一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由10～50%的TiC硬質(zhì)相和Fe?Cr?Mo?Al?C粘結(jié)相組成的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，粘結(jié)相中各元素占比分別為：C 0.25～0.69%，Cr 0.5～4.5%，Mo 0.5～4.5%，Al 0.25～3.6%，余量為Fe；其制備包括：配料，選取占原料粉末總重10～50%的TiC粉末，余量為C粉、Mo粉、Fe2Al5預(yù)合金粉末、Cr?Fe粉末（其中Cr含量為50～55%）和Fe粉；以下元素分別占原料粉末總重：C 0.25～0.69，Cr 0.5～4.5，Mo 0.5～4.5，Al 0.25～3.6%，余量為Fe；將上述原料粉末濕磨混合、噴霧干燥、壓制成型；經(jīng)1415～1435℃真空液相燒結(jié)獲得粘結(jié)相占總重50%～90%的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，硬度及斷裂韌性都具有改善，主要用于耐磨產(chǎn)品。
【專利說明】
一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料及其制備方法，特別是一種通過粉末冶金技術(shù) 制備以Tic為硬質(zhì)相、以Fe基體粘結(jié)相的鋼結(jié)硬質(zhì)合金及其制備方法，其主要用于工模具耐 磨件產(chǎn)品上。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼結(jié)硬質(zhì)合金是在硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型工模具材料。相比硬質(zhì)合金 中的鈷粘結(jié)相來說，它是一種以鋼作粘結(jié)相的耐磨合金。因其具有硬質(zhì)合金的高硬度、高耐 磨性和高強(qiáng)度，同時具有鋼的可加工性、可熱處理性、可鍛性和可焊接性，被認(rèn)為是可加工、 可熱處理的硬質(zhì)合金，廣泛地應(yīng)用于耐磨零件、礦山工具等材料中。鋼結(jié)硬質(zhì)合金中最典型 材料是以TiC作為硬質(zhì)相的TiC基鋼結(jié)硬質(zhì)合金，因 TiC具有高硬度、抗氧化、耐腐蝕、比重 小、熱穩(wěn)定性好以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能，一直是鋼結(jié)硬質(zhì)合金中性價比較高的一種鋼結(jié) 硬質(zhì)合金。
[0003] TiC基鋼結(jié)硬質(zhì)合金是采用粉末冶金的方法制備的一種復(fù)合材料。硬質(zhì)相TiC主要 賦予材料高硬度和高耐磨性;而鋼粘結(jié)相的含量一般大于50wt %，對材料的性能影響更大， 同時，鋼粘結(jié)相可以賦予合金一系列獨(dú)特性能，其成分可根據(jù)具體使用工況和使用性能要 求進(jìn)行靈活的調(diào)整，有利于滿足合金使用要求。根據(jù)鋼粘結(jié)相的成分的不同，可以延伸出大 量的合金牌號，如碳鋼、工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼基粘結(jié)相。
[0004] 目前TiC-(Fe-Cr-Mo-C)鋼結(jié)硬質(zhì)合金是一種以中合金工具鋼為粘結(jié)相的鋼結(jié)硬 質(zhì)合金，如GT35牌號，其具有較高的耐磨性，被廣泛地應(yīng)用于耐磨零件上。隨著特殊行業(yè)對 零部件性能的要求的多樣化，如應(yīng)用于注塑機(jī)套筒和螺桿(注塑機(jī)的關(guān)鍵部件)上，不僅需 要好的耐磨性，還需要合金具有較好的抗腐蝕性能、韌性等性能。而普通的鋼結(jié)硬質(zhì)合金牌 號很難很好地滿足使用要求。為了改善這類合金的這些性能而獲得高硬度和高強(qiáng)度的TiC 系鋼結(jié)硬質(zhì)合金，現(xiàn)有技術(shù)方案主要是通過調(diào)整主成分的比例、微量合金元素的加量和加 入方式以及改善燒結(jié)接觸材料來達(dá)到。如中國專利"一種TiC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金"（公開號 CN104498801A【公開日】2015年4月8日）公開了一種TiC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金，在確保高硬度、高耐 磨性的同時，抗彎強(qiáng)度高，耐腐蝕好，不易生銹。又如中國授權(quán)專利"TiC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金及 其制備方法"（授權(quán)號CN 102230119 B【公開日】2012年12月26日）公開了一種TiC系鋼結(jié)硬質(zhì) 合金及其制備方法提供耐磨性高、變形小的TiC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金及其制備方法，擴(kuò)大該類合 金的應(yīng)用領(lǐng)域，并進(jìn)一步降低孔隙度，提高其綜合性能。
[0005] 對于硬質(zhì)材料來說，硬度和斷裂韌性是一對矛盾體，改善硬度往往需要犧牲一定 的斷裂韌性，反之亦然。為了改善TiC-(Fe-Cr-Mo-C)鋼結(jié)硬質(zhì)合金的性能，以上專利的方法 都是通過調(diào)整合金中Cr、Mo等元素的含量和加入方式；或者添加改善鐵對TiC潤濕性的元 素，如稀土，來改善TiC-(Fe-Cr-Mo-C)鋼結(jié)硬質(zhì)合金的致密度來達(dá)到提高合金的性能的目 的?？偟膩碚f，這些措施往往很難同時提高TiC-(Fe-Cr-M 〇-C)鋼結(jié)硬質(zhì)合金的硬度和斷裂 初性，或者提尚幅度很有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有TiC基鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具的性能的不足，提供了一種以TiC為硬質(zhì) 相、Fe-Cr-M〇-Al_C為基體粘結(jié)相的鋼結(jié)硬質(zhì)合金及其制備方法，其中A1是米用Fe_Al的中 間化合物Fe 2Al5預(yù)合金粉末的形式添加，該合金在硬度及斷裂韌性方面都具有改善。其主要 用于工模具耐磨件產(chǎn)品上。
[0007] 本發(fā)明的一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，由硬質(zhì)相和粘結(jié)相組成，硬質(zhì)相為TiC，占鋼結(jié)硬質(zhì) 合金總重的10~50%;所述粘結(jié)相為(：、0、1〇^1與？〇的組合，(：、0、1〇)1元素分別占鋼結(jié) 硬質(zhì)合金總重的百分比為：C:0.25~0.69%，Cr:0.5~4.5%，Μ〇:0·5~4.5%，Α1:0·25~ 3.6%;余量為Fe。
[0008] 其制備方法依次包括以下步驟：
[0009] (1)配料，選取形成硬質(zhì)相的、占總原料粉末總重的10~5 0 %的T i C粉末，余量由C 粉、Mo粉、Fe2Al5預(yù)合金粉末、Cr-Fe粉末和Fe粉組成粘結(jié)相原料粉末;所述Cr-Fe粉末中Cr的 質(zhì)量百分含量為50~55% ;所述粘結(jié)相原料粉末中，C、Cr、Mo、A1元素分別占總原料粉末總 重的百分比為:C:0.25~0.69%，Cr :0.5~4.5%，Mo:0.5~4.5%，A1:0.25~3.6% ;余量為 Fe；
[0010] (2)將上述形成硬質(zhì)相與形成粘結(jié)相的原料粉末濕磨混合、噴霧干燥、壓制成型形 成壓坯；
[0011] (3)然后壓坯經(jīng)1415Γ~1435Γ真空液相燒結(jié)后，獲得一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其中粘 結(jié)相占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的重量百分比為50%~90%。
[0012]作為改進(jìn)一，當(dāng)硬質(zhì)相TiC占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的50%;所述(：、&』〇^1元素分別 占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的百分比為:C:0.25~0.385%，Cr:0.5~2.5%，Mo:0.5~2.5%，A1: 0.25~2.0%;余量為Fe。
[0013] 相應(yīng)地，其制備方法中，配料時TiC粉末占總原料粉末總重為50%，Cr-Fe粉末中Cr 的質(zhì)量百分含量為50~55 % ;粘結(jié)相原料粉末中，C、Cr、Mo、A1元素分別占總原料粉末總重 的百分比為：C:0.25~0.385%，Cr:0.5~2.5%，Mo:0.5~2.5%，A1:0.25~2.0% ;余量為 Fe;燒結(jié)溫度為1425~1435°C;獲得的結(jié)硬質(zhì)合金中粘結(jié)相的重量百分比為50%。
[0014] 作為改進(jìn)二，當(dāng)硬質(zhì)相TiC占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的30%;(：、0、1〇^1元素分別占鋼 結(jié)硬質(zhì)合金總重的百分比為 :(：:0.35~0.441%，0:0.7~3.5%，]\1〇:0.7~3.5%41 :0.35 ~2.8%;余量為Fe。
[0015] 相應(yīng)地，其制備方法中，配料時TiC粉末占總原料粉末總重為30%，Cr-Fe粉末中Cr 的質(zhì)量百分含量為53~55 % ;粘結(jié)相原料粉末中，C、Cr、Mo、A1元素分別占總原料粉末總重 的百分比為：C:0.35~0.441 %，Cr:0.7~3.5%，Mo:0.7~3.5%，A1:0.35~2.8% ;余量為 Fe;燒結(jié)溫度為1420~1430°C;獲得的結(jié)硬質(zhì)合金中粘結(jié)相的重量百分比為70%。
[0016] 作為改進(jìn)三，當(dāng)硬質(zhì)相TiC占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的10%;所述(：、&、1〇^1元素分別 占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的百分比為:C:0.45~0.693%，Cr:0.9~4.5%，Mo:0.9~4.5%，A1: 0.45~3.6%;余量為Fe。
[0017] 相應(yīng)地，其制備方法中，配料時TiC粉末占總原料粉末總重為10%，Cr_Fe粉末中Cr 的質(zhì)量百分含量為50~54.9% ;粘結(jié)相原料粉末中，C、Cr、Mo、Al元素分別占總原料粉末總 重的百分比為:C:0.45~0.693%，Cr:0.9~4.5%，Μ〇:0·9~4.5%，Α1:0·45~3.6% ;余量 為Fe;燒結(jié)溫度為1410~1425°C;獲得的結(jié)硬質(zhì)合金中粘結(jié)相的重量百分比為90%。
[0018] 本發(fā)明的特征是采用粉末冶金制造，形成了 Fe-Cr-Mo-Al-C的粘結(jié)相成分，粘結(jié)相 中的A1采用Fe-Al的中間化合物Fe2Al5預(yù)合金粉末的形式添加，避免了 A1與Fe發(fā)生劇烈化合 放熱反應(yīng)及柯肯達(dá)爾效應(yīng)引起的膨脹，從能譜分析結(jié)果，可知A1都固溶在粘結(jié)相中，A1的添 加有效地改善了合金的硬度和韌性，較現(xiàn)有材質(zhì)(TiC-Fe-Cr-Mo-C)的斷裂韌性和硬度都得 到提尚。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的制備方法流程圖；
[0020] 圖2a是本發(fā)明制備的TiC-Fe-Cr-Mo-Al-C鋼結(jié)硬質(zhì)合金的顯微組織；
[0021 ]圖2b是本發(fā)明制備的TiC-Fe-Cr-Mo-Al-C鋼結(jié)硬質(zhì)合金的粘結(jié)相能譜照片；
[0022]圖3a是本發(fā)明制備的TiC-Fe-Cr-Mo-Al-C鋼結(jié)硬質(zhì)合金的斷裂韌性與現(xiàn)有材質(zhì)對 比圖；
[0023]圖3b是本發(fā)明制備的TiC-Fe-Cr-Mo-Al-C鋼結(jié)硬質(zhì)合金的硬度與現(xiàn)有材質(zhì)對比 圖。
【具體實施方式】
[0024]實施例1:根據(jù)圖1所示流程，按照混合原料粉末的重量百分比，將50%TiC、0.25% C 粉、0.91%Cr-Fe 粉末(折合 0.5%0)、0.5%]?〇粉、0.46%?6：^15粉(折合0.25%八1)、及余量 的Fe粉，混合濕磨，濕磨混合料經(jīng)噴霧干燥、壓制成型，然后壓坯經(jīng)1435Γ真空液相燒結(jié)后 獲得TiC-Fe-Cr-Mo-Al-C鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其中粘結(jié)相重量百分比為50%。其具體制備參數(shù)見 表1，其顯微組織、粘結(jié)相能譜照片、斷裂韌性、硬度分別見圖2a、圖2b、圖3a、圖3b。
[0025] 實施例2:根據(jù)圖1所示流程，按照混合原料粉末的重量百分比，將50 %TiC、 0.315%C粉、2.83%Cr-Fe 粉末（折合1.5%Cr)、1.5%Mo 粉、2.06%Fe2Al5 粉（折合1.13% A1)、及余量的Fe粉，混合濕磨，濕磨混合料經(jīng)噴霧干燥、壓制成型，然后壓坯經(jīng)1430°C真空 液相燒結(jié)后獲得!1(：4 6-(>-1〇41-(：鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其中粘結(jié)相重量百分比為50%。其具體 制備參數(shù)見表1，其顯微組織、粘結(jié)相能譜照片、斷裂韌性、硬度分別見圖2a、圖2b、圖3a、圖 3b 〇
[0026] 本發(fā)明的實施例3~9的制備工藝流程如圖1所示，其具體工藝參數(shù)詳見表1，與現(xiàn) 有技術(shù)方案相比，本申請的方案制備的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的硬度和斷裂韌性明顯提高(淬火+回 火態(tài)）。
[0027]表1本發(fā)明的制備參數(shù)表
[0029]雖然說明書已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍 的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落 入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【主權(quán)項】
1. 一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，由硬質(zhì)相和粘結(jié)相組成，硬質(zhì)相為TiC，占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的 10~50%;所述粘結(jié)相為(：、0、1〇^1與？6的組合，(：、0、1〇)1元素分別占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總 重的百分比為:C:0.25~0.69%，Cr :0.5~4.5%，Mo:0.5~4.5%，A1:0.25~3.6% ;余量為 Fe〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于:所述硬質(zhì)相TiC占鋼結(jié)硬質(zhì)合金 總重的50% ;所述C、Cr、Mo、Al元素分別占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的百分比為：C:0.25~ 0.385%，Cr:0.5~2.5%，Μ〇:0·5~2.5%，Α1:0·25~2.0% ;余量為Fe。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于:所述硬質(zhì)相TiC占鋼結(jié)硬質(zhì)合金 總重的30% ;所述C、Cr、Mo、Al元素分別占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的百分比為：C:0.35~ 0.441%，Cr:0.7~3.5%，Μ〇:0·7~3.5%，Α1:0·35~2.8% ;余量為Fe。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于:所述硬質(zhì)相TiC占鋼結(jié)硬質(zhì)合金 總重的10% ;所述C、Cr、Mo、Al元素分別占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的百分比為：C:0.45~ 0.693%，Cr:0.9~4.5%，Μ〇:0·9~4.5%，Α1:0·45~3.6% ;余量為Fe。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，依次包括以下步驟： (1) 配料:選取形成硬質(zhì)相的、占總原料粉末總重的10~50 %的TiC粉末，余量由C粉、Mo 粉、Fe2Al5預(yù)合金粉末、Cr-Fe粉末和Fe粉組成粘結(jié)相原料粉末;所述Cr-Fe粉末中Cr的質(zhì)量 百分含量為50~55%;所述粘結(jié)相原料粉末中，C、Cr、Mo、Al元素分別占總原料粉末總重的 百分比為：C:0.25~0.69%，Cr:0.5~4.5%，Μ〇:0·5~4.5%，Α1:0·25~3.6% ;余量為Fe; (2) 將上述形成硬質(zhì)相與形成粘結(jié)相的原料粉末濕磨混合、噴霧干燥、壓制成型形成壓 坯； (3) 然后壓坯經(jīng)1415Γ~1435Γ真空液相燒結(jié)后，獲得一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其中粘結(jié)相 占鋼結(jié)硬質(zhì)合金總重的重量百分比為50%~90%。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述配料中TiC粉末 占總原料粉末總重為50%，所述Cr-Fe粉末中Cr的質(zhì)量百分含量為50~55% ;所述粘結(jié)相原 料粉末中，C、Cr、Mo、A1元素分別占總原料粉末總重的百分比為:C: 0.25~0.385%，Cr: 0.5 ~2·5%，Mo:0·5~2·5%，A1:0·25~2·0% ;余量為Fe;所述燒結(jié)溫度為1425~1435°C ;獲得 的結(jié)硬質(zhì)合金中粘結(jié)相的重量百分比為50%。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述配料中TiC粉末 占總原料粉末總重為30%，所述Cr-Fe粉末中Cr的質(zhì)量百分含量為53~55% ;所述粘結(jié)相原 料粉末中，C、Cr、Mo、A1元素分別占總原料粉末總重的百分比為:C: 0.35~0.441 %，Cr: 0.7 ~3·5%，Mo:0·7~3·5%，A1:0·35~2·8% ;余量為Fe;所述燒結(jié)溫度為1420~1430°C ;獲得 的結(jié)硬質(zhì)合金中粘結(jié)相的重量百分比為70%。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述配料中TiC粉末 占總原料粉末總重為10%，所述Cr-Fe粉末中Cr的質(zhì)量百分含量為50~54.9% ;所述粘結(jié)相 原料粉末中，C、Cr、Mo、A1元素分別占總原料粉末總重的百分比為：C: 0.45~0.693%，Cr: 0.9~4.5%，]?〇:0.9~4.5%41:0.45~3.6%;余量為卩6 ;所述燒結(jié)溫度為1410~1425°(：; 獲得的結(jié)硬質(zhì)合金中粘結(jié)相的重量百分比為90%。
【文檔編號】C22C38/12GK105970064SQ201610081245
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年2月4日
【發(fā)明人】龍堅戰(zhàn), 陸必志, 夏艷萍, 謝英
【申請人】株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司