CN104388798B - 一种wc系钢结硬质合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种WC系钢结硬质合金，硬质相WC为65～85 wt%，粘结相高锰钢为15～35 wt%，合金成分与重量百分比分别为：W 61～80wt%、Mn 2.2～5.1wt%、Ni 0.6～1.5wt%、Cr 0.5～1.5wt%、Mo 0.4～1.0wt%、C 4.0～6.0wt%，Fe为余量。本发明通过添加Cr、Mo等合金元素，达到净化晶界和强化粘结相，提高两相结合强度作用，从而达到提高合金强度和硬度的目的，实现了合金性能的提升，获得产品孔隙率低、表面质量好，其强度、硬度高，具有很好的耐磨性。

Description

一种 WC 系钢结硬质合金
技术领域
本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种WC系钢结硬质合金。
背景技术
钢结硬质合金（简称钢结合金）作为一种新型工程材料，兼有碳化物的硬度和耐磨性以及钢的良好力学性能，是介于硬质合金与工具钢之间的工具材料。钢结合金的性能特点是在保持高硬度和耐磨性的基础上，较大幅度地提高了强度和韧性，综合性能好，适于较大冲击负荷条件下使用。钢结合金由于含有大量弥散分布的高硬度硬质相，其耐磨性可以与高钴硬质合金接近，但与硬质合金相比，具有较好的韧性，且成本低，适用范围更广；与高合金模具钢相比，其具有较高的弹性模量、耐磨性、抗压强度和抗弯强度。
钢结合金按硬质相种类主要分为WC系和TiC系两大类，并且硬质相正在向多样化的方向不断发展，粘结相的钢种也不断扩大，有合金钢、工具钢、高锰钢和不锈钢等多个钢种。传统钢结合金的硬质相含量一般不超过50%，来保证合金具有可加工性和热处理性的同时保证一定的耐磨性。但近年来，钢结合金硬质相范围不断扩宽，向硬质合金领域延伸，尽量提高硬质相的含量，在保证合金足够的强度的情况下尽量提高其耐磨性，目前硬质相含量最高可达94%，但是低粘结相WC系钢结硬质合金的研究存在较多技术难点，在硬度提高方面一直未能取得较大进展。
专利号分别为201310192940.0和200910242568.3的两项涉及钢粘结相的WC基钢结合金专利中，其硬质相的重量百分比含量≤50%，应用多为模具材料领域；专利“WC系无磁性钢结硬质合金材料”（CN 1548567A）公开了一种以高锰钢为粘结相的WC系钢结硬质合金材料，其硬质相WC重量百分比为75~90%，粘结相高锰钢25.0~10.0%；其中Mn:14.0~18.0%，Ni:3.0~6.0%，C:0.9~1.9%，Fe为余量。该合金属于高锰钢基钢结硬质合金，具有较高的硬度，烧结态硬度达到HRA81.5~82.5，经加工硬化后硬度HRA84~86，该发明材质硬度偏低，与传统WC-Co类硬质合金存在较大差距，无法胜任钎片和铲雪片等领域使用要求。
发明内容
针对现有的技术问题，本发明提供一种WC系钢结硬质合金，孔隙度低，具有更高的硬度和耐磨性。
本发明的技术方案为：一种WC 系钢结硬质合金，硬质相WC为65～85 wt%，粘结相高锰钢为15～35 wt%，合金成分与重量百分比分别为：W 61～80wt%、Mn 2.2～5.1wt%、Ni 0.6～1.5wt%、Cr 0.5～1.5wt%、Mo 0.4～1.0wt%、C 4.0～6.0wt%，Fe为余量。
配料时选用WC粉、Cr3C2粉、Ni粉、Mo粉、锰铁粉和Fe粉。原料重量百分比为分别为：WC粉 65～85%，Cr3C2粉 0.6～1.6%，Ni 粉0.6～1.5%，Mo粉 0.4～1.0%，锰铁粉 2.8～6.5%，C粉 0.3～1.0%，余量为Fe粉。
优选原料重量百分比为分别为：WC粉70~80%，Cr3C2粉0.9~1.4%、Ni粉0.8~1.3%、Mo粉0.5~0.7%、锰铁粉3.7~5.5%、炭黑0.4~0.6%，余量为Fe粉。
优选所述Cr3C2粉的粒度≤1.0μm。
上述WC 系钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：按所述成分和重量百分比配料、球磨、压制成型、烧结。
产品烧结时的接触材料为氧化锆或氧化铝，其可以做成板材，也可以涂层在石墨舟皿上使用，烧结温度1290～1360℃，保证烧结产品的表面质量，变形量小。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用WC作为硬质相，高锰钢为粘结相，通过添加Cr、Mo等合金元素强化粘结相，净化晶界，提高两相间的结合强度，从而达到提高合金强度和硬度的目的，实现了合金性能的提升，制得的钢结硬质合金孔隙率低（孔隙度可达A02B00）、强度高（抗弯强度＞1950MPa）、硬度高（烧结态硬度即可达HRA86以上），表面质量好，具有很好的耐磨性。
2.本发明的钢结合金采用锰铁粉和Fe粉来作为粘结相，在确保合金性能的同时，降低了生产成本，且锰铁粉的加入百分比为2.8～6.5%，Mn含量不高，不影响合金的孔隙度。
3.本发明的钢结合金产品比重轻，兼具钢结合金的耐磨性、和硬质合金的高硬度，在钎片、铲雪片等领域可替代硬质合金。
附图说明
图1为本发明合金100倍金相。
图2为本发明合金微观组织1000倍金相照片。
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65%的WC，1.6% 的Cr3C2粉、1.5% 的Ni、0.8%的Mo、6.5%的锰铁粉、0.7%的炭黑和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金棒为研磨体，球料比为4:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1300℃下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高尺寸精度的钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
实施例2：将重量百分比为70%的WC，1.4% 的Cr3C2粉、1.3% 的Ni、0.7%的Mo、5.5%的锰铁粉、0.6%的炭黑和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金棒为研磨体，球料比为4:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1320℃下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高尺寸精度的WC系钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
实施例3：将重量百分比为75%的WC，1.2% 的Cr3C2粉、0.9% 的Ni、0.6%的Mo、4.6 %的锰铁粉、0.5%炭黑和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金棒为研磨体，球料比为4:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1360℃下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高尺寸精度的钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
实施例4：将重量百分比为80%的WC，0.9%的Cr3C2粉、0.8% 的Ni、0.5%的Mo、3.7%的锰铁粉、0.4%的炭黑和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金棒为研磨体，球料比为4.5:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1340℃下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高尺寸精度的钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
实施例5：将重量百分比为85%的WC，0.7% 的Cr3C2粉、0.6% 的Ni、0.4%的Mo、2.8 %的锰铁粉、0.3%炭黑和余量的铁等几种粉末按要求配料，以硬质合金棒为研磨体，球料比为4:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1360℃下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高尺寸精度的钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
表 1 实施例制备的钢结合金的性能
抗弯强度，MPa 硬度，HRA 孔隙度
实施例1 2250 86.5 A02B00
实施例2 2140 87.4 A02B00
实施例3 2200 88.8 A02B00
实施例4 2260 89.6 A02B00
实施例5 1980 90.8 A04B00

Claims (5)

1.一种WC 系钢结硬质合金，其特征在于硬质相WC为65～85 wt%，粘结相高锰钢为15～35 wt%，合金成分与重量百分比分别为：W 61～80wt%、Mn 2.2～5.1wt%、Ni 0.6～1.5wt%、Cr 0.5～1.5wt%、Mo 0.4～1.0wt%、C 4～6wt%，Fe为余量；原料重量百分比为分别为：WC粉 65～85%，Cr3C2粉 0.6～1.6%，Ni 粉0.6～1.5%，Mo粉 0.4～1.0%，锰铁粉 2.8～6.5%，C粉 0.3～1.0%，余量为Fe粉；所述Cr3C2粉的粒度≤1.0μm；该合金制备时烧结温度为1290～1360℃。
2.根据权利要求1所述的WC 系钢结硬质合金，其特征在于：原料重量百分比为分别为：WC粉70~80%，Cr3C2粉0.9~1.4%、Ni粉0.8~1.3%、Mo粉0.5~0.7%、锰铁粉3.7~5.5%、炭黑0.4~0.6%，余量为Fe粉。
3.一种权利要求1或2所述WC 系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：按所述成分和重量百分比配料、球磨、压制成型、烧结。
4.根据权利要求3所述的WC 系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于产品烧结时的接触材料为氧化锆或氧化铝。
5.根据权利要求3所述的WC 系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于烧结温度1290～1360℃。
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