一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金及制備方法
【專利摘要】一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金及其制備方法，以碳化鈦為主體材料，加以部分碳化鎢作為硬質(zhì)相，與鈷和鎳的混合物作為粘結(jié)相混合在一起，制作出以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金；各組份及重量份數(shù)配比如下：碳化鈦55?70份；碳化鎢20?45份；鈷0?5份；鎳8?20份；鉬0?5份；碳化釩0.01?0.5份；先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬（Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料；將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。
【專利說明】
一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種粉末冶金制品及其制備方法，特別是一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金及其制備方法。屬粉末冶金制造技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
常規(guī)的硬質(zhì)合金主要以碳化鎢為硬質(zhì)相，鈷鎳為粘結(jié)相，例如YG類硬質(zhì)合金。有的通過添加少量TiC提高合金的硬度，改善其耐磨性，例如YT類硬質(zhì)合金。然而添加TiC在提高合金硬度的同時也降低了合金的強度。例如YT30合金，Ti C含量達到30%，強度下降到I OOOMPa以下，目前已極少使用。目前工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的含TiC的合金牌號，如YT5、YT14、YW等，TiC的含量在5-15%之間，強度在1300-1800MPa。
[0003]所以在制作高強度硬質(zhì)合金時，仍主要以鎢作為主要成分，但是鎢是一種重要的戰(zhàn)略資源，中國雖是全球鎢資源第一大國，鎢礦儲量占全球65%。地殼中儲量約600萬噸金屬。然而隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，鎢資源已面臨枯竭。近十年來鎢的價格已上漲4倍以上。我國的鈦資源同樣居世界首位，國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)鈦資源總儲量20億噸，遠高于鎢的儲量，目前鈦的市場價格在鎢的三分之一以下。鈦與鎢相比還有比重輕的特點，鈦的比重是4.54g/cm3，鎢的比重是19.35 g/cm3。所以近來有不少人在探索采用鈦代替鎢，可是在采用鈦代替鎢時會出現(xiàn)硬度上升，而強度下降，出現(xiàn)明顯的脆性增加的現(xiàn)象，所以一般在采用鈦代替鎢時都不敢將鈦的成分比例提得很高，大多在15%以下，這樣并沒有真正達到采用鈦代替鎢的效果，因此需要進一步加以改進。
[0004]通過專利檢索沒發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明相同技術(shù)的專利文獻報道，與本發(fā)明相關(guān)的主要有以下幾個:
1、專利號為CN201310217146.7，名稱為“一種碳化鈦基硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法”的發(fā)明專利，該專利公開了一種碳化鈦基硬質(zhì)合金制作方法，采用真空燒結(jié)法制作，將碳化鈦粉、鎳粉和鉬粉一起進行濕磨，壓坯通常于真空中在1400?1500°C下進行液相燒結(jié);其特征在于，現(xiàn)在原材料的制備中將部分鎳(Ni)加入碳化鈦(TiC)粉體中，使得所述的碳化鈦(TiC)粉體為含有碳化鈦(TiC)與鎳(Ni)固溶體的混合原料，在所述的碳化鈦原料中含有體積百分比0.4%-6.7%的碳化鈦(T i C)與鎳(Ni )的固溶體。
[0005]2、專利號為CN201310174576.5，名稱為“一種碳化鈦_碳化鎢復(fù)合硬質(zhì)合金”的發(fā)明專利，該專利公開了一種碳化鈦-碳化鎢復(fù)合硬質(zhì)相硬質(zhì)合金，包括作為硬質(zhì)相的碳化鈦合金-碳化媽合金混合物、作為粘結(jié)相的Fe3Al合金和Mo，其中碳化媽合金占硬質(zhì)相質(zhì)量百分比50%?90% ；粒徑為5?8μπι ；碳化鈦合金占硬質(zhì)相質(zhì)量百分比10%?50%，粒徑為I?3μπι。Fe3Al合金占硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分比為5.5%?15%，金屬Mo占硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分比為0.5%?1%。
[0006]3、專利號為CN201110256852.3，名稱為“一種以鈷鎳為粘結(jié)相的碳化鈦-碳化鎢基體輕質(zhì)硬質(zhì)合金及其制備方法”的發(fā)明專利，該專利公開了一種以鈷鎳為粘結(jié)相的碳化鈦-碳化鎢基體輕質(zhì)硬質(zhì)合金及其制備方法。含有如下重量比的成分:Til7.24%-43.65%;Ni2.23%-9.68%；Co5.23%-10.51%；W27.37%-57.62%；C1.27%-13.87%。制備方法，包括如下步驟: 1、取按質(zhì)量百分比計的組分:鎳粉5-8%、鈷粉5-8%、碳化鈦粉30-40%、添加劑1%、碳化鎢粉余量，將前述組分混合物加入球磨機中濕磨至粉末粒度為1_2μπι，得混合料漿;其中添加劑為Cr3C2或TaC;
2、將上述混合料漿過濾、干燥后加入橡膠溶液，攪拌均勻后在90-110°C下真空干燥15-25分鐘后過80目篩得混合物，將該混合物投入模具中于100-200MPa壓力下成型，然后置于真空度l_5Pa，溫度為1350°C_1410°C的條件下保溫1-2小時得成品。
[0007]上述這些專利雖說都涉及到了碳化鈦基硬質(zhì)相硬質(zhì)合金，其中也涉及到了一些碳化鈦基硬質(zhì)相硬質(zhì)合金的改進，但是這些硬質(zhì)合金的制作都是直接將粘結(jié)相和硬質(zhì)相材料通過機械混合起來后就進行壓制燒結(jié)的，而在實際的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，這樣做很難改變碳化鈦與粘結(jié)相之間的粘結(jié)性，粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性不是很好，所以制作出來的硬質(zhì)合金，要不就是硬度達到要求，但是脆性增加，強度達不到要求;要不就是硬度達不到要求，所以現(xiàn)在一般的碳化鈦基硬質(zhì)合金的強度一般只能做到1600MPa左右，這種強度尚不能滿足現(xiàn)有許多硬質(zhì)合金的要求，因此仍有必要加以改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是根據(jù)目前碳化鈦基硬質(zhì)合金所存在的問題，提出一種能既能有效提高硬質(zhì)合金的硬度，又能保證硬質(zhì)合金的強度的以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金制作方法。
[0009]根據(jù)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案是:一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金，以碳化鈦為主體材料，加以部分碳化鎢作為硬質(zhì)相，與鈷和鎳的混合物作為粘結(jié)相混合在一起，制作出以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金;各組份及重量份數(shù)配比如下:
碳化鈦55-70份
碳化鎢20-45份
鈷0-5份
鎳8-20份
鉬0-5份
碳化釩0.01-0.5份
先將所有碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。
[0010]進一步地，所述的各組份及重量份數(shù)配比如下:
碳化鈦65-70份
碳化鎢20-35份
鈷1-3份
鎳10-20份
鉬0.05-0.5份
碳化釩0.05-0.2份。[0011 ]進一步地，所述的各組份及重量份數(shù)配比如下:
碳化鈦63份
碳化鎢27份鈷2份鎳8份
鉬0.5份
碳化銀0.0I份。
[0012]—種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金的制備方法，先將全部碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。
[0013]進一步地，所述的先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體是將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40mm的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻；物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200 0C )。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0014]進一步地，所述的在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)是在將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)后，再加入鉬(Mo)粉，并與Ti02、WC、炭黑一起研磨，充分混合均勻后，將物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C)。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0015]進一步地，所述的將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合是將固溶體、鈷、鎳和微量元素碳化釩按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時;然后進過干燥過篩制得混合料。
[0016]進一步地，所述的高強度硬質(zhì)合金制備方法的具體步驟是:
1、固溶體制備:將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40mm的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻。物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C )。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0017]/2、混合料制備:將固溶體、鈷、鎳和其他微量元素按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時。然后進過干燥過篩制得混合料。
[0018]3、混合料摻膠(成型劑):在螺旋混合器中將橡膠汽油溶液摻入混合料中。經(jīng)過干燥過篩制成具有較好流動性的粉狀或粒狀混合料。
[0019]4、壓制成型:將混合料裝入模腔內(nèi)，在壓力機上將混合料壓制成需要的形狀和尺寸，并具有一定的密度和強度的硬質(zhì)合金壓坯。
[0020]5、制品燒結(jié):將壓坯裝入石墨舟皿中，舟皿表面需要涂一層防止粘接的涂料。將舟皿和壓坯裝入氫氣脫膠真空燒結(jié)一體爐中。爐內(nèi)抽真空，真空度2Pa以內(nèi)時，往爐內(nèi)充氫氣。然后送電升溫，待壓坯內(nèi)成型劑排除干凈后將氫氣排出。抽真空，繼續(xù)升溫。在出現(xiàn)液相前進行保溫，與常規(guī)硬質(zhì)合金的燒結(jié)比較，保溫時間略長。最終燒結(jié)溫度1400-1480°C，保溫60-90分鐘。
[0021]6、冷卻后出爐，合金表面進行噴砂處理。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明采取先制作TiC-WC固溶體，以固溶體的形式加入制作混合料，并在TiC-WC中還添加了少量的鉬(Mo )，在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬。實際上是T i C-WC-Mo 2C固溶體。其目的都是為了改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性。這樣在燒結(jié)時可以有效增加TiC-WC之間的粘結(jié)性能，從而提高硬質(zhì)合金的強度。通過改善粘結(jié)相對TiC的潤濕性，避免合金強度下降的問題。保持合金基本性能不下降的同時，降低材料成本，減輕產(chǎn)品的重量。合金基本成分1^:55-70%;1(::20-40%，鈷+鎳:8-20%。以根據(jù)本發(fā)明配方配制的新牌號了150為例，能完全達到常規(guī)牌號YG8的物理力學(xué)性能。硬度達到HRA88-89，抗彎強度1900-2100MPa。比重8.5g/cm3，同樣的產(chǎn)品用新牌號TW50的用料量只有YG8的60%，而物理力學(xué)性能一致。目前已經(jīng)通過原來的老客戶試用了 2000多kg，完全能替代YG8，滿足使用要求。
[0023]其次，在本發(fā)明中鈷鎳粘結(jié)相中鈷的比例極低，一般硬質(zhì)合金的鈷的比例應(yīng)該在一半以上。我們甚至可以用純鎳做粘結(jié)相，而對合金強度的影響不會太大。而一般硬質(zhì)合金如果用純鎳的話，合金強度將大幅度降低。用純鎳而不使用鈷做粘結(jié)相是生產(chǎn)無磁合金的必要條件。而絕大部分的硬質(zhì)合金密封環(huán)都要求無磁，同時目前鈷粉的價格是220元/公斤，而鎳是95元/公斤，可以大大降低生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
[0025]實施例一
一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金，以碳化鈦為主體材料，加以部分碳化鎢作為硬質(zhì)相，與鈷和鎳的混合物作為粘結(jié)相混合在一起，制作出以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金;各組份及重量份數(shù)配比如下:
碳化鈦55份
碳化鎢45份鈷5份
鎳20份
鉬0.1份
碳化銀0.0I份
先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。
[0026]具體制作工藝如下:
1、固溶體制備:將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40mm的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻。物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C )。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0027]/2、混合料制備:將固溶體、鈷、鎳和其他微量元素按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時。然后進過干燥過篩制得混合料。
[0028]3、混合料摻膠(成型劑):在螺旋混合器中將橡膠汽油溶液摻入混合料中。經(jīng)過干燥過篩制成具有較好流動性的粉狀或粒狀混合料。
[0029]4、壓制成型:將混合料裝入模腔內(nèi)，在壓力機上將混合料壓制成需要的形狀和尺寸，并具有一定的密度和強度的硬質(zhì)合金壓坯。
[0030]5、制品燒結(jié):將壓坯裝入石墨舟皿中，舟皿表面需要涂一層防止粘接的涂料。將舟皿和壓坯裝入氫氣脫膠真空燒結(jié)一體爐中。爐內(nèi)抽真空，真空度2Pa以內(nèi)時，往爐內(nèi)充氫氣。然后送電升溫，待壓坯內(nèi)成型劑排除干凈后將氫氣排出。抽真空，繼續(xù)升溫。在出現(xiàn)液相前進行保溫，與常規(guī)硬質(zhì)合金的燒結(jié)比較，保溫時間要長，為80-100分鐘。最終燒結(jié)溫度1400-1480 °C，保溫60-90分鐘。
[0031]6、冷卻后出爐，合金表面進行噴砂處理。
[0032]實施例二
實施例二與實施例的原理基本一樣，只是所選取的參數(shù)有所不同，為一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金，以碳化鈦為主體材料，加以部分碳化鎢作為硬質(zhì)相，與鈷和鎳的混合物作為粘結(jié)相混合在一起，制作出以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金;各組份及重量份數(shù)配比如下:
碳化鈦70份
碳化鎢20份鈷5份鎳1份
鉬0.9份
碳化銀0.3份
先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。
[0033]具體制作工藝如下:
1、固溶體制備:將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40mm的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻。物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C )。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0034]/2、混合料制備:將固溶體、鈷、鎳和其他微量元素按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時。然后進過干燥過篩制得混合料。
[0035]3、混合料摻膠(成型劑):在螺旋混合器中將橡膠汽油溶液摻入混合料中。經(jīng)過干燥過篩制成具有較好流動性的粉狀或粒狀混合料。
[0036]4、壓制成型:將混合料裝入模腔內(nèi)，在壓力機上將混合料壓制成需要的形狀和尺寸，并具有一定的密度和強度的硬質(zhì)合金壓坯。
[0037]5、制品燒結(jié):將壓坯裝入石墨舟皿中，舟皿表面需要涂一層防止粘接的涂料。將舟皿和壓坯裝入氫氣脫膠真空燒結(jié)一體爐中。爐內(nèi)抽真空，真空度2Pa以內(nèi)時，往爐內(nèi)充氫氣。然后送電升溫，待壓坯內(nèi)成型劑排除干凈后將氫氣排出。抽真空，繼續(xù)升溫。在出現(xiàn)液相前進行保溫，與常規(guī)硬質(zhì)合金的燒結(jié)比較，保溫時間要長，為80-100分鐘。最終燒結(jié)溫度1400-1480 °C，保溫60-90分鐘。
[0038]6、冷卻后出爐，合金表面進行噴砂處理。
[0039]實施例三
實施例三與實施例的原理基本一樣，只是所選取的參數(shù)有所不同，為一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金，以碳化鈦為主體材料，加以部分碳化鎢作為硬質(zhì)相，與鈷和鎳的混合物作為粘結(jié)相混合在一起，制作出以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金;各組份及重量份數(shù)配比如下:
碳化鈦63份
碳化鎢27份鈷2份鎳8份
碳化銀0.05份。
[0040]先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。
[0041 ] 具體制作工藝如下:
1、固溶體制備:將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40mm的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻。物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C )。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0042]/2、混合料制備:將固溶體、鈷、鎳和其他微量元素按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時。然后進過干燥過篩制得混合料。
[0043]3、混合料摻膠(成型劑):在螺旋混合器中將橡膠汽油溶液摻入混合料中。經(jīng)過干燥過篩制成具有較好流動性的粉狀或粒狀混合料。
[0044]4、壓制成型:將混合料裝入模腔內(nèi)，在壓力機上將混合料壓制成需要的形狀和尺寸，并具有一定的密度和強度的硬質(zhì)合金壓坯。
[0045]5、制品燒結(jié):將壓坯裝入石墨舟皿中，舟皿表面需要涂一層防止粘接的涂料。將舟皿和壓坯裝入氫氣脫膠真空燒結(jié)一體爐中。爐內(nèi)抽真空，真空度2Pa以內(nèi)時，往爐內(nèi)充氫氣。然后送電升溫，待壓坯內(nèi)成型劑排除干凈后將氫氣排出。抽真空，繼續(xù)升溫。在出現(xiàn)液相前進行保溫，與常規(guī)硬質(zhì)合金的燒結(jié)比較，保溫時間要長，為80-100分鐘。最終燒結(jié)溫度1400-1480 °C，保溫60-90分鐘。
[0046]6、冷卻后出爐，合金表面進行噴砂處理。
[0047]實施例四
實施例四與實施例的原理基本一樣，只是所選取的組分和配比有所不同，為一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金，以碳化鈦為主體材料，加以部分碳化鎢作為硬質(zhì)相，與鈷和鎳的混合物作為粘結(jié)相混合在一起，制作出以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金；各組份及重量份數(shù)配比如下:
碳化鈦65份
碳化鎢32份鎳20份鉬5份
碳化銀0.0I份。
[0048]先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。
[0049]具體制作工藝如下:
1、固溶體制備:將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40mm的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻。物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C )。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0050]/2、混合料制備:將固溶體、鈷、鎳和其他微量元素按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時。然后進過干燥過篩制得混合料。
[0051 ] 3、混合料摻膠(成型劑):在螺旋混合器中將橡膠汽油溶液摻入混合料中。經(jīng)過干燥過篩制成具有較好流動性的粉狀或粒狀混合料。
[0052]4、壓制成型:將混合料裝入模腔內(nèi)，在壓力機上將混合料壓制成需要的形狀和尺寸，并具有一定的密度和強度的硬質(zhì)合金壓坯。
[0053]5、制品燒結(jié):將壓坯裝入石墨舟皿中，舟皿表面需要涂一層防止粘接的涂料。將舟皿和壓坯裝入氫氣脫膠真空燒結(jié)一體爐中。爐內(nèi)抽真空，真空度2Pa以內(nèi)時，往爐內(nèi)充氫氣。然后送電升溫，待壓坯內(nèi)成型劑排除干凈后將氫氣排出。抽真空，繼續(xù)升溫。在出現(xiàn)液相前進行保溫，與常規(guī)硬質(zhì)合金的燒結(jié)比較，保溫時間要長，為80-100分鐘。最終燒結(jié)溫度1400-1480 °C，保溫60-90分鐘。
[0054]6、冷卻后出爐，合金表面進行噴砂處理。
[0055]以上實施例只是為了說明本發(fā)明，所列舉的一些較優(yōu)選【具體實施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0056]通過上述實施例可以看出，本發(fā)明涉及一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金的制備方法，先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。
[0057]進一步地，所述的先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體是將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40mm的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻；物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200 0C )。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0058]進一步地，所述的在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)是在將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)后，再加入鉬(Mo)粉，并與Ti02、WC、炭黑一起研磨，充分混合均勻后，將物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C)。冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。
[0059]進一步地，所述的將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合是將固溶體、鈷、鎳和微量元素碳化釩按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時;然后進過干燥過篩制得混合料。
本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明采取先制作TiC-WC固溶體，以固溶體的形式加入制作混合料，并在TiC-WC中還添加了少量的鉬(Mo)，在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬。實際上是TiC-WC-Mo2C固溶體。其目的都是為了改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性。這樣在燒結(jié)時可以有效增加TiC-WC之間的粘結(jié)性能，從而提高硬質(zhì)合金的強度。通過改善粘結(jié)相對TiC的潤濕性，避免合金強度下降的問題。保持合金基本性能不下降的同時，降低材料成本，減輕產(chǎn)品的重量。合金基本成分1^:55-70%;1(::20-40%，鈷+鎳:8-20%。以根據(jù)本發(fā)明配方配制的新牌號TW50為例，能完全達到常規(guī)牌號YG8的物理力學(xué)性能。硬度達到HRA88-89，抗彎強度1900-21 OOMPa。比重8.5g/cm3，同樣的產(chǎn)品用新牌號TW50的用料量只有YG8的60%，而物理力學(xué)性能一致。目前已經(jīng)通過原來的老客戶試用了2000多kg，完全能替代YG8，滿足使用要求。
[0060]其次，在本發(fā)明中鈷鎳粘結(jié)相中鈷的比例極低，一般硬質(zhì)合金的鈷的比例應(yīng)該在一半以上。我們甚至可以用純鎳做粘結(jié)相，而對合金強度的影響不會太大。而一般硬質(zhì)合金如果用純鎳的話，合金強度將大幅度降低。用純鎳而不使用鈷做粘結(jié)相是生產(chǎn)無磁合金的必要條件。而絕大部分的硬質(zhì)合金密封環(huán)都要求無磁，同時目前鈷粉的價格是220元/公斤，而鎳是95元/公斤，可以大大降低生產(chǎn)成本。
【主權(quán)項】
1.一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金，其特征在于:以碳化鈦為主體材料，加以部分碳化鎢作為硬質(zhì)相，與鈷和鎳的混合物作為粘結(jié)相混合在一起，制作出以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金;各組份及重量份數(shù)配比如下: 碳化鈦55-70份 碳化鎢20-45份 鈷0-5份 鎳8-20份 鉬0-5份 碳化釩0.01-0.5份 先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。2.如權(quán)利要求1所述的以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金，其特征在于:所述的各組份及重量份數(shù)配比如下: 碳化鈦65-70份 碳化鎢20-35份鈷1-3份 鎳10-20份 鉬0.05-0.5份 碳化釩0.05-0.2份。3.如權(quán)利要求1所述的以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金，其特征在于:所述的各組份及重量份數(shù)配比如下: 碳化鈦63份 碳化鎢27份鈷2份鎳8份 鉬0.05份 碳化銀0.0I份。4.一種以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金的制備方法，先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體，并在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)，使得在制作固溶體的過程中金屬鉬變成碳化二鉬，改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性，再將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合，制成混合料;將混合料參膠后壓制成型，最后燒結(jié)成型。5.如權(quán)利要求4所述的以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述的先將碳化鈦與碳化鎢混合制作成固溶體是將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40_的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻;物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C )；冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。6.如權(quán)利要求4所述的以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述的在制作固溶體過程中添加鉬(Mo)是在將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)后，再加入鉬(Mo)粉，并與Ti02、WC、炭黑一起研磨，充分混合均勻后，將物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約2200°C);冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體。7.如權(quán)利要求4所述的以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述的將碳化鈦與碳化鎢固溶體與粘結(jié)相和微量元素碳化釩混合是將固溶體、鈷、鎳和微量元素碳化釩按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時;然后進過干燥過篩制得混合料。8.如權(quán)利要求4所述的以碳化鈦為主要成分的高強度硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述的高強度硬質(zhì)合金制備方法的具體步驟是: .1)固溶體制備:將Ti02、WC、炭黑按一定比例的數(shù)量裝入震動球磨機內(nèi)，用直徑15-40mm的高鉻鋼球為研磨載體，充分混合均勻;物料壓緊裝入石墨舟皿中，在碳管爐中進行高溫碳化(約22000C )；冷卻后經(jīng)球磨機破碎、震動過篩，制得TiC+WC固溶體； .2)混合料制備:將固溶體、鈷、鎳和其他微量元素按不同牌號的成分要求進行配料，裝入可傾式濕磨機中，以酒精為介質(zhì)，以硬質(zhì)合金棒為研磨體進行研磨，根據(jù)不同的合金牌號，研磨時間48-96小時;然后進過干燥過篩制得混合料； .3)混合料摻膠(成型劑):在螺旋混合器中將橡膠汽油溶液摻入混合料中；經(jīng)過干燥過篩制成具有較好流動性的粉狀或粒狀混合料； .4)壓制成型:將混合料裝入模腔內(nèi)，在壓力機上將混合料壓制成需要的形狀和尺寸，并具有一定的密度和強度的硬質(zhì)合金壓還; .5)制品燒結(jié):將壓坯裝入石墨舟皿中，舟皿表面需要涂一層防止粘接的涂料;將舟皿和壓坯裝入氫氣脫膠真空燒結(jié)一體爐中；爐內(nèi)抽真空，真空度2Pa以內(nèi)時，往爐內(nèi)充氫氣;然后送電升溫，待壓坯內(nèi)成型劑排除干凈后將氫氣排出；抽真空，繼續(xù)升溫;在出現(xiàn)液相前進行保溫，與常規(guī)硬質(zhì)合金的燒結(jié)比較，保溫時間略長;最終燒結(jié)溫度1400-1480°C，保溫60-90分鐘； .6 )冷卻后出爐，合金表面進行噴砂處理。
【文檔編號】C22C29/10GK105886871SQ201610314478
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】姚天明, 李杰名
【申請人】株洲中工硬質(zhì)合金工具有限責(zé)任公司