低，性價比高，有效節(jié)約緊缺戰(zhàn)略性資源。
[0005] 傳統(tǒng)鋼結(jié)合金的硬質(zhì)相含量一般不超過50%，來保證合金具有可加工性和熱處理 性的同時保證一定的耐磨性，但由于其硬質(zhì)相含量的局限性，其硬度和耐磨性不能滿足鑿 巖和地礦類工具領(lǐng)使用要求。近年來，鋼結(jié)合金硬質(zhì)相范圍不斷擴(kuò)寬，向硬質(zhì)合金領(lǐng)域延 伸，盡量提高硬質(zhì)相的含量，在保證合金足夠的強度的情況下盡量提高其耐磨性，目前硬質(zhì) 相含量最商可達(dá)94%。
[0006] 鋼結(jié)合金按硬質(zhì)相種類主要分為WC系和TiC系兩大類，由于單一硬質(zhì)相鋼結(jié)合金 的綜合性能和節(jié)約生產(chǎn)成本方面考慮，其優(yōu)勢不足以滿足部分取代某些使用領(lǐng)域的傳統(tǒng)硬 質(zhì)合金。因此，復(fù)合硬質(zhì)相和多樣化的粘結(jié)相研究獲得了大家的重視。
[0007] 專利201310494175. 8提供了一種金屬陶瓷材料，所述陶瓷金屬材料由以下組分 所構(gòu)成：60?90份TiC，0?10份WC，0?5份NbC，0?5份Cr 3C2,5?25份Fe, 1?10 份Ni，0· 5?5份Co, 0· 5?5份Cu, 0· 5?5份Mn, 0· 5?5份Cr, 0?5份Mo以及0?10 份TiN，可以大幅度降低碳化鎢使用的金屬陶瓷材料，以降低產(chǎn)品成本和節(jié)約資源。該專利 金屬陶瓷材料抗彎強度非常低，其焊接性能不明確，不適用與鑿巖和地礦類產(chǎn)品。
[0008] 專利201310162522. 7提供一種不銹鋼基鋼結(jié)合金切削刀具材料，TiC 15?20%， WC 10?40%，不銹鋼粉10?40%，TaC和NbC各0. 1?5%，碳粉5?10%，硬質(zhì)合金成型劑 10?20%，該專利材料的高溫硬度和高溫強度具有優(yōu)勢，可在高溫下連續(xù)快速切削。
[0009] 專利201310174576. 5提供了一種碳化鈦-碳化鎢復(fù)合硬質(zhì)合金，該硬質(zhì)合金包 括作為硬質(zhì)相的碳化鈦合金-碳化鶴合金混合物、作為粘結(jié)相的Fe3Al合金和金屬Mo,硬質(zhì) 相質(zhì)量百分比50%?90%、粒徑5?8 μ m的碳化鎢合金和占硬質(zhì)相質(zhì)量百分比10%?50%、 粒徑1?3 μ m的碳化鈦合金；Fe3Al合金占硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分比為5. 5%?15%，Mo占 硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分比為0. 5%?1%。通過用Fe3Al+Mo作為新的粘結(jié)相替代傳統(tǒng)粘結(jié)相 Co，解決了液態(tài)粘結(jié)相與硬質(zhì)相潤濕性差的問題。
[0010] 專利200510031793. 4提供了一種可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質(zhì)合金，以 重量百分比計，取 32% TiC，27% WC，6% Ni, 1% V-Fe，3% TaC 或 NbC，4% Mn，22% Fe，2% Co, 3% Cu,外加適量的C，可制成500°C左右高溫工作條件的耐腐蝕材料、耐磨材料、熱鍛模 具用材及其零件和工具。
[0011] 上述的4項專利涉及了 TiC-WC復(fù)合硬質(zhì)相，但從硬質(zhì)相和粘結(jié)相成分及比例方 面，以及其所能達(dá)到的綜合性能方面看，與傳統(tǒng)WC-Co類硬質(zhì)合金存在較大差距，無法滿足 鑿巖和地礦類產(chǎn)品等領(lǐng)域使用要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，孔隙度低，具有高的硬度和耐磨 性，以及好的可焊接性能，可用于鑿巖和地礦等使用領(lǐng)域。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，硬質(zhì)相為（TiW)C固溶體，質(zhì)量百分比 為（60?80)wt %，其余為粘結(jié)相；粘結(jié)相中各成分與重量百分比分別為：Mn(2. 8?6)wt%、 Cr (0· 8 ?I. 6)wt%、Mo (0· 45 ?0· 9) wt%、Ni (0· 9 ?I. 8) wt%、C (0· 4 ?0· 85)wt%，F(xiàn)e 為余量。
[0014] 選用（TiW) C固溶體TiC和WC的重量比為3 :(3~7)時有較好的耐磨性，更優(yōu)選為 1:1。
[0015] 配料時選用的各原料及加入比例分別為：（TiW)C固溶體（60?80)wt %，Cr3C2粉 (0· 9 ?I. 85)wt %，Ni 粉（0· 9 ?I. 8)wt %，Mo 粉（0· 45 ?0· 9)wt %，MnFe 粉（3. 5 ?7. 5) wt %，炭黑（0.3?0.6) wt %，F(xiàn)e粉為余量。更優(yōu)選各原料加入比例分別為：（TiW) C固溶 體（70 ?80) wt %，Cr3C2 (0· 9 ?I. 38)wt %，Ni (0· 9 ?I. 35)wt %，Mo (0· 45 ?0· 68) wt %，MnFe 粉（3. 5 ?5. 5) wt %，炭黑（0.3 ?0.45) wt %，F(xiàn)e 為余量。
[0016] 優(yōu)選上述Ni粉和Fe粉分別為羥基Ni粉和羥基Fe粉。優(yōu)選Cr3C2的粒度彡I. 0 μ m。
[0017] 作為改進(jìn)，還添加有O.Olwt%的稀土元素。優(yōu)選添加的稀土元素為Y或Ce。
[0018] 制備本發(fā)明的鋼結(jié)硬質(zhì)合金主要包括以下步驟：配料、球磨、壓制成型、燒結(jié)。產(chǎn)品 燒結(jié)時的接觸材料為氧化鋯或氧化鋁，其可以做成板材，也可以涂層在石墨舟皿上使用，燒 結(jié)溫度1350?1450°C，保證燒結(jié)產(chǎn)品的表面質(zhì)量。因為固溶體和粘結(jié)相的密度相近，因此 盡管硬質(zhì)相和粘結(jié)相成分比例有較大范圍變化，但所獲得合金的密度均為7. 6g/cm3左右。
[0019] 本發(fā)明具有以下有益效果： 1.本發(fā)明采用（TiW)C固溶體作為主要硬質(zhì)相，高猛鋼為粘結(jié)相，可減少戰(zhàn)略資源w、c〇 的用量，有效的降低生產(chǎn)和使用成本，通過在粘結(jié)相中加入Cr、Mo等元素，強化粘結(jié)相和提 高兩相結(jié)合強度，達(dá)到凈化晶界、強化合金基體組織、保證材料強度和耐磨性目的。
[0020] 2.本發(fā)明鋼結(jié)合金較TiC基鋼結(jié)合金的焊接性、耐磨性好，較傳統(tǒng)硬質(zhì)合金降低 成本，從而實現(xiàn)了鋼結(jié)合金綜合性能的提升，適用于于鑿巖和地礦類產(chǎn)品，可用于中低硬 度巖層釬片、球齒和鏟雪片等地礦領(lǐng)域，替代部分傳統(tǒng)硬質(zhì)合金。
【具體實施方式】
[0021] 試驗表明（111)(：固溶體11(：和1(：的重量比為30:70、40 :60、50:50時，得到的鋼 結(jié)硬質(zhì)合金均有較好的耐磨性，以下實施例以50:50進(jìn)行試驗。
[0022] 按小批總重量IOOOg進(jìn)行配料計算，將一定重量百分比的（TiW)C固溶體、MnFe粉、 Cr3C2粉、Mo粉、Ni粉、炭黑、稀土和余量的鐵等幾種粉末按要求配料，以硬質(zhì)合金棒為研磨 體，球料比為4:1，以酒精為介質(zhì)濕磨24?30小時后卸料，噴霧干燥制粒后壓制成型，最后 進(jìn)行一體燒結(jié)，以氧化鋯舟皿為接觸材料，在1350?1450°C下燒結(jié)保溫1小時后隨爐冷卻 (根據(jù)裝爐量的不同保溫時間1?4h)，可以是真空燒結(jié)也可以加壓燒結(jié)，得到高硬度、高尺 寸精度的鋼結(jié)硬質(zhì)合金產(chǎn)品。具體合金制備成分配料見表1，合金典型性能見表2。
[0023] 表1實施例混合料制備成分配比(單位：g)
【權(quán)利要求】
1. 一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：硬質(zhì)相為（TiW)C固溶體，質(zhì)量百分比為（60?80) wt %，其余為粘結(jié)相；粘結(jié)相中各成分與重量百分比分別為：Mn (2. 8?6)wt%、Cr (0. 8? 1.6)wt%、Mo (0.45 ?0.9)wt%、Ni (0.9 ?1.8)wt%、C (0.4 ?0.85)wt%，F(xiàn)e 為余量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：（TiW) C固溶體中TiC和WC 的重量比為3:(3?7)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書2所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：（TiW) C固溶體中TiC和WC 的重量比為1 :1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1~3之一所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：配料時選用的各原 料及加入比例分別為：（TiW) C固溶體（60?80) wt %，Cr3C2粉（0? 9?1. 85) wt %，Ni粉 (0.9?1.8)￥七％，]?〇粉（0.45?0.9)￥七％，]\^^粉（3.5?7.5)￥七％，炭黑（0.3?0.6) wt %，F(xiàn)e粉為余量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書4所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：各原料加入比例分別為： (TiW) C 固溶體（70 ?80) wt %，Cr3C2 (0? 9 ?1. 38) wt %，Ni (0? 9 ?1. 35) wt %，Mo (0.45?0.68)￥七％，]\^^粉（3.5?5.5)￥七％，炭黑（0.3?0.45)￥七％，？6為余量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求書4所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：Ni粉和Fe粉分別為羥基Ni 粉和羥基Fe粉。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書4所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：Cr3C2的粒度< 1. 0 y m。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或6所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：還添加有0. Olwt% 的稀土元素。
9. 根據(jù)權(quán)利要求書8所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于：添加的稀土元素為Y或Ce。
10. -種權(quán)利要求1、之一所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 配料、球磨、壓制成型和燒結(jié)，燒結(jié)溫度1350?1450°C。
【文檔編號】C22C29/06GK104404335SQ201410828317
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】武文花, 舒艷兵, 吳昊 申請人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司