CN104561724A - 高硬度高耐磨性钢结硬质合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其硬质相为48.0%~62.0%,粘结相为52.0%~38.0%,粘结相主要由12.0%~19.0%的Mn、0.8%~1.8%的Ni、0.8%~1.4%的Mo、0.7%~1.2%的C,以及余量为Fe及其它不可避免的杂质≤0.5%组成。硬质相由TiC和B4C构成。通过添加粉末粒径≤0.5μm、质量分数为2.0%~8.0%的B4C,填充了粗颗粒TiC的间隙,既阻止TiC晶粒长大,又提高硬质合金的硬度。另通过改变粘结相的合金成分,控制了粘结金属的流失,无需水韧处理就能获得烧结态为奥氏体初晶的高性能硬质合金,合金的强度≥1800MPa,密度5.8g/cm3,硬度由HRC60-62提高到HRC68~70,是一种低密度高性能合金。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域,特别涉及制备高硬度高耐磨性钢结硬质合金。
背景技术
在钢结硬质合金中,按其粘结相基体成分来分,有合金工具钢钢结硬质合金、不锈钢钢结硬质合金、高速钢和高锰钢钢结硬质合金等。如果按硬质相分,有TiC系和WC系两大类钢结硬质合金。同样高锰钢结硬质合金也就有TiC系和WC系两大类。国内外研究得较多的是TiC系钢结硬质合金,占据市场份额较大的和应用范围较宽的也是TiC系钢结硬质合金。原因是TiC资源丰富,价格低廉,密度也紧为WC的三分之一,在硬质相等同的情况下,TiC系钢结硬质合金所制作的耐磨零部件就是WC系钢结合金的二倍多。所以我国目前市场上用量最大的是TiC系钢结硬质合金,而且是含锰钢结硬质合金居首位。
高锰钢结硬质合金属于单相奥氏体材料,目前我国市场上销售的其成分和性能仍然是《钢结硬质合金》一书中所表述的TM60和TM52两个牌号。虽然有足够的强度和加工硬化效果,但硬度仍显偏低,如TM52的硬度只有HRC60-62,在某些工况条件下耐磨性不够,使得工程技术人员不得不去选择昂贵的WC-Co硬质合金。TM52是上世纪80年代的老产品,其成分的质量百分比为:硬质相TiC40.0%-60.0%,粘结相60.0%-40.0%,其中粘结相Mn8.0%-10.0%,C0.8%-1.2%,Ni0.6%-2.0%,Mo0.6%~2.0%,Fe为余量的合金。这一合金在成分设计上存在缺陷。其一,硬质相成分单一,易于使TiC颗粒聚集长大,产生邻接,使合金变脆,硬度也不均匀;其二,粘结相的成分缺陷是贵金属含量高,Mn量的设计也不合理易挥发,使粘结金属容易流失,成分产生偏析,造成组织疏松,孔隙率增加。它的烧结态组织为TiC+珠光体+碳化物,水韧处理后才能得到奥氏体组织,甚至也不是均匀的奥氏体组织,严重影响了合金质量和使用范围,也浪费大量的能源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硬度高耐磨性钢结硬质合金材料。
针对现有TM52高锰钢结硬质合金存在的技术问题,本发明旨在改变硬质相单一化的均匀结构,添加一种比TiC颗粒细得多的硬质相,形成非均匀结构的双硬质相合金,使之在组织上具有大的填充密度,阻止TiC晶粒的长大和邻接,达到提高强度和硬度,以及提高耐磨性的目的。在粘结相中也改变了部分元素含量,为的是解决成分偏析,降低孔隙率,不需热处理,烧结出炉产品就是均匀的奥氏体初晶,实现制备出高硬度高耐磨性钢结硬质合金。
本发明提供的高硬度高耐磨性钢结硬质合金。其中硬质相48.0%-62.0%,粘结相52.0%-38.0%,所述粘结相主要由12.0%-19.0%的Mn、Ni、Mo、C,Fe为余量及其不可避免的杂质≤0.5组成。
所述硬质相主要由TiC和B4C构成双相硬质相合金,且所述硬质相总量为48.0%-62.0%。
所述硬质相48.0%-62.0%中,B4C应为总量硬质相的2.0%-8.0%,且所述B4C粉末粒径小于等于0.5μm。
所述粘结相中Ni和Mo的含量分别为0.8%-1.8%和0.8%~1.4%。
所述C的含量为0.7%-1.2%。
所述余量为Fe粉,其它不可避免的杂质小于等于0.5%。
本发明提供的所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金,通过添加硬度仅似于金刚石,熔点高达2350℃的B4C细颗粒,能起到填充粗颗粒TiC的间隙,改善组织结构状态,阻止TiC晶粒长大,既提高合金的硬度,又使硬度更均匀化。无需水韧处理也能使合金的硬度从HRC60-62提高到HRC68-70,相当于WC-Co硬质合金YG11C的硬度,增硬效果明显。
本发明所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金,通过改变粘结相成分,控制Mn的挥发,不造成粘结金属流失,实现烧结态合金为奥氏体初晶,不需水韧处理抗弯强度可达到1800MPa以上,奥氏体组织均匀,孔隙率降低,明显提高合金强度和硬度,也使硬度更均匀。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案:
在本实施例中,本发明具体提供了一种高硬度高耐磨性钢结硬质合金,包括硬质相TiC+B4C的质量百分比组成为48.0%-62.0%,粘结相为52.0%-38.0%,其所述粘结相主要由12.0%-19.0%的Mn,0.8%-1.8%的Ni,0.8%-1.4%的Mo,0.7%-1.2%的C,余量为Fe粉和其它不可避免的杂质小于等于0.5构成。其中所述杂质是在材料粉末中不可避免的Si、Ca、S、P、O等元素。
所述硬质相的共同含量为48.0%-62.0%,且所述硬质相B4C应为总量硬质相的2.0%-8.0%,B4C粉末粒径≤0.5μm。
所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金在实施过程中,按上述质量百分比计算各组元含量,然后称重,按下述工艺制备:配料计算→湿磨混料→过滤烘干→掺胶制粒→压制成型→真空烧结→产品检验→包装出厂。
本发明提供的所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金,通过添加高硬度、高熔点细晶粒的B4C粉末,能有效地起到填充粗颗粒TiC的间隙,形成非均匀结构的组织状态,阻止了TiC晶粒的长大和邻接,提高了合金硬度,也使硬度更均匀化。无需水韧处理,烧结态合金的硬度由HRC60-62提高到HRC68-70。同时通过改变粘结相成分,控制锰的挥发,不造成粘结金属流失,实现烧结态合金为奥氏体初晶,而不是水韧处理后的奥氏体组织,且抗弯强度能达到1800MPa以上。
由上述工艺制取的高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其烧结出炉后的毛坯或产品的硬度能达到HRC68-70,抗弯强度≥1800MPa,密度5.8g/cm3,说明改变硬质相和粘结相的配比后,比传统配比的合金性能更好,更耐磨。
以上对本发明进行了示例性的描述,显然实现本发明并不受上述方式的限制,只要采用了本发明技术方案进行的各种改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用的情况,例如改用WC、ZrC、VC、Cr33C2、TiN、NbC和TiB2等硬质相,均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其特征在于,包括48.0%-62.0%的硬质相、52.0%-38.0%的粘结相,所述粘结相主要由12.0%-19.0%的Mn、Ni、Mo、C及余量为Fe和其它不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其特征在于,所述硬质相主要由TiC和B4C的共同质量百分比为48.0%-62.0%构成。
3.根据权利要求2所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其特征在于,所述B4C的质量百分比为硬质相总量的2.0%-8.0%。所述硬质相B4C的粉末粒径小于等于0.5μm。
4.根据权利要求1所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其特征在于,所述粘结相中的Ni和Mo的质量百分比分别为0.8%-1.8%和0.8%-1.4%。
5.根据权利要求1所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其特征在于,所述粘结相C的质量百分比含量为0.7%-1.2%。
6.根据权利要求1所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其特征在于,所述Fe为余量。
7.根据权利要求1所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金,其特征在于,所述不可避免的杂质含量应小于等于0.5%。
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