CN104498801A - 一种TiC系钢结硬质合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TiC系钢结硬质合金，由按重量百分比的下述元素组成：Ti 47.5～56.0 wt%、Mn 0.5～2.0wt%、Mo 2.0～3.0wt%、Cr 1.5～3.0wt%、Ni 5.0～8.0wt%、C 11.0～13.4wt%、稀土0.1～1.0wt%，Fe为余量。该合金的抗弯强度≥1700 MPa，HRA硬度≥88.0，孔隙度≤A04B04，在保证产品的高硬度、高耐磨性的同时还能够防锈，耐蚀性好，无磁性，扩大了TiC系钢结硬质合金使用领域。

Description

一种TiC系钢结硬质合金

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，涉及一种TiC系钢结硬质合金。

背景技术

钢结硬质合金作为一种新型工程材料，其介于工具钢和硬质合金之间的优异性能以及可加工和良好的热处理特性，使它在制造业的应用越来越受到材料工作者的关注。

近年来，钢结硬质合金逐渐向粉末钢以及硬质合金两头延伸，在精密模具、耐磨零件以及矿山工具、破碎均得到很好的应用，淡化了与普通硬质合金以及与高速钢、工具钢之间的界限，市场占有量也越来越大。同时W、Co作为稀有元素，面临越来越严峻资源匮乏，而TiC系钢结硬质合金的主要硬质相为TiC、主要粘接相为Fe，有着很大的资源优势，这也是TiC系钢结硬质合金越来越得到广泛应用的原因之一。

在矿山工具、工程机械等行业，TiC系钢结硬质合金使用量很小，主要是WC-Co硬质合金，其原因是TiC系钢结硬质合金的硬度较低，耐磨性不够。像钎片、截齿、球齿、柱钉、铲雪片等使用领域要求合金的硬度在HRA88.0以上，尺寸精度高，焊接性能好，同时一些使用领域还要求在大气环境下不生锈。

纵观现有技术，只有少些TiC系钢结硬质合金产品能够达到上述部分要求，如专利申请号201110170310.4的“TiC系钢结硬质合金及其制备方法”公开了一种TiC系钢结硬质合金材料的制备方法，其成分和重量百分比为：硬质相TiC(50.0～70.0)％，高锰钢粘结相(30.0～50.0)％，其中Mn(4.2～7.2)％、Ni(1.0～2.0)％、Mo(0.5～1.0)％、Cr(0.5～1.5)％、C(11～14)％、稀土(0.05～0.15)％、铁为余量。该合金类似于常规高锰钢钢结硬质合金，有较高的硬度与耐磨性，硬度可以达到HRA88.0以上，尺寸精度好；但高锰钢基体的性能未能得到很好的体现，影响合金的抗冲击性能；同时该合金稀土元素加入量少未能很好改善合金的润湿性。

又如专利“一种TiC系钢结硬质合金”(申请号：201310657224.5)公开了一种TiC系钢结硬质合金材料，其成分和重量百分比为：Ti 47.5～56％，Mn 6.4～8％，Ni 2.0～4.0％，Mo 0.6～1.0％，稀土元素0.3～0.5％，C 11.6～13.5％，余量为Fe；该合金属于高锰钢钢结硬质合金，有较高的硬度与耐磨性，硬度可以达到HRA88.0以上，尺寸精度好。但是该合金的抗冲击性能不理想；同时该合金产品在大气中易氧化生锈，耐蚀性差，同时影响焊接性能。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种TiC系钢结硬质合金，在确保高硬度、高耐磨性的同时，抗弯强度高，耐腐蚀好，不易生锈。

本发明首先研究了现有技术中的TiC系钢结硬质合金其缺陷产生的原因。在背景技术中介绍的专利申请号201110170310.4的TiC系钢结硬质合金，其合金中含有较高的Mo、Cr，而且Mo、Cr均不是以碳化物的形式加入，而是在合金生产过程融入基体中形成金属间化合物。由于Mo、Cr是缩小奥氏体区元素，会使合金最终不能完全得到均匀的奥氏体，因此影响了其抗冲击性能。

在背景技术中介绍的另一专利申请号为201310657224.5的TiC系钢结硬质合金材料，其合金由于有较高含量的Mn，在产品烧结时会因为Mn熔点低而造成产品表层Mn含量挥发过多，出生局部不均匀造成产品，影响了合金的抗冲击性能。

在上述研究的基础上，本发明的具体技术方案为：一种TiC系钢结硬质合金，由按重量百分比的下述元素组成：Ti 47.5～56.0wt％、Mn 0.5～2.0wt％、Mo 2.0～3.0wt％、Cr 1.5～3.0wt％、Ni 5.0～8.0wt％、C 11.0～13.4wt％、稀土0.1～1.0wt％，Fe为余量。

该合金在配料时选用TiC粉、锰铁粉、镍粉、钼粉、铬铁粉、铁粉。

各原料加入比例分别为：TiC 60.0～70.0wt％、锰铁粉0.6～2.5wt％、Mo 2.0～3.0wt％、铬铁粉2.5～5.0wt％、Ni 5.0～8.0wt％、稀土0.1～1.0wt％，Fe为余量。

所加入的稀土元素为Y、Ce或La。

本发明的TiC系钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：按所述组分及百分比配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型和烧结。

合金烧结时的接触材料选用氧化锆、氧化镁或氧化铝，其可以做成板材，也可以涂层在石墨舟皿上使用。优选烧结温度为1400～1420℃。

本发明是以碳化钛为硬质相、以奥氏体不锈钢为基体的钢结硬质合金，合金的抗弯强度≥1700MPa，HRA硬度≥88.0，孔隙度≤A04B04，在保证产品的高硬度、高耐磨性的同时还能够防锈，耐蚀性好，无磁性，扩大了TiC系钢结硬质合金使用领域。

附图说明

图1本发明的TiC系钢结硬质合金800倍金相图。

图2本发明的TiC系钢结硬质合金1500倍金相图。

图3本发明的TiC系钢结硬质合金与高锰钢基合金产品防锈比较图，右侧为本发明的TiC系钢结硬质合金，左侧为高锰钢基产品。其中防锈测试条件是：温度15至20摄氏度，雨水淋湿的条件下放置6个小时。

图4本发明的TiC钢结硬质合金与高锰钢基合金产品防锈比较图，右侧为本发明TiC系钢结硬质合金，左侧为高锰钢基产品。其中防锈测试条件是：温度15至20摄氏度，雨水淋湿的条件下放置72个小时。

具体实施方式

将一定重量百分比(即wt％，以下实施例均相同)的TiC、锰铁粉、Ni粉、Mo粉、铬铁粉、稀土和余量的铁等几种粉末按表1要求配料，以硬质合金棒为研磨体，球料比为6:1，以酒精为介质湿磨32小时后卸料，接着进行喷雾干燥制粒，然后压制成型，最后进行一体烧结，具体烧结参数见表2，得到表面平整、不变形的TiC系钢结硬质合金，制得的TiC系钢结硬质合金的化学成分见表3，合金性能见表4，金相结构如图1、2，防锈效果如图3、4。

表1 各实施实例各原料配比 单位：wt％

	TiC	锰铁粉	Mo	Ni	铬铁粉	稀土	Fe
								实施实例1	60	2.5	3.0	8.0	5.0	1.0	余量
实施实例2	65	1.5	2.5	6.5	3.7	0.6	余量
								实施实例3	70	0.75	2.0	5.0	2.5	0.1	余量

表2 各实施实例烧结参数

	烧结温度(℃)	保温时间(h)	接触材料
				实施实例1	1400	1	氧化镁
实施实例2	1410	1	氧化铝
				实施实例3	1420	1	氧化锆

表3 各实施实例制得的硬质合金的化学成分 单位：wt％

	Ti	Mn	Mo	Ni	Cr	C	稀土	Fe
									实施实例1	47.5	2.0	3.0	8.0	3.0	11.3	1.0	余量
实施实例2	52.0	1.2	2.5	6.5	2.2	12.4	0.6	余量
									实施实例3	56.0	0.5	2.0	5.0	1.5	13.4	0.1	余量

表4 各实施实例制得的硬质合金的性能

Claims (7)

1.一种TiC系钢结硬质合金，其特征在于：由按重量百分比的下述元素组成：Ti 47.5～56.0 wt%、Mn 0.5～2.0wt%、Mo 2.0～3.0wt%、Cr 1.5～3.0wt%、Ni 5.0～8.0wt%、C 11.0～13.4wt%、稀土0.1～1.0wt%，Fe为余量。

2.根据权利要求1所述的TiC系钢结硬质合金，其特征在于：配料时选用TiC粉、锰铁粉、镍粉、钼粉、铬铁粉、铁粉。

3.根据权利要求2所述的TiC系钢结硬质合金，其特征在于：各原料加入比例分别为：TiC 60.0～70.0wt%、锰铁粉0.6～2.5wt%、Mo 2.0～3.0wt%、铬铁粉2.5～5.0wt%、Ni 5.0～8.0wt%、稀土0.1～1.0wt%，Fe为余量。

4.根据权利要求1~3之一所述的TiC系钢结硬质合金，其特征在于：所加入的稀土元素为Y、Ce或La。

5.一种权利要求1~4之一所述TiC系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：按所述组分及百分比配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型和烧结。

6.根据权利要求4所述TiC系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于烧结时的接触材料为氧化锆、氧化镁或氧化铝。

7.根据权利要求4或5所述TiC系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于烧结温度为1400~1420℃。