CN104342592B - 一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料 - Google Patents

一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料 Download PDF

Info

Publication number
CN104342592B
CN104342592B CN201410513583.8A CN201410513583A CN104342592B CN 104342592 B CN104342592 B CN 104342592B CN 201410513583 A CN201410513583 A CN 201410513583A CN 104342592 B CN104342592 B CN 104342592B
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
carbide
iron
powder
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410513583.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104342592A (zh
Inventor
陈文�
方哲成
郭志猛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAIWU JINWEI NEW MATERIALS Co Ltd
Original Assignee
LAIWU JINWEI NEW MATERIALS Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAIWU JINWEI NEW MATERIALS Co Ltd filed Critical LAIWU JINWEI NEW MATERIALS Co Ltd
Priority to CN201410513583.8A priority Critical patent/CN104342592B/zh
Publication of CN104342592A publication Critical patent/CN104342592A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104342592B publication Critical patent/CN104342592B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/10—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on titanium carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor

Abstract

本发明公开了一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料，包括碳化钛和铁基粘结相，碳化钛的重量百分含量为55～65％，铁基粘结相的重量百分含量为35～45％；其中铁基粘结相的组分包括：C：0.2～0.6％，Cr：1.5～4％，Mn：0.8～1.8％，Mo：2.0～4.0％，Ni：2～8％，Cu：0.5～2.0％，合金添加剂：0～1.01％，余量为Fe；其制备方法，通过将原料粉末按优化的比例充分混合，得到混合粉末，经过湿磨→过滤干燥→冷等静压成形→真空烧结→热处理，得到所需要的模具材料。本发明的高碳化钛钢结硬质合金只采用正火热处理硬度达到HRA87以上，强度高，满足常温以及高温模具材料的使用性能。

Description

一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料
技术领域
本发明属于粉末冶金制品用模具材料制备技术领域，具体涉及一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料。
背景技术
随着我国制造业的转型升级，粉末冶金制品行业得到快速发展，特别是铁基制品已经达到年产量数十万吨。铁基制品主要以模压成型为主，需要消耗大量模具材料。由于合金工具钢和合金模具钢材料本身的限制，其耐磨性能较差，模具使用寿命短，导致粉末冶金制品行业单位产品模具费用居高不下。目前常用的钨钴类硬质合金、钨钴钛类硬质合金具有硬度高、耐磨性好的特点，已广泛用于粉末冶金制品行业，但是，由于其含钨高，材料密度大，材料成本和制造成本都使得粉末冶金制品这个大批量生产的微利行业难以承受。
钢结硬质合金是介于工模具钢和硬质合金之间的新型工程材料，其硬度和耐磨性与某些硬质合金牌号相近，又具有工模具钢的可机械加工、热处理、锻造和焊接等特点。近年来，钢结硬质合金与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的种类主要分为WC系和TiC系两大类合金。目前市场上的碳化钛钢结合金模具材料，TiC含量一般在40％以下(如我国碳化钛钢结合金GT35和R5两种牌号的TiC含量分别为35％和45％)。这类合金烧结后必须经过锻造和复杂的热处理工艺，而且成品率低、制造成本高，该材料的退火态硬度低于50HRC，难以满足高温需求，未能广泛推广使用。
对于TiC含量超过50％以上的钢结合金，由于烧结孔隙率难以降低，强度低，脆性大等原因，至今国内外尚未有得到模具材料上实际应用的报道。
发明内容
本发明针对现有粉末冶金制品用模具材料存在的缺陷，旨在提供一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料。
本发明所要解决的技术问题是，针对高碳化钛钢结硬质合金制备中存在的孔隙率高，脆性大，强度低等技术难题，本发明以优质相图和固溶理论为指导，通过铁基粘结相的合金设计，优选微量合金元素V、B和稀土元素配方，改善碳化钛和铁基粘结相润湿性，抑制烧结过程中碳化钛晶粒长大，减少烧结体的孔隙率，提高了铁基粘结相与碳化钛的结合强度，研究出一种性能优越的高碳化钛钢结硬质合金材料和制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料，包括碳化钛和铁基粘结相，碳化钛的重量百分含量为55～65％，铁基粘结相的重量百分含量为35～45％；其中铁基粘结相的组分包括：C：0.2～0.6％，Cr：1.5～4％，Mn：0.8～1.8％，Mo：2.0～4.0％，Ni：2～8％，Cu：0.5～2.0％，合金添加剂：0～1.01％，余量为Fe。
所述的合金添加剂为B、V或稀土元素中的一种或几种，其重量百分含量通常情况下为B:0～0.01％，V：0～0.5％，稀土元素：0～0.5％，所述的稀土元素为La、Ce、Nd、E或Y中的一种或几种。
本发明碳化钛钢结硬质合金模具材料，所述的Fe为还原铁粉和羰基铁粉，还原铁粉与羰基铁粉的质量比为4:1。
本发明所述的碳化钛钢结硬质合金模具材料，其原料粉末为市售的碳化钛粉、铁粉、锰铁粉、铬铁粉、镍粉、钼粉、电解铜粉、石墨粉、硼铁粉、钒铁粉和稀土粉。
本发明所述的碳化钛钢结硬质合金模具材料，其制备方法包括以下步骤：将原料粉末按优化的比例充分混合，得到混合粉末，经过湿磨→过滤干燥→冷等静压成形→真空烧结→热处理，得到所需要的模具材料。
本发明采用冷等静压成型的方法，其压坯密度达到78％以上，用于解决高碳化钛钢结合金混料粉的难成型以及大尺寸压坯脱胶中增碳、变形问题。
本发明所述的热处理为正火处理，具体为加热到奥氏体化温度1020～1080℃后空冷，获得马氏体或贝氏体基体组织，硬度达到HRA87以上。
本发明的有益效果为：1)本发名的高碳化钛钢结合金烧结体不进行淬火处理即可硬度达到HRA85以上，满足高温模具材料的使用性能；2)钢中添加的微量合金元素，改善碳化钛和铁基粘结相润湿性，抑制烧结过程中碳化钛晶粒长大，减少烧结体的孔隙率，提高了铁基粘结相与碳化钛的结合强度。在钢结硬质合金中添加的B元素，提高碳化钛与铁基粘结相晶界结合力，并提高铁基粘结相的淬透性；V元素，降低高温下TiC在液相中的固溶度，抑制TiC晶粒长大，并提高铁基粘结相的强度、屈服比和低温韧性；稀土元素，改善碳化钛的润湿性，减少合金烧结孔隙率；3)本发明的高碳化钛钢结合金，不需要锻造和淬火处理，成品率能达到90％以上，能达到硬质合金模具材料的力学性能，并且比钨钴类硬质合金具有性价比高的优势，因此可替代钨钴类硬质合金模具。
附图说明
图1为实施例1所制备的高碳化钛钢结合金材料的1500倍金相图；
图2为实施例2所制备的高碳化钛钢结合金材料的1500倍金相图。
具体实施方式
实施例1
将重量百分比为55.0％的碳化钛，45％的铁基粘结相按要求配料，铁基粘结相成分为C：0.55％，Cr：3.5％，Mn：0.9％，Mo：3.0％，Ni：3.4％，Cu：0.80％，Fe余量，其中Fe由80％还原铁粉和20％羰基铁粉组成。以轴承钢球为研磨体，球料比4:1，湿磨36小时后卸料，进行真空干燥，然后用冷等静压机压制成型，在1420℃真空烧结1小时，最后1050℃保温1小时后空冷，得到所需要的TiC钢结硬质合金材料。其金相图见图1，性能见表1。
实施例2
将重量百分比为55.0％的碳化钛，45％的铁基粘结相按要求配料，铁基粘结相成分为C：0.55％，Cr：3.5％，Mn：0.9％，Mo：3.0％，Ni：3.4％，Cu：0.80％，合金添加剂：0.63％，Fe余量，其中合金添加剂由0.01％B、0.25％V和0.27％稀土组成，稀土由La、Ce、Nd、E和Y组成，Fe由80％还原铁粉和20％羰基铁粉组成。以轴承钢球为研磨体，球料比4:1，湿磨36小时后卸料，进行真空干燥，然后用冷等静压机压制成型，在1420℃真空烧结1小时，最后1050℃保温1小时后空冷，得到所需要的TiC钢结硬质合金材料。其金相图见图2，性能见表1。
实施例3
将重量百分比为65.0％的碳化钛，35％的铁基粘结相按要求配料，铁基粘结相成分为C：0.4％，Cr：1.5％，Mn：0.9％，Mo：3.6％，Ni：5.4％，Cu：0.8％，合金添加剂：0.68％，Fe余量，其中合金添加剂由0.01％B、0.25％V和0.42％稀土组成，稀土La、Ce和Nd组成，Fe由80％还原铁粉和20％羰基铁粉组成。以轴承钢球为研磨体，球料比4:1，湿磨45小时后卸料，进行真空干燥，然后用冷等静压机压制成型，在1420℃真空烧结1小时，最后1070℃保温1小时后空冷，得到所需要的TiC钢结硬质合金材料。其性能见表1。
表1.实施例制备的TiC钢结硬质合金的物理性能
实施例1 实施例2 实施例3
硬度，HRA 87.0 87.5 91.0
抗弯强度，MPa 1240 1850 1620
密度，g/cm3 5.94 6.15 5.87
金相 A08B08 A02B02 A04B02
金相照片 图1 图2 -
综上所述，由图1与图2对比可知，添加合金添加剂B、V和稀土的合金组织结构均匀，不形成TiC晶粒桥接，有明显的晶粒细化效果，并且由表1可知，添加B、V和稀土的合金孔隙率明显降低，提高烧结密度，大幅度改善抗弯强度。
以上实施例仅是用于帮助理解本发明的核心思想和方法，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改或等同变化，均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料，包括碳化钛和铁基粘结相，其特征在于：所述的碳化钛的重量百分含量为：55～65％，铁基粘结相的重量百分含量为35～45％；所述的铁基粘结相的组分包括：C：0.2～0.6％，Cr：1.5～4％，Mn：0.8～1.8％，Mo：2.0～4.0％，Ni：2～8％，，Cu：0.5～2.0％，合金添加剂：0～1.01％，余量为Fe；
该模具材料通过将原料粉末按比例充分混合，得到混合粉末，经过湿磨→过滤干燥→冷等静压成形→真空烧结→热处理，得到所需要的模具材料；所述的热处理为正火处理，具体为加热到奥氏体化温度1020～1080℃后空冷，获得马氏体或贝氏体基体组织；
所述的合金添加剂为B、V和稀土元素中的一种或几种，其重量百分含量为：B：0～0.01％，V：0～0.5％，稀土元素：0～0.5％。
2.根据权利要求1所述的硬质合金模具材料，其特征在于：所述的稀土元素为La、Ce、Nd、E或Y中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的硬质合金模具材料，其特征在于：所述的Fe为还原铁粉和羰基铁粉，还原铁粉与羰基铁粉的质量比为4:1。
4.根据权利要求1所述的硬质合金模具材料，其特征在于：该模具材料压坯密度≥78％。
CN201410513583.8A 2014-09-29 2014-09-29 一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料 Active CN104342592B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410513583.8A CN104342592B (zh) 2014-09-29 2014-09-29 一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410513583.8A CN104342592B (zh) 2014-09-29 2014-09-29 一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104342592A CN104342592A (zh) 2015-02-11
CN104342592B true CN104342592B (zh) 2017-03-22

Family

ID=52499037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410513583.8A Active CN104342592B (zh) 2014-09-29 2014-09-29 一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104342592B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106868385A (zh) * 2017-02-09 2017-06-20 江苏汇诚机械制造有限公司 一种高强韧高耐磨TiC/TiN钢结硬质合金的制备方法
CN106801190A (zh) * 2017-02-09 2017-06-06 江苏汇诚机械制造有限公司 一种高强韧高锰钢基vc钢结硬质合金的制备方法
CN106591665A (zh) * 2017-02-11 2017-04-26 丹阳惠达模具材料科技有限公司 一种vc‑vn中合金热作模具钢基钢结硬质合金的制备方法
CN106811650A (zh) * 2017-02-11 2017-06-09 丹阳惠达模具材料科技有限公司 一种vc‑vn中合金冷作模具钢基钢结硬质合金的制备方法
CN106591669A (zh) * 2017-02-11 2017-04-26 丹阳惠达模具材料科技有限公司 一种vc工具钢基钢结硬质合金的制备方法
CN106591673A (zh) * 2017-02-11 2017-04-26 丹阳惠达模具材料科技有限公司 一种TiC耐腐蚀塑料钢基钢结硬质合金的制备方法
CN111187961B (zh) * 2020-02-28 2021-09-28 宝山钢铁股份有限公司 一种热镀产线锌锅辊用整体轴套及其制造方法
CN112195388B (zh) * 2020-09-23 2022-02-18 湖南省冶金材料研究院有限公司 一种碳化钛基复合材料及其制备方法
CN112301295B (zh) * 2020-10-28 2022-06-14 常熟市电力耐磨合金铸造有限公司 一种钢结硬质合金及其制备方法和应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1336519A (en) * 1971-08-07 1973-11-07 Deutsche Edelstahlwerke Gmbh Sealing device
DE2435577A1 (de) * 1974-07-24 1976-02-12 Deutsche Edelstahlwerke Ag Schweisszusatzwerkstoff
US4156606A (en) * 1976-11-18 1979-05-29 Thyssen Edelstahlwerke Ag Hard-material alloy for use in tool parts and parts subject to wear
FR2465790A1 (fr) * 1979-09-18 1981-03-27 Thyssen Edelstahlwerke Ag Alliage de materiau dur a liant d'acier de grande resistance a l'usure
CN102230119A (zh) * 2011-06-23 2011-11-02 株洲硬质合金集团有限公司 TiC系钢结硬质合金及其制备方法
CN102383022A (zh) * 2011-11-14 2012-03-21 王华彬 高TiC含量铁基金属陶瓷材料的燃烧合成制备方法
CN102492887A (zh) * 2011-12-26 2012-06-13 株洲硬质合金集团有限公司 一种TiC系钢结硬质合金及其制造方法
CN103627943A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 株洲硬质合金集团有限公司 一种TiC系钢结硬质合金

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1336519A (en) * 1971-08-07 1973-11-07 Deutsche Edelstahlwerke Gmbh Sealing device
DE2435577A1 (de) * 1974-07-24 1976-02-12 Deutsche Edelstahlwerke Ag Schweisszusatzwerkstoff
US4156606A (en) * 1976-11-18 1979-05-29 Thyssen Edelstahlwerke Ag Hard-material alloy for use in tool parts and parts subject to wear
FR2465790A1 (fr) * 1979-09-18 1981-03-27 Thyssen Edelstahlwerke Ag Alliage de materiau dur a liant d'acier de grande resistance a l'usure
CN102230119A (zh) * 2011-06-23 2011-11-02 株洲硬质合金集团有限公司 TiC系钢结硬质合金及其制备方法
CN102383022A (zh) * 2011-11-14 2012-03-21 王华彬 高TiC含量铁基金属陶瓷材料的燃烧合成制备方法
CN102492887A (zh) * 2011-12-26 2012-06-13 株洲硬质合金集团有限公司 一种TiC系钢结硬质合金及其制造方法
CN103627943A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 株洲硬质合金集团有限公司 一种TiC系钢结硬质合金

Also Published As

Publication number Publication date
CN104342592A (zh) 2015-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104342592B (zh) 一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料
CN100441711C (zh) 高强度粉末冶金伞齿轮的制造方法及用于该方法的渗铜剂
CN101748302B (zh) 金刚石工具用预合金化粉末及其制造方法
CN105695837B (zh) 一种WC‑Ni细晶硬质合金的制备方法
US20050274222A1 (en) Method for making sintered body with metal powder and sintered body prepared therefrom
CN105950935A (zh) 冷镦成形紧固件用硬质合金模具材料及其制备方法
CN104451322A (zh) 一种碳化钨基硬质合金及其制备方法
CN101967593A (zh) 含有稀土的超细晶粒硬质合金材料及其制备方法
TW201107495A (en) High strength low alloyed sintered steel
CN109365822B (zh) 一种利用粉末冶金制备的手术器械及生产工艺
CN101658930B (zh) 一种高压缩性烧结硬化用水雾化钢铁粉及生产方法
CN105312556A (zh) 一种金刚石工具用超细高抗弯强度合金粉末及其制备方法
CN110358960B (zh) 一种高强高韧Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法
CN107557704A (zh) 一种热作模具材料及其制备方法
CN110480022B (zh) 一种FeNiCuSn预合金粉末、制备方法及应用
CN102839315A (zh) 一种纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金
CN102773483B (zh) 一种粉末冶金制截止阀阀座的方法
CN102049523A (zh) 易切削水雾化钢铁粉末及其制造方法
CN102773482B (zh) 一种粉末冶金制蝶阀阀杆的方法
CN104372234B (zh) 高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料及其制备方法
CN104073723A (zh) 一种制造高密度零件的粉末冶金材料及其加工工艺
CN104745850B (zh) 一种TiCN基钢结硬质合金及其制备方法及其应用
US9005519B2 (en) Powder metallurgical material, production method and application thereof
CN108085576A (zh) 一种钢结TiCN基硬质合金的制备方法
CN102766794B (zh) 一种微合金化高耐磨性钢结硬质合金

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant