本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金輥環(huán)，尤其涉及一種一種低成本高性能WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)。
背景技術(shù)：
：隨著我國(guó)軋鋼工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)輥環(huán)質(zhì)量和精度的要求也在不斷提高，傳統(tǒng)高鉻鐵、高鉻鋼和高速鋼材質(zhì)輥環(huán)已無(wú)法滿足鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展。硬質(zhì)合金輥環(huán)由于具有硬度高、耐磨性好、機(jī)械強(qiáng)度高、抗沖擊性好、彈性模量高、線膨脹系數(shù)小、耐蝕性和抗高溫氧化性能好等特點(diǎn)。硬質(zhì)合金輥環(huán)的室溫下硬度78~94HRA，并且常溫剛性好，無(wú)明顯塑性變形，其楊氏模量為鋼的2~3倍，高溫紅硬性好，600℃超過高速鋼，1000℃超過碳鋼的室溫硬度值目前,市場(chǎng)上主要使用WC-Co和WC-Co-Ni兩種材質(zhì)的硬質(zhì)合金輥環(huán)。硬質(zhì)合金輥環(huán)材料中粘接相的含量一般在8～25wt.%之間調(diào)整,以滿足輥環(huán)不同的韌性和耐磨性要求。硬質(zhì)合金輥環(huán)已廣泛應(yīng)用在高速線材、棒材、螺紋鋼、無(wú)縫鋼管等軋制生產(chǎn)中，并且具有廣闊市場(chǎng)前景。但是與傳統(tǒng)鋼結(jié)輥環(huán)相比硬質(zhì)合金輥環(huán)價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了硬質(zhì)合金輥環(huán)的使用與發(fā)展。同時(shí)Co是一種非常重要且稀缺的戰(zhàn)略資源，全球儲(chǔ)量極其有限，價(jià)格昂貴且逐年上漲，并且污染環(huán)境，具有毒性。在硬質(zhì)合金輥環(huán)生產(chǎn)中減少Co的使用，能夠降低成本，減少資源的過度消耗，有利于輥環(huán)生產(chǎn)企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。開發(fā)出能夠部分或者完全替代Co做粘接相的新型產(chǎn)品，并且能夠與市場(chǎng)上使用的硬質(zhì)合金輥環(huán)性能相當(dāng)或者更高是目前科技工作者主要研究方向。采用Fe、Ni和Cr金屬部分取代Co做粘接相能夠大幅節(jié)約Co的使用，Cr的加入可以強(qiáng)化粘結(jié)劑，提高耐磨性，耐蝕性和抗高溫氧化性。開發(fā)出的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)能夠在提高輥環(huán)的使用壽命和性能的基礎(chǔ)上大幅降低輥環(huán)的生產(chǎn)成本。開發(fā)的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)，根據(jù)具體軋制工況和不同的使用環(huán)境對(duì)軋輥性能的要求,不同精軋機(jī)架和預(yù)精軋機(jī)架需要選擇不同粘結(jié)劑組織的硬質(zhì)合金輥環(huán)，以實(shí)現(xiàn)各機(jī)架牌號(hào)的最佳匹配。輥環(huán)中奧氏體結(jié)構(gòu)具有高的韌性，馬氏體具有高的硬度和耐磨性，奧氏體+馬氏體組織兼具有高的韌性和耐磨性。通過WC-Fe-Ni-Co-Cr對(duì)硬質(zhì)合金輥環(huán)成分的特殊設(shè)計(jì)，大幅降低輥環(huán)的生產(chǎn)成本、并使輥環(huán)具有高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。其使用壽命、產(chǎn)品質(zhì)量可以與國(guó)外進(jìn)口輥環(huán)相媲美，價(jià)格低廉，性價(jià)比高，特別適合推廣應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)目前現(xiàn)有硬質(zhì)合金輥環(huán)成本高、性能差及壽命低的特性，提供一種成本比現(xiàn)有硬質(zhì)合金輥環(huán)價(jià)格更低廉，性能更優(yōu)，使用壽命更長(zhǎng)的一種低成本高性能WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)，從而滿足高速線材的軋制要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種低成本高性能WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)，該硬質(zhì)合金輥環(huán)具體成分為：WC：70~92wt.%，F(xiàn)e：3.2~24wt.%，Ni：3~12wt.%的，Co：1~9wt.%，Cr：0.2~1.0wt.%。粘結(jié)劑中Fe所占的比例為26~79.4wt.%，粘結(jié)劑中Co所占的比例為10~30wt.%。調(diào)整粘結(jié)劑中的成分，從而改變粘結(jié)劑中奧氏體與馬氏體數(shù)量及形態(tài)，制備出具有低廉的生產(chǎn)成本，高的使用壽命，高的強(qiáng)度，韌性和耐磨性的高性能WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)。當(dāng)粘結(jié)劑中含有26~44.2wt.%的Fe，10~30wt.%的Co時(shí)硬質(zhì)合金輥環(huán)的粘結(jié)劑組織為奧氏體，該硬質(zhì)合金輥環(huán)具有高的韌性和抗裂紋擴(kuò)展能力。當(dāng)合金的粘結(jié)劑中含有44.2~58.7wt.%的Fe，10~30wt.%的Co時(shí)硬質(zhì)合金輥環(huán)的粘結(jié)劑組成為奧氏體+馬氏體共存組織，合金具有較好的韌性與適中的耐磨性，通用性最好。當(dāng)粘結(jié)劑中含有58.7~79.4wt.%的Fe，10~30wt.%的Co時(shí)硬質(zhì)合金輥環(huán)的粘結(jié)劑組織為馬氏體，合金具有最高的強(qiáng)度和耐磨性。配料時(shí)選用平均晶粒尺寸為2.5-15μmWC粉(碳含量為6.01~6.25wt.%)，粘粒徑為0.5-2.0μm的Fe粉，粒徑為0.5-2.0μm的Ni粉，粒徑為1.0-2.0μm的Co粉，以及粒徑為1.0-2.0μm的Cr粉。本發(fā)明所述的一種低成本高性能WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)，將一定粒度的WC粉末、Fe、Ni、Co和Cr粉按一定的比例配比，根據(jù)產(chǎn)品性能需要，調(diào)整粘接相中Fe和Co的含量，達(dá)到改變粘結(jié)劑中奧氏體與馬氏體數(shù)量及形態(tài)的目的，經(jīng)球磨，干燥、壓制，低壓燒結(jié)制得相應(yīng)的硬質(zhì)合金輥環(huán)，具體工藝步驟如下：（1）球磨混料：將一定含量的WC粉、Fe粉、Ni粉、Co粉和Cr粉按一定比例一次性混合完成，以汽油作為球磨介質(zhì)，其中每公斤混合料加入200~400ml的汽油，使用直徑為6~12mm的YG8硬質(zhì)合金球，其中硬質(zhì)合金球與混合料的質(zhì)量比為(3~5):1，球磨轉(zhuǎn)速為60~250rpm，在滾筒球磨機(jī)上球磨混料12~48h，球磨混料后，料漿在真空環(huán)境中于60~180℃下干燥2~12h；（2）摻膠：使用合成橡膠做成型劑，按占混合料質(zhì)量百分比的0.75~1.5%摻入橡膠，加入球磨干燥后的混合料中，均勻拌和后進(jìn)行干燥、制粒；（3）壓制成型：將通過上述工藝制得的混合粉料，裝入用于制備輥環(huán)的模具中，通過壓機(jī)在10~250MPa壓力下壓制成硬質(zhì)合金輥環(huán)壓坯；（4）排膠和燒結(jié)：將壓制成型好的硬質(zhì)合金輥環(huán)壓坯置于排膠爐中在450~750℃下排膠60~80min，排膠過后置于氣壓燒結(jié)爐中在1350~1440℃下燒結(jié)60~120min，在燒結(jié)過程中充入4.5~6.0MPa壓力的氬氣進(jìn)行加壓燒結(jié)。本發(fā)明專利與現(xiàn)有輥環(huán)相比具有下述顯著優(yōu)點(diǎn)和實(shí)質(zhì)進(jìn)步：（1）采用Fe、Ni、Co和Cr作為該硬質(zhì)合金輥環(huán)的粘結(jié)劑，極大地節(jié)約稀缺而昂貴的鈷資源，同時(shí)降低硬質(zhì)合金輥環(huán)的生產(chǎn)成本；（2）通過調(diào)整該硬質(zhì)合金粘結(jié)劑中Fe和Co含量，改變粘結(jié)劑中奧氏體與馬氏體數(shù)量及形態(tài)，使硬質(zhì)合金輥環(huán)滿足不同的使用性能要求，根據(jù)具體軋制工況和不同的使用環(huán)境要求的需要制備出具有高強(qiáng)、高韌、高耐磨的硬質(zhì)合金輥環(huán)材料；（3）WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)的硬度為854～1100MPa,抗彎強(qiáng)度≧2750MPa,斷裂韌性≧18.97MPa.m1/2,磨損率≦1.94×10-7mm3/(N.m)，開發(fā)的該硬質(zhì)合金輥環(huán)綜合性能優(yōu)于現(xiàn)有牌號(hào)的硬質(zhì)合金輥環(huán)。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金的XRD物相分析圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金的TEM透射電鏡照片。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中制得的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金的XRD物相分析圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中制得的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金的TEM透射電鏡照片。圖5是本發(fā)明實(shí)施例3中制得的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金的XRD物相分析圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例3中制得的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金的TEM透射電鏡照片。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種低成本高性能WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)，粘結(jié)劑中Fe所占的比例控制在42.5wt.%。具體合金成分為：80wt.%WC粉（平均晶粒度6-15μm）8.5wt.%的Fe粉（粒徑為0.5-2.0μm），8.2wt.%Ni粉（粒徑為0.5-2.0μm），2.7wt.%的Co粉（粒徑為1.0-2.0μm），0.6wt.%Cr粉（粒徑為1.0-2.0μm）。將上述粉末按要求進(jìn)行球磨混料，使用直徑為6~12mm的YG8硬質(zhì)合金球做為研磨體，球料質(zhì)量比為4:1，以汽油作為球磨介質(zhì)，按每公斤混合料加入200~400ml的比例加入，球磨轉(zhuǎn)速為60~250rpm，在滾筒球磨機(jī)上球磨16h，球磨混料后，料漿在真空環(huán)境中于80℃下干燥4h。加入0.8wt.%合成橡膠做成型劑，在120MPa壓力下壓制成硬質(zhì)合金輥環(huán)壓坯，將壓坯置于排膠爐中在580℃下排膠65min，排膠過后，在1385℃下的氣壓燒結(jié)爐中，在5MPa壓力下燒結(jié)60min，制備出高強(qiáng)、高韌、高耐磨的硬質(zhì)合金輥環(huán)。制備的該合金的XRD物相分析見圖1，由圖1知粘結(jié)劑組織主要為奧氏體。粘結(jié)劑中奧氏體形態(tài)見圖2所示的TEM透射電鏡照片。實(shí)施例2一種低成本高性能WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)，粘結(jié)劑中Fe所占的比例控制在57.5wt.%。具體合金成分為：80wt.%WC粉（平均晶粒度6-15μm）11.5wt.%的Fe粉（粒徑為0.5-2.0μm），5.9wt.%Ni粉（粒徑為0.5-2.0μm），2.1wt.%的Co粉（粒徑為1.0-2.0μm），0.5wt.%Cr粉（粒徑為1.0-2.0μm）。將上述粉末按要求進(jìn)行球磨混料，使用直徑為6~12mm的YG8硬質(zhì)合金球做為研磨體，球料質(zhì)量比為4:1，以汽油作為球磨介質(zhì)，按每公斤混合料加入200~400ml的比例加入，球磨轉(zhuǎn)速為60~250rpm，在滾筒球磨機(jī)上球磨16h，球磨混料后，料漿在真空環(huán)境中于80℃下干燥4h。加入0.8wt.%合成橡膠做成型劑，在120MPa壓力下壓制成硬質(zhì)合金輥環(huán)壓坯，將壓坯置于排膠爐中在580℃下排膠65min，排膠過后，在1385℃下的氣壓燒結(jié)爐中，在5MPa壓力下燒結(jié)60min，制備出高強(qiáng)、高韌、高耐磨的硬質(zhì)合金輥環(huán)。制備的該合金的XRD物相分析見圖3，由圖3知粘結(jié)劑組織主要為奧氏體+馬氏體。粘結(jié)劑中奧氏體和馬氏體數(shù)量及形態(tài)見圖4所示的TEM透射電鏡照片。實(shí)施例3一種低成本高性能WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)，粘結(jié)劑中Fe所占的比例控制在71.5wt.%。具體合金成分為：80wt.%WC粉（平均晶粒度6-15μm）14.3wt.%的Fe粉（粒徑為0.5-2.0μm），3.2wt.%Ni粉（粒徑為0.5-2.0μm），1.2wt.%Co粉（粒徑為1.0-2.0μm），0.6wt.%Cr粉（粒徑為1.0-2.0μm）。將上述粉末按要求進(jìn)行球磨混料，使用直徑為6~12mm的YG8硬質(zhì)合金球做為研磨體，球料質(zhì)量比為4:1，以汽油作為球磨介質(zhì)，按每公斤混合料加入200~400ml的比例加入，球磨轉(zhuǎn)速為60~250rpm，在滾筒球磨機(jī)上球磨16h，球磨混料后，料漿在真空環(huán)境中于80℃下干燥4h。加入0.8wt.%合成橡膠做成型劑，在120MPa壓力下壓制成硬質(zhì)合金輥環(huán)壓坯，將壓坯置于排膠爐中在580℃下排膠65min，排膠過后，在1385℃下的氣壓燒結(jié)爐中，在5MPa壓力下燒結(jié)60min，制備出高強(qiáng)、高韌、高耐磨的硬質(zhì)合金輥環(huán)。制備的該合金的XRD物相分析見圖5，由圖5知粘結(jié)劑組織主要為馬氏體。粘結(jié)劑中馬氏體數(shù)量及形態(tài)見圖6所示的TEM透射電鏡照片。對(duì)實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3所制備的WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)，進(jìn)行硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性和摩擦磨損測(cè)試。其中對(duì)比例為市場(chǎng)上購(gòu)買的同類型的WC-Co基硬質(zhì)合金輥環(huán)材料（YG20），實(shí)施例和對(duì)比例的性能是在相同實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試得到，實(shí)施例與對(duì)比例的力性能詳見下表1：硬度（HV10/MPa）抗彎強(qiáng)度/MPa斷裂韌性/MPa.m1/2磨損率/10-7mm3/(N.m)實(shí)施例1854279920.751.94實(shí)施例2958281220.011.75實(shí)施例31086300318.971.60對(duì)比例YG20952254619.631.81由表1可以看出WC-Fe-Ni-Co-Cr硬質(zhì)合金輥環(huán)的硬度為854～1100MPa,抗彎強(qiáng)度≧2750MPa,斷裂韌性≧18.97MPa.m1/2,磨損率≦1.94×10-7mm3/(N.m)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3