CN103725944A - 一种硬质合金和工件表面硬质合金层的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硬质合金和工件表面硬质合金层的制造方法，硬质合金为以碳化物陶瓷颗粒为基质添加上金属粘结剂有机混合而成，碳化物陶瓷颗粒为WC、TiC、B4C、SiC中的一种或几种的混合物，金属粘结剂为Co、Ni、Mo、Fe基合金粉、Ti中的一种或几种的混合物，碳化物陶瓷颗粒所占的比例为30%-95%，金属粘结剂所占的比例为70%-5%。工件表面硬质合金层的制造方法：步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；步骤二，将均匀混合的碳化物陶瓷颗粒和金属粘合剂制备成焊条；步骤三，将焊条焊接到工件表面。在工件的外表面焊接的合金层，确保焊接材料与工件基体的冶金结合，保证结合强度，成倍增长焊后工件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质合金和工件表面硬质合金层的制造方法。
背景技术
目前钢铁冶金、水泥、矿山机械、石油钻探等行业中，由于部分工件在使用的过程中会彼此产生较大的摩擦，有的机械需要浸泡在腐蚀的液体中，所以工件的表面在使用的过程中会出现损耗，长期的磨损和腐蚀会严重影响机械的使用性能和使用寿命。所以，在使用的过程中会彼此产生较大的摩擦和需要浸泡在腐蚀液的工件的表面会添加上合金层以强化工件的表面强度，从而减少工件的消耗。常用的耐磨件是采用常规的热处理，如渗碳、渗氮或碳氮共渗，表面淬火或者采用铸压等处理工艺在工件的表面添加，这些处理方式均需要比较专业或者大型的设备才能实现，设备要求高，且常规热处理方式会因为基础材料或工件尺寸的不同而有不同的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硬质合金和工件表面硬质合金层的制造方法，设备要求低且操作简单，主要在常规合金元素基体中添加硬质相，进行强化，成倍增长焊后工件的使用寿命。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种硬质合金，所述的硬质合金为以碳化物陶瓷颗粒为基质添加上金属粘结剂有机混合而成，所述碳化物陶瓷颗粒为WC、TiC、B4C、SiC中的一种或几种的混合物，所述金属粘结剂为Co、Ni、Mo、Fe基合金粉、Ti中的一种或几种的混合物，所述碳化物陶瓷颗粒所占的比例为30%-95%，所述金属粘结剂所占的比例为70%-5%。
进一步，所述硬质合金中采用的碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂的粒度要求为：WC:75-150μm，465-520μm两种规格；TiC:2.5-3μm，30-70μm两种规格；B4C：<1μm，45-60μm两种规格；SiC:1-4μm，50-80μm两种规格；Co:30-75μm；Mo:30-75μm；Ni：30-75μm；Fe基合金粉：40-85μm；Ti：40-85μm。
本发明所述硬质合金具有以下优选方案，其组成成分的质量配比为：
（1）WC50%-80%，Co20%-30%，Mo0-20%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的10%-90%；
（2）WC30%-80%,Ni15%-40%,Mo5%-30%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的10%-90%；
（3）TiC40-95%，金属粘结剂Fe-Ni-Ti5-60%，其中，粘结剂中各成份的配比：Fe50-80%，Ni20-50%，Ti0-10%，2.5-3μmTiC占整个TiC粉末的10-90%；
（4）B4C30%-70%,Ni0.5-8%，Mo0.5-8%，Fe-Ti29-54%（Fe30-90%，Ti10-70%），其中，<1μmB4C占整个B4C粉末的10%-90%；
（5）SiC30-80%，Co10-50%，Mo10%-20%，其中，1-4μmSiC占整个SiC粉末的10%-90%。
一种工件表面硬质合金层的制造方法，包括以下步骤：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按质量分数为30%-95%碳化物陶瓷颗粒和70%-5%金属粘结剂混合，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条焊接到工件表面形成硬质合金层。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤三中的焊接方式为火焰焊接或等离子焊接或气焊。
进一步，所述步骤二中科直接通过喷焊将混合均匀的碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂粉末焊接在工件表面形成硬质合金层。
本发明的有益效果是：采用高温熔覆焊接的形式制备硬质合金层，可以实现硬质合金层与工件的冶金结合，从而可以实现较大厚度硬质合金层的制备，同时保证合金层与工件之间的结合强度；该发明是制备工件表面的硬质合金层，与整个工件采用硬质合金材料相比，大大节约了制造成本；设备简单，操作方便，可以直接在工件表面直接焊接硬质合金层，硬质合金层具有可修复性，在焊接熔覆过程中产生的气孔以及成品使用过程中出现的磨损可以重熔进行二次修复。
附图说明
图1为本发明一种工件表面硬质合金层的制造方法的流程图；
图2为本发明一种硬质合金的金相图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明一种工件表面硬质合金层的制造方法的流程图，一种工件表面硬质合金层的制造方法，包括以下步骤：步骤一S01，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；步骤二S02，按质量分数为30%-95%碳化物陶瓷颗粒和70%-5%金属粘结剂混合，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；步骤三S03，将混合均匀的碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂焊接到工件表面形成硬质合金层。
图2为本发明一种硬质合金的金相图，所述的硬质合金为以碳化物陶瓷颗粒为基质添加上金属粘结剂有机混合而成，所述碳化物陶瓷颗粒为WC、TiC、B4C、SiC中的一种或几种的混合物，所述金属粘结剂为Co、Ni、Mo、Fe基合金粉、Ti中的一种或几种的混合物，所述碳化物陶瓷颗粒所占的比例为30%-95%，所述金属粘结剂所占的比例为70%-5%。
实施例1：
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：WC50%，Co30%，Mo20%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的10%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例2：
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：WC80%，Co20%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的90%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例3：
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：WC65%，Co25%，Mo10%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的50%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例4
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：WC80%,Ni15%,Mo5%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的90%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例5
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：WC30%,Ni40%,Mo30%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的10%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例6
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：WC50%,Ni30%,Mo20%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的60%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例7
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：TiC40%，金属粘结剂Fe-Ni-Ti60%，其中，粘结剂中各成份的配比：Fe50%，Ni50%，其中2.5-3μmTiC占整个TiC粉末的10%；
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例8
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：TiC95%，金属粘结剂Fe-Ni-Ti5%，其中，粘结剂中各成份的配比：Fe80%，Ni20%，Ti10%，2.5-3μmTiC占整个TiC粉末的90%；
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例9
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：TiC70%，金属粘结剂Fe-Ni-Ti30%，其中，粘结剂中各成份的配比：Fe65%，Ni30%，Ti5%，2.5-3μmTiC占整个TiC粉末的70%；
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例10
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：B4C30%,Ni8%，Mo8%，Fe-Ti54%（Fe30%，Ti70%），其中，<1μmB4C占整个B4C粉末的10%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例11
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：B4C70%,Ni0.5%，Mo0.5%，Fe-Ti29%（Fe90%，Ti10%），其中，<1μmB4C占整个B4C粉末的90%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例12
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：B4C50%,Ni5%，Mo5%，Fe-Ti40%（Fe70%，Ti30%），其中，<1μmB4C占整个B4C粉末的60%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例13
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：SiC30%，Co50%，Mo20%，其中，1-4μmSiC占整个SiC粉末的90%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例14
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：SiC80%，Co10%，Mo10%%，其中，1-4μmSiC占整个SiC粉末的10%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
实施例15
本实施例的硬质合金的各个组分质量配比为：SiC50%，Co35%，Mo15%，其中，1-4μmSiC占整个SiC粉末的50%。
按以下工艺制造工件表面硬质合金层：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按上述比例均匀混合碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条通过火焰焊接的方式焊接到工件表面形成硬质合金层。
相对于其他耐磨材料所处理的合金层使用效果，以及实施工艺而言，本发明所涉及的超硬耐磨材料具有以下特点：
（1）操作简单，仅需在工件表面进行普通常规焊接即可，而硬质合金需要经过压制、预烧结、高温烧结等步骤，操作复杂，设备要求高。
（2）经济效益显著，在同等条件下，实现同样厚度的合金层处理，价格仅为硬质合金的四分之一左右。
（3）耐磨性能超强，利用该材料处理的合金层耐磨性能是一般合金层寿命的两倍以上（普通硬质合金硬度为HV700-1200，我们获得的硬质合金硬度为HV2100-2300）。
（4）合金层厚度可控，焊接合金层的厚度可随意设计（普通硬质合金的尺寸为提前设计好不可随意更改，并且一般为模具制作，我们的可焊接硬质合金可以随意焊接每层可控制为1mm-3mm，且可以逐层堆焊大于80mm），可以根据工件工作时的磨损情况等因素焊接合理厚度的合金层，如：在无缝钢管的外表面焊接3毫米至5毫米的合金层，在镀锌沉没辊的外表面焊接5毫米至10毫米的合金层等。而常规的热处理方式会因为基体材料或工件尺寸的不同而有不同的限制，有效深度受限。
（5）合金层可修复，超硬合金层是采用焊接方式处理的，如局部出现失效后，可通过焊接进行修复，恢复正常使用要求。
本方法中的焊接方法主要是采用硬钎焊的工艺进行，合理利用钎焊的低温熔点优点，降低焊接过程中，硬质合金相的烧损、分解等，同时焊材中添加的低熔点合金又可以保证焊接材料与基体冶金结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硬质合金，其特征在于，所述的硬质合金为以碳化物陶瓷颗粒为基质添加上金属粘结剂有机混合而成，所述碳化物陶瓷颗粒为WC、TiC、B4C、SiC中的一种或几种的混合物，所述金属粘结剂为Co、Ni、Mo、Fe基合金粉、Ti中的一种或几种的混合物，所述碳化物陶瓷颗粒所占的比例为30%-95%，所述金属粘结剂所占的比例为70%-5%。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金中采用的碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂的粒度要求为：WC:75-150μm，465-520μm两种规格；TiC:2.5-3μm，30-70μm两种规格；B4C：<1μm，45-60μm两种规格；SiC:1-4μm，50-80μm两种规格；Co:30-75μm；Mo:30-75μm；Ni：30-75μm；Fe基合金粉：40-85μm；Ti：40-85μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金组成成分的质量配比为：WC50%-80%，Co20%-30%，Mo0-20%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的10%-90%。
4.根据权利要求1或2所述的一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金组成成分的质量配比为：WC30%-80%,Ni15%-40%,Mo5%-30%，其中75-150μmWC占整个WC粉末的10%-90%。
5.根据权利要求1或2所述的一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金组成成分的质量配比为：TiC40-95%，金属粘结剂Fe-Ni-Ti5-60%，其中，粘结剂中各成份的配比：Fe50-80%，Ni20-50%，Ti0-10%，2.5-3μmTiC占整个TiC粉末的10-90%。
6.根据权利要求1或2所述的一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金组成成分的质量配比为：B4C30%-70%,Ni0.5-8%，Mo0.5-8%，Fe-Ti29-54%（Fe30-90%，Ti10-70%），其中，<1μmB4C占整个B4C粉末的10%-90%。
7.根据权利要求1或2所述的一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金组成成分的质量配比为：SiC30-80%，Co10-50%，Mo10%-20%，其中，1-4μmSiC占整个SiC粉末的10%-90%。
8.一种工件表面硬质合金层的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，对工件表面进行砂轮打磨或喷砂处理；
步骤二，按质量分数为30%-95%碳化物陶瓷颗粒和70%-5%金属粘结剂混合，采用有机粘结剂将硬质合金粉制备成细长型的焊条；
步骤三，将焊条焊接到工件表面形成硬质合金层。
9.根据权利要求5所述的一种工件表面硬质合金层的制造方法，其特征在于，所述步骤三中的焊接方式为火焰焊接或等离子焊接或气焊。
10.根据权利要求5所述的一种工件表面硬质合金层的制造方法，其特征在于，所述步骤二中科直接通过喷焊将混合均匀的碳化物陶瓷颗粒和金属粘结剂粉末焊接在工件表面形成硬质合金层。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |