專利名稱：輕質(zhì)微晶硬質(zhì)合金密封環(huán)材料及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低密度，耐腐蝕，微晶顆粒的硬質(zhì)合金密封環(huán)材料及制造方法。
背景技術(shù)：
長期以來，硬質(zhì)合金以其高硬度，高耐磨性，和一定的抗腐蝕性在機(jī)械密封行業(yè)獲 得了廣泛運(yùn)用。傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金密封環(huán)的主要是以WC作硬質(zhì)相，金屬Co或Ni作粘結(jié)劑， 采用粉末冶金工藝方法制得。隨著我國石油化工行業(yè)的迅速發(fā)展和裝備水平的提高，機(jī)械密封的使用工況越來 越復(fù)雜和苛刻例如，強(qiáng)腐蝕，高溫，高壓，超高速，防輻射以及腐蝕介質(zhì)中的顆粒磨損等，使 一般的硬質(zhì)合金材料難以適應(yīng)上述工況如受主要成份WC所限，密度較大，產(chǎn)品較重，難以 運(yùn)用于一些超高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合；又如WC硬質(zhì)相本身呈不規(guī)則尖銳狀，不具優(yōu)良自潤滑 性；特別是其粘結(jié)金屬易受化學(xué)介質(zhì)侵蝕，結(jié)構(gòu)弱化，在磨損機(jī)制作用下造成硬質(zhì)相晶粒剝 落，導(dǎo)致硬質(zhì)合金密封件急劇磨損而失效。因此，低密度，耐腐蝕，機(jī)械性能超群的硬質(zhì)合金 材料在密封行業(yè)有較好的應(yīng)用前景。為解決上述問題，在申請(qǐng)?zhí)枮?00610155270. 5的專利文獻(xiàn)中，提出了一種以TiC 來代替部分WC ；并加入金屬Ti粉來改善合金耐腐性，抗高溫性和延展性工藝。雖然該方法 可部分降低產(chǎn)品重量，但該方法TiC是以原料粉末在球磨時(shí)加入，由于燒結(jié)溫度比碳化溫 度要低幾百度，WC在TiC中的溶解速度緩慢，難以達(dá)到預(yù)期的溶解度，這樣會(huì)使合金組織結(jié) 構(gòu)出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致合金強(qiáng)度減低。另外用金屬Ti粉改善合金耐腐性，抗高溫性 和延展性原理不明，工藝值得探討。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是采用預(yù)制的CK料(WC+TiC的固熔體)為原料主體。由于預(yù)制的CK料在 形成固溶體之前，首先生成活性很高的細(xì)微TiC顆粒。同時(shí)在制取固溶體的溫度下，TiC晶 格中的氧和氮更易為C原子所置換，減少復(fù)式碳化物游離碳含量?？梢?，采用預(yù)制的CK料， 既可獲得穩(wěn)定平衡的固溶體，又可減低雜質(zhì)含量，從而提高合金質(zhì)量。本發(fā)明以Ni為粘結(jié)劑，并輔以添加適量難熔金屬化合物Cr3C2/TaC細(xì)化晶粒，提 高合金耐腐性。雖然使用鎳基粘結(jié)劑對(duì)耐腐蝕性有一定改善，但純鎳基合金仍不能耐受某 些強(qiáng)酸腐蝕，同時(shí)Ni取代Co，往往使硬質(zhì)合金硬度和強(qiáng)度降低，因此普通鎳基硬質(zhì)合金密 封環(huán)在惡劣的使用工況條件下并不理想。而加入難熔金屬化合物Cr3C2/TaC后既可抑制 WC+TiC的固熔體晶粒長大，形成理想的球形微晶結(jié)構(gòu)；又可顯著改善耐腐蝕性，使該合金 材料具備以下優(yōu)良特性輕質(zhì)，低慣性系數(shù)，高耐磨；優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性；較小的熱膨脹系 數(shù)和良好的導(dǎo)熱性；優(yōu)良的自潤滑性能。本發(fā)明采用以下特征組成成分和制造工藝實(shí)現(xiàn)上述目的1.該輕質(zhì)微晶硬質(zhì)合金密封環(huán)，其特征是該材料由碳化鈦、碳化鎢、碳化鉻、碳化 鉭和金屬鎳組成。
2.該硬質(zhì)合金密封環(huán)制造方法，其特征是原料由預(yù)制的CK料，金屬Ni粉，少量一 定配比的Cr3C2/TaC添加劑組成。其中預(yù)制的CK料占75% —95%;金屬Ni粉占2% —25%； Cr3C2/TaC添加劑一般低于3% ;Cr3C2/TaC復(fù)合添加劑比率為1 1 3 1。3.預(yù)制的CK料是在1600°C -1800°c溫度下，制取的TiC-WC固溶體；其特征是以 TiC為主體，含有5% —50%的1(。4.輕質(zhì)微晶硬質(zhì)合金密封環(huán)的制造方法，其特征在于包含以下步驟a、將預(yù)制的CK料、Cr3C2/TaC添加劑先放入球磨機(jī)中球磨24_32小時(shí)后再加入金 屬Ni粉一起球磨。濕磨介質(zhì)是無水球料比為4 1 ；全部球磨時(shí)間為72-96小時(shí)。b、球磨所得料漿經(jīng)真空干燥后，在真空保護(hù)條件下加入成型劑，制成摻膠料。C、壓制品采用如下工藝參數(shù)進(jìn)行燒結(jié)采用真空保護(hù)燒結(jié)，升溫速度5°C / Min-IO0C /Min ；在 1420°C —1480°C燒結(jié)溫度下保溫 45—60Min。
具體實(shí)施例方式實(shí)例一.本實(shí)施例以生產(chǎn)T40牌號(hào)為例，其總配料量為300公斤A.濕磨配料。將預(yù)制的CK料267公斤，金屬Ni粉30公斤，Cr3C2/TaC復(fù)合添加劑 3公斤放入300立升的球磨機(jī)中，加入酒精100立升，球磨96小時(shí)，卸出料漿；料漿經(jīng)真空 干燥后，得到牌號(hào)粉末。B.摻膠、壓制。采用真空保護(hù)摻膠工藝制粒，得到壓制粒料。采用硬質(zhì)合金常規(guī)工 藝模壓成型。C.將壓制品放入真空燒結(jié)爐中，在1460°C —1480°C燒結(jié)溫度下保溫45—60Min， 自然冷卻，出爐。D.本產(chǎn)品所能達(dá)到的性能指標(biāo)
牌號(hào)強(qiáng)度M^晶粒度孔晰度 熱 摩擦系數(shù) ^ N/mm2 HRA A/cm3μ_______ __
Τ40 1643 91.5 9.93 0. 8 A04B02C02 4. 20.05實(shí)例二 .本實(shí)施例以生產(chǎn)TlO牌號(hào)為例，其總配料量為300公斤Ε.濕磨配料。將預(yù)制的CK料273公斤，金屬Ni粉24公斤，Cr3C2/TaC復(fù)合添加劑 3公斤放入300立升的球磨機(jī)中，加入酒精100立升，球磨96小時(shí)，卸出料漿；料漿經(jīng)真空 干燥后，得到牌號(hào)粉末。F.摻膠、壓制。采用真空保護(hù)摻膠工藝制粒，得到壓制粒料。采用硬質(zhì)合金常規(guī)工 藝模壓成型。G.將壓制品放入真空燒結(jié)爐中，在1450°C —1460°C燒結(jié)溫度下保溫45—60Min， 自然冷卻，出爐。H.本產(chǎn)品所能達(dá)到的性能指標(biāo)
牌號(hào) 嚴(yán)晶粒度孔晰度熱二J。數(shù)摩擦系數(shù) __N/mm2 HRA A/cm3_y___X1U __
TlO 2232 90. 3 12. 1 0. 8 A04B02C02 4. 30.0權(quán)利要求
1.該輕質(zhì)微晶硬質(zhì)合金密封環(huán)，其特征是該材料由碳化鈦、碳化鎢、碳化鉻、碳化鉭和 金屬鎳組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金密封環(huán)制造方法，其特征是原料由預(yù)制的CK料，金 屬Ni粉，少量一定配比的Cr3C2/TaC添加劑組成。預(yù)制的CK料是在1600°C -1800°C溫度 下，制取的TiC-WC固溶體；其特征是以TiC為主體，含有5% —50%的WC。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原料配比，其特征是預(yù)制的CK料占75%-95% ；金屬Ni粉 占2%—25%;Cr3C2/TaC添加劑一般低于3%;Cr3C2/TaC復(fù)合添加劑比率為1 1 3 1。
4.輕質(zhì)微晶硬質(zhì)合金密封環(huán)的制造方法，其特征在于包含以下步驟a、將預(yù)制的CK料、Cr3C2/TaC添加劑先放入球磨機(jī)中球磨24-32小時(shí)后再加入金屬Ni 粉一起球磨。濕磨介質(zhì)是無水球料比為4 1;時(shí)間72-96小時(shí)。b、球磨所得料漿經(jīng)真空干燥后，在真空保護(hù)條件下加入成型劑，制成摻膠料。C、壓制品采用如下工藝參數(shù)進(jìn)行燒結(jié)采用真空保護(hù)燒結(jié)，升溫速度5°C /Min-IO0C / Min ；在 1420°C —1480°C燒結(jié)溫度下保溫 45—60Min。
全文摘要
該輕質(zhì)微晶硬質(zhì)合金密封環(huán)材料由碳化鈦、碳化鎢、碳化鉻、碳化鉭和金屬鎳組成；制備方法主要是采用了預(yù)制的CK料(WC+TiC的固熔體)為原料主體，使用添加適量難熔金屬化合物的Ni為粘結(jié)劑，既有效地減輕了材料重量，又通過穩(wěn)定平衡的固溶體獲得材料的高耐磨性和自潤滑性；克服了背景技術(shù)中WC在TiC中的溶解速度緩慢，難以達(dá)到預(yù)期的溶解度，合金組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致合金強(qiáng)度減低、穩(wěn)定性、耐蝕性差的弊端。新工藝形成合金顯微組織不僅具有理想的球形微晶結(jié)構(gòu)，還同時(shí)具備以下優(yōu)良特性輕質(zhì)，低慣性系數(shù)，高耐磨；優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性；較小的熱膨脹系數(shù)和良好的導(dǎo)熱性；優(yōu)良的自潤滑性能。
文檔編號(hào)B22F3/16GK102041423SQ20091016799
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者陳紅衛(wèi) 申請(qǐng)人:四川中鎢實(shí)業(yè)有限公司