CN104131206A - 碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硬质合金技术领域，具体公开了一种碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，由如下重量百分比的成分制成：TiC 39.5％～45.5％，TiCN 9％～15％，WC 4.5％～10.5％，MoC 2％～5％，Ni33％～39％。本发明同时公开了前述碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料的制备方法。本发明的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，通过筛选各组成及其含量，耐磨性及红硬性均有效提高，显著延长了导轮的使用寿命，且组成成分简单，磨加工余量小，生产成本可控。

Description

碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法

技术领域

本发明属于硬质合金技术领域，特别涉及一种碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法。

背景技术

导轮是冶金工业中高速线材设备中的关键部件之一，它的功能是把经轧制的钢质线材，在线材温度基本没有降低的条件下，迅速传输至出料端，以便顺利卷成圆盘存放和运输。目前，大多数导轮是铸钢材质制造而成。近年来，围绕提高导轮寿命问题，本领域技术人员开展了不少改善导轮铸钢材质的研究。由于对导轮材质的改善性研究，大都没有脱离铸钢材质本身，因此，虽小有成效，但没有从根本上解决现有导轮使用寿命短、易积屑瘤、需要频繁停机更换等问题。特别是在国内外高速线材(简称高线)越来越快的轧制速度条件下，至今仍在生产线上广泛使用的合金铸钢材质导轮，其材质与高速轧制钢材的要求不匹配的问题十分突出。

因此，是否可以突破传统材料，将新型硬质合金材料应用于高速线材导轮材料中，是本领域期待解决但一直尚未解决的问题。目前已有关于碳氮化钛基金属陶瓷应用于刀具材料的报道，例如专利CN 102864357A。该专利公开了一种纳米碳化硼和氮化硼颗粒复合增强碳氮化钛基金属陶瓷材料，应用于工具材料领域。与其他现有技术的碳氮化钛基硬质合金相同，这些材料存在如下问题：(1)成分复杂，含有TaC、或纳米材料或稀土金属等，导致制备工艺复杂且成本很高；(2)TiN含量高，在真空烧结时TiN于1250℃就形如分解，释放出N₂,导致最终合金孔隙度高，机械性能差。同时，导轮与切削工具还存在如下区别：导轮处于不匀速转动的高温工作状态，导轮仅需较低的启动动能即可高速旋转；而刀具材料不考虑该因素；导轮需要依靠自身材质的“非亲和性”达到不积屑瘤的效果，而刀具材料通常是依靠断屑槽的设计达到排屑、不积瘤的效果。这些区别导致用于切削工具的材料不宜直接应用于高速线材的导轮。

发明内容

本发明的主要目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，由如下重量百分比的成分制成：

TiC 39.5％～45.5％，TiCN 9％～15％，WC 4.5％～10.5％，MoC 2％～5％，Ni33％～39％。

本发明的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，通过筛选碳氮化钛基硬质合金的各组成及其配比，包括：降低了TiCN的组分，加入MoC成分，不使用TaC、或纳米材料或稀土金属等，本发明的碳氮化钛基硬质合金材料，不仅有效提高了高速线材导轮的耐磨性、红硬性，且材料成分相对简单，提高耐磨性的同时节约了成本，并进一步有效控制了制备过程中的合金碳平衡，改善了硬质合金显微组织结构中的芯-环结构，在增加粘结相与硬质相的结合强度的同时，还能减少热裂纹的产生，有利于导轮综合使用性能的提升。

作为优选，前述的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，由如下重量百分比的成分制成：

TiC 40％～43％，TiCN 10～14％，WC 5％～9％，MoC 2％～5％，Ni35％～38％。

作为进一步优选，前述的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，由如下重量百分比的成分制成：

TiC 42.5％，TiCN 12％，WC 7.5％，MoC 2％，Ni 36％。

通过优选本发明的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料的各成分含量，本发明的硬质合金材料性能进一步提高。

作为本发明的第二个目的，本发明提供前述的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：按配方量配制原料粉末，混合得混合料；

步骤(2)：加入石蜡成型剂，混合料球磨；

步骤(3)：过筛、干燥，压制成型；

步骤(4)：真空烧结，得到碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料。

本发明的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料的制备方法，生产出尺寸接近最终成品尺寸的导轮毛坯，经过磨削加工到最终尺寸精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，通过筛选各组成及其含量，材料的耐磨性及红硬性均有效提高，显著延长了导轮的使用寿命，达到现有导轮材料使用寿命12倍以上；

二、本发明的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，通过控制TiCN的含量，用TiCN取代部分TiC，有效改善了硬质合金的显微组织机构，组织结构均匀；

三、本发明的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，加入MoC，通过Mo₂C+C-----MoC的平衡反应，有利于合金碳平衡的控制，提高了硬质合金性能；且通过TiCN和MoC含量的筛选，改善了合金显微组织结构中的芯-环结构，富含W、Mo的环形结构中的壳层均匀、在增加粘结相与硬质相的结合强度的同时，又能减少热裂纹的产生，有利于硬质合金综合性能的进一步提升；

四、本发明的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，成分组成简单，不使用现有刀具材料专利技术中的TaC、稀有金属、纳米材料等组成成分，且毛坯可以一次成形至最终尺寸的98％，在有效延长导轮寿命的基础上，进一步降低了制造成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1本实施例为碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法

组成及配比(重量百分比)：

TiC 42.5％，TiCN 12％，WC 7.5％，MoC 2％，Ni 36％

制备方法：

步骤(1)：按以上配比进行配料，将各原料粉末依次加入球磨机中；

步骤(2)：加入石蜡成型剂，用量为混合料重量的3.5％，将混合料放入球磨机中进行湿磨，以直径6.35mm硬质合金合金球为球磨介质，球磨时间为72小时；

步骤(3)：球磨后的浆料过300目筛，于100℃温度下干燥8小时，干燥后将粉末放于模具中，压制成型；

步骤(4)：真空烧结，真空度为10-20Pa，得到碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料。

得到的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，进行少量磨削精加工，得到高速线材导轮。

经检测，得到的材料硬度为HRA85.5,密度6.32g/cm3,TRS:2250N/mm2。用于高速线材轧制生产，连续24小时后仍完好如初，是现有在用导轮寿命的12倍。

实施例2本实施例为碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法

组成及配比(重量百分比)：

TiC 43％，TiCN 10％，WC 9％，MoC 2％，Ni 36％

制备方法：

步骤(1)：按以上配比进行配料，将各原料粉末依次加入球磨机中；

步骤(2)：加入石蜡成型剂，用量为混合料重量的3.5％，将混合料放入球磨机中进行湿磨，以直径6.35mm硬质合金合金球为球磨介质，球磨时间为72小时；

步骤(3)：球磨后的浆料过300目筛，于100℃温度下干燥8小时，干燥后将粉末放于模具中压制，直接成型为导轮形状；

步骤(4)：真空烧结，真空度为10-20Pa，得到碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料。

将得到的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料进行少量磨削精加工，得到高速线材导轮。经检测，得到的材料硬度为HRA85.8,密度6.42g/cm3,TRS:2300N/mm2。。

实施例3本实施例为碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法

组成及配比(重量百分比)：

TiC 40％，TiCN 14％，WC 5％，MoC 5％，Ni 36％

制备方法：

步骤(1)：按以上配比进行配料，将各原料粉末依次加入球磨机中；

步骤(2)：加入石蜡成型剂，用量为混合料重量的3.5％，将混合料放入球磨机中进行湿磨，以直径6.35mm硬质合金合金球为球磨介质，球磨时间为72小时；

步骤(3)：球磨后的浆料过300目筛，于100℃温度下干燥8小时，干燥后将粉末放于模具中，压制成型；

步骤(4)：真空烧结，真空度为10-20Pa，得到碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料。

对得到的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料进行少量磨削精加工，得到高速线材导轮。经检测，得到的材料硬度为HRA85.0,密度6.32g/cm3,TRS:20500N/mm2。

实施例4本实施例为碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法

组成及配比(重量百分比)：

TiC 45.5％，TiCN 9％，WC 10.5％，MoC 2％，Ni 33％

制备方法：

步骤(1)：按以上配比进行配料，将各原料粉末依次加入球磨机中；

步骤(2)：加入石蜡成型剂，用量为混合料重量的3.5％，将混合料放入球磨机中进行湿磨，以直径6.35mm硬质合金合金球为球磨介质，球磨时间为72小时；

步骤(3)：球磨后的浆料过300目筛，于100℃温度下干燥8小时，干燥后将粉末放于模具中，压制成型；

步骤(4)：真空烧结，真空度为10-20Pa，得到碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料。

对得到的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料进行少量磨削精加工，得到高速线材导轮。经检测，得到的材料硬度为HRA87.0,密度6.4g/cm3,TRS:1950N/mm2。。

实施例5本实施例为碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料及其制备方法

组成及配比(重量百分比)：

TiC 39.5％，TiCN 15％，WC 4.5％，MoC 5％，Ni 36％

制备方法：

步骤(1)：按以上配比进行配料，将各原料粉末依次加入球磨机中；

步骤(2)：加入石蜡成型剂，用量为混合料重量的3.5％，将混合料放入球磨机中进行湿磨，以直径6.35mm硬质合金合金球为球磨介质，球磨时间为72小时；

步骤(3)：球磨后的浆料过300目筛，于100℃温度下干燥8小时，干燥后将粉末放于模具中，压制成型；

步骤(4)：真空烧结，真空度为10-20Pa，得到碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料。

对得到的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料进行少量磨削精加工，得到高速线材导轮。经检测，得到的材料硬度为HRA87.5,密度6.30g/cm3,TRS:1900N/mm2。

Claims (4)

1.碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，其特征在于，由如下重量百分比的成分制成：

TiC 39.5％～45.5％，TiCN 9％～15％，WC 4.5％～10.5％，MoC 2％～5％，Ni33％～39％。

2.根据权利要求1所述的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，其特征在于，由如下重量百分比的成分制成：

TiC 40％～43％，TiCN 10～14％，WC 5％～9％，MoC 2％～5％，Ni35％～38％。

3.根据权利要求2所述的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料，其特征在于，由如下重量百分比的成分制成：

TiC 42.5％，TiCN 12％，WC 7.5％，MoC 2％，Ni 36％。

4.权利要求1至3任一项所述的碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：按配方量配制原料粉末，混合得混合料；

步骤(2)：加入石蜡成型剂，混合料球磨；

步骤(3)：过筛、干燥，压制成型；

步骤(4)：真空烧结，得到碳氮化钛基硬质合金高速线材导轮材料。