CN102230119B

CN102230119B - TiC系钢结硬质合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102230119B
Application number: CN 201110170310
Authority: CN
Inventors: 徐雄亮; 武文花
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: CN102230119A

Abstract

本发明公开了一种耐磨性高、变形小的TiC系钢结硬质合金及其制备方法，其成分与重量百分比分别为：Ti40%~56%，C10%~14%，Mn4.2%~7.2%，Ni1.0%~2.0%，Mo0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，余量为铁；本发明的TiC系钢结硬质合金扩大应用领域，其制备配料时选用TiC粉、锰铁粉、Ni粉、Mo粉、铬粉和铁粉，重量百分比分别为：TiC50%~70%，锰铁粉5.5%~9.0%，Ni1.0%~2.0%，Mo0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，余量为铁；烧结接触材料采用氧化锆或氧化铝舟皿；通过添加稀土，孔隙度达到A04B02以下，进一步提高了其综合性能。

Description

TiC系钢结硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种TiC系钢结硬质合金及其制备方法。

背景技术

钢结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，钢结合金的发展正在向两头延伸：一头向硬质合金领域延伸；另一头向粉末冶金铁基制品领域延伸。钢结合金与普通硬质合金及高速钢的界限在逐渐消失，并逐步占据普通硬质合金和高速钢之间的区间，市场份额越来越大。

钢结硬质合金按硬质相种类主要分为WC系和TiC系两大类合金。高锰钢钢结合金是TiC系钢结合金的一大分支，主要应用于矿山工具、工程机械等领域，其主要成分为TiC、锰铁、Ni、Mo和铁。如专利“TiC 系无磁钢结硬质合金材料”（CN 1548568A）公开了一种TiC 系无磁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TiC40.0~60.0，高锰钢粘结相60.0~40.0，其中锰14.0~18.0，Ni1.5~3.0，Mo1.0~3.0，C0.7~1.2，铁为余量。该合金类似于常规高锰钢钢结合金牌号TM52、TM60，主要用于竖井钻机。上述TiC系钢结合金中TiC含量一般在50%以下，合金孔隙度在A04B04以上，硬度在87HRA以下。一般采用氧化镁团粒作烧结工序的接触材料，这样烧出来的产品，表面粗糙，变形量大，尺寸精度难于保证。由于现有TiC系钢结合金普遍存在着孔隙度大、变形大，耐磨性偏低等缺陷，不能很好地应用于刀片和耐磨零件等标准件，制约了其应用领域的扩展。

发明内容

本发明旨在提供耐磨性高、变形小的TiC系钢结硬质合金及其制备方法，扩大该类合金的应用领域，并进一步降低孔隙度，提高其综合性能。

为了达到此目的，本发明的TiC系钢结硬质合金，其成分与重量百分比分别为：Ti 40%~56%，C 10%~14% ，Mn 4 .2%~7.2%，Ni 1.0%~2.0%，Mo 0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，余量为铁；其制备主要包括配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型、烧结，其特征在于：配料时选用TiC粉、锰铁粉、Ni粉、Mo粉和铁粉，且重量百分比分别为：TiC50%~70%，锰铁粉5.5%~9.0%，Ni1.0%~2.0%，Mo0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，余量为铁；烧结接触材料采用氧化锆或氧化铝舟皿。

为进一步提高了TiC系钢结硬质合金综合性能，作为改进，其成分与重量百分比分别为：Ti 40%~56%，C 10%~14%， Mn 4.2%~ 7.2%，Ni1.0%~2.0%，Mo 0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，稀土元素0.05 %~0.15 %，余量为铁；其制备主要包括配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型、烧结，其特征在于：配料时选用TiC粉、锰铁粉、Ni粉、Mo粉、铁粉和稀土元素，且重量百分比分别为：TiC50%~70%，锰铁粉5.5%~9.0%，Ni1.0%~2.0%，Mo0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，稀土元素0.05 %~0.15 %，余量为铁；烧结接触材料采用氧化锆或氧化铝舟皿。

所述稀土元素为Y、Ce或La。

本发明通过提高TiC的含量和添加适量铬粉，使TiC系钢结硬质合金硬度达到了87HRA以上，显著提高了合金的耐磨性。

通过改变接触材料，以氧化锆或氧化铝舟皿替代氧化镁团粒，减小了烧结收缩过程中接触材料对产品的摩擦，使合金的表面质量达到与常规硬质合金相近的水平，基本上没有什么变形。

而通过添加稀土，改善了铁对TiC的润湿性，使TiC系钢结硬质合金的孔隙度达到A04B02以下，进一步提高了其综合性能。

附图说明

图1是本发明的TiC系钢结硬质合金的典型金相照片（1500×）。

具体实施方式

实施例1：将重量百分比（即wt%，以下实施例均相同）为50%的TiC（即50wt%的TiC）、9wt%的锰铁粉、 2wt%的Ni、1wt%的Mo、1.5wt%的Cr和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金球为研磨体，球料比为5:1，以酒精为介质湿磨36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，以氧化锆舟皿为接触材料，在1380℃下烧结保温1小时后随炉冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结合金。其成分和重量百分比为：Ti 40.0%，Mn 7.2%，Ni 2.0%，Mo 1%，Cr 1.5%，C 10.0%，余量为铁。

实施例2：将70wt%的TiC、5.5wt%的锰铁粉、1.0wt%的Ni、0.5wt%的Mo、0.5wt%的Cr和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金球为研磨体，球料比为5:1，以酒精为介质湿磨36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，以氧化铝舟皿为接触材料，在1400℃下烧结保温1小时后随炉冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结合金。其成分和重量百分比为：Ti 56.0%，Mn 4.2%，Ni 1.0%，Mo 0.5%，Cr 0.5%，C 14.0%，余量为铁。

实施例3：将50wt%的TiC、9wt%的锰铁粉、 2wt%的Ni、1wt%的Mo、1.5wt%的Cr、0.05wt %的稀土La和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金球为研磨体，球料比为5:1，以酒精为介质湿磨36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，以氧化锆舟皿为接触材料，在1380℃下烧结保温1小时后随炉冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结合金。其成分和重量百分比为：Ti 40.0%，Mn 7.2%，Ni 2.0%，Mo 1.0%，Cr 1.5%，C 10.0%，La 0.05%，余量为铁。

实施例4：将60wt%的TiC、7wt%的锰铁粉、 1.5wt%的Ni、0.8wt%的Mo、1wt%的Cr、0.1 wt %的稀土Y和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金球为研磨体，球料比为5:1，以酒精为介质湿磨36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，以氧化锆舟皿为接触材料，在1390℃下保温1小时后自然冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结合金。其成分和重量百分比为：Ti 48.0%，Mn 5.5%，Ni 1.5%，Mo 0.8%，Cr 1.0%，C 12.0%，Y 0.1%，余量为铁。

实施例5：将70wt%的TiC、5.5wt%的锰铁粉、1.0wt%的Ni、0.5wt%的Mo、0.5wt%的Cr、0.15 wt %的稀土Ce和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金球为研磨体，球料比为5:1，以酒精为介质湿磨36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，以氧化铝舟皿为接触材料，在1390℃下保温1小时后自然冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结合金。其成分和重量百分比为：Ti 56.0%，Mn 4.2%，Ni 1.0%，Mo 0.5%，Cr 0.5%，C 14.0%，Ce 0.15%，余量为铁。

表1

	抗弯强度(Mpa)	硬度(HRA)	密度(g/cm³⁾	金相组织
					实施例1	1550	87.5	5.95	A04B02C00E00
实施例2	1200	91.5	5.52	A04B04C00E00
					实施例3	1690	87.8	5.93	A02B00C00E00
实施例4	1500	89.5	5.72	A02B00C00E00
					实施例5	1250	91.0	5.51	A04B00C00E00
TM52	1620	85.8	6.20	A04B04C00E00
					YT5	1560	90.5	12.98	A04B02C00E00

实施例1~实施例5的方法制备的TiC系钢结硬质合金的典型金相照片见图1，其与常规TM52、 YT15硬质合金的物理性能和组织见表1。

用本发明方法实施例5制得的TiC系钢结硬质合金刀片切削45^#钢材，当转速为210转/分（约线速100米/分）时，其使用寿命超过常规的YT5硬质合金。

Claims

1.一种TiC系钢结硬质合金，其成分与重量百分比分别为：Ti 40%~56%，C 10%~14% ，Mn 4 .2%~7.2%，Ni 1.0%~2.0%，Mo 0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，余量为铁；其制备主要包括配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型、烧结，其特征在于：配料时选用TiC粉、锰铁粉、Ni粉、Mo粉和铁粉，且重量百分比分别为：TiC50%~70%，锰铁粉5.5%~9.0%，Ni1.0%~2.0%，Mo0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，余量为铁；烧结接触材料采用氧化锆或氧化铝舟皿。

2.一种TiC系钢结硬质合金，其成分与重量百分比分别为：Ti 40%~56%，C 10%~14%， Mn 4.2%~ 7.2%，Ni1.0%~2.0%，Mo 0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，稀土元素0.05 %~0.15 %，余量为铁；其制备主要包括配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型、烧结，其特征在于：配料时选用TiC粉、锰铁粉、Ni粉、Mo粉、铁粉和稀土元素，且重量百分比分别为：TiC50%~70%，锰铁粉5.5%~9.0%，Ni1.0%~2.0%，Mo0.5%~1.0%，Cr0.5%~1.5%，稀土元素0.05 %~0.15 %，余量为铁；烧结接触材料采用氧化锆或氧化铝舟皿。

3.根据权利要求2所述的TiC系钢结硬质合金，其特征在于：所述稀土元素为Y、Ce或La。