CN104619869B - 一种制造耐磨组件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造耐磨组件的方法，其包括以下步骤：提供限定所述组件的至少一部分的模具；提供包含碳化钨第一粉末和钴基合金第二粉末的粉末混合物，其中所述粉末混合物包含30‑70体积％的所述碳化钨第一粉末和70‑30体积％的所述钴基合金第二粉末，并且所述钴基合金第二粉末包含20‑35重量％Cr、0‑20重量％W、0‑15重量％Mo、0‑10重量％Fe、0.05‑4重量％C，和余量的Co；其中，W和Mo的量满足要求4<W+Mo<20；用所述粉末混合物填充所述模具；使所述模具在预定温度、预定等静压力下经受热等静压(HIP)且持续预定时间以使得所述粉末混合物的粒子彼此冶金结合。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分制造耐磨组件的方法。本发明还涉及通过本发明方法获得的耐磨组件。
背景技术
金属基复合材料(MMC)是包含包埋在延性(ductile)金属相中的硬质粒子例如氮化物、碳化物、硼化物和氧化物的材料。通常，通过对硬质粒子和金属合金粉末的粉末共混物进行热等静压(HIP)来制造MMC组件。通过调节硬质粒子的体积份数相对于延性金属相的体积份数的比例可针对特定应用来调节所述MMC材料的特性。MMC材料通常用作各种应用、例如采矿中的耐磨材料。MMC作为耐磨材料的主要用途是用于防止磨粒磨损，即来自于滑过组件表面的粒子或主体的磨损。在研磨条件下，通常通过增加材料中的硬质粒子的体积份数来改进已知的MMC材料的耐磨性。
与已知MMC材料相关的问题是其相对低的耐侵蚀性。
侵蚀是常见的磨损机理，其中粒子流，例如砂和水的浆料，撞击组件的表面并从所述组件击出小块的材料。在侵蚀是主要磨损机理的条件下，磨损比其中磨耗占主导的条件下的磨损更复杂。这在一定程度上是由于，组件中材料的侵蚀率取决于侵蚀材料的碰撞角。通常，延性金属相在高碰撞角下表现更好，而硬质且相对脆性的硬质粒子在较低角度下表现更好。因此，耐侵蚀性取决于硬质相和延性相的单独的特性以及所述两相的组合。
因此，仅仅增加构成组件的前体粉末中的硬质粒子的体积份数未必导致所述组件的侵蚀性磨损降低。硬质相的增加将导致组件中的延性相较少，并且因此在高碰撞角下耐侵蚀性较低。
另一方面是，前体粉末中的硬质粒子的体积份数增加使得粉末更难以混合成其中大部分硬质粒子被延性金属粒子包围的均匀共混物。其结果是大部分的硬质粒子可能彼此接触，其又可产生互连碳化物的网状结构，从而使得MMC材料呈脆性并且容易受侵蚀。
过去已尝试通过使用激光束将硬质粒子粉末和钴基合金粉末熔融在组件表面上来实现组件上的耐磨性覆层(cladding)。[T.R Tucker等，Thin Solid Films(固体薄膜)118(1984)73-84“Laser-processed composite metal cladding for slurry erosionresistance”(用于浆料耐侵蚀性的激光处理的复合金属覆层)]。然而，基于激光的方法产生熔融相并且在凝固期间，合金元素的分离导致在覆层中出现不均匀和脆性的区域。此外，所述方法昂贵，耗时，受涂层厚度限制并且不适于制造大的耐磨组件。
因此，本发明的一个目的是提供改进的制造耐磨组件的方法。特别地，本发明的一个目的是提供制造具有改进的耐侵蚀性磨损的组件的方法。此外，本发明的一个目的是提供具成本效益的方法，其产生具有均匀的、即各向同性结构的耐磨组件。本发明的另一个目的是实现在侵蚀性条件下具有高耐磨性的组件。
发明内容
根据本发明的第一方面，上述目的中的至少一个是通过一种制造耐磨组件的方法来实现的，所述方法包括以下步骤：
-提供限定所述组件的至少一部分的模具；
-提供包含碳化钨第一粉末和钴基合金第二粉末的粉末混合物，其中所述粉末混合物包含30-70体积％的所述碳化钨第一粉末和70-30体积％的所述钴基合金第二粉末，并且其中所述钴基合金第二粉末包含20-35重量％Cr、0-20重量％W、0-15重量％Mo、0-10重量％Fe、0.05-4重量％C，和余量的Co；其中，W和Mo的量满足要求4<W+Mo<20；
-用所述粉末混合物填充所述模具；
-使所述模具在预定温度、预定等静压力下经受热等静压(HIP)且持续预定时间，以使得所述粉末混合物的粒子彼此冶金结合且在它们之间不存在残余孔隙度(residualporosity)。
由本发明的粉末混合物制造的热等静压组件展现非常高的耐侵蚀性以及耐磨粒磨损性。良好的耐磨性部分地取决于分布在组件中的来自第一粉末的相对大的碳化钨粒子。然而，据信，高的耐磨性并且特别是耐侵蚀性磨损性此外是由于钴基基质的变形硬化特性，以及在热等静压期间通过第一粉末的WC粒子与钴基合金粉末的合金元素之间的反应而在组件基质中形成的出乎意料量的小硬质碳化物，即尺寸为1-4μm。基质中另外的小的碳化物的存在保护钴基合金基质免于由于在高和低的碰撞角下撞击MMC材料的磨粒介质而受侵蚀。
这使得本发明方法非常适于制造经受侵蚀的组件，例如用于采矿工业中的组件。本发明方法的另一个优点是所制造的组件具有各向同性微观结构和各向同性特性。所制造组件的各向同性性质是由于在低于构成组件的材料的熔点的温度下进行的HIP方法。由于在HIP期间不存在熔融相，因此避免了由于合金元素分离或碳化钨粒子与金属合金之间的密度差异而造成的不均匀性。
附图说明
图1：根据第一优选实施方式利用本发明方法制造的MMC材料在500倍放大率下的SEM图像。
图2：根据第一优选实施方式的MMC材料在1500倍放大率下的SEM图像。
图3：根据第二优选实施方式的MMC材料在1500倍放大率下的SEM图像。
具体实施方式
定义
“粉末”是指小粒子的料体(volume)，即具有小于500μm的平均尺寸。
“粉末混合物”是指如下的料体，其包含至少两种不同组成的粒子，即第一组成的材料的粒子和第二组成的材料的粒子。在该粉末混合物中，不同材料的粒子是均匀共混的。
“各向同性微观结构”和“各向同性特性”是指整个制造的组件具有相同的微观结构和特性并且所述微观结构和所述特性在组件的所有方向上是相同的。
“WC”是指纯的碳化钨或浇铸共晶(cast eutectic)碳化物(WC/W2C)。
在本发明方法的第一步骤中，提供模具。所述模具，也可称为囊(capsule)或成型体(form)，限定最终组件的形状或轮廓的至少一部分。所述模具通常由焊接在一起的钢板、例如低碳钢制造。所述模具可限定整个组件。所述模具也可限定组件的一部分。当例如建筑钢的核具有耐磨覆层时，这是有利的。在这种情况下，所述模具限定组件的一个部分，即所述覆层，和所述核限定组件的另一部分。所述组件是例如用于采矿操作或矿石或浆料处理的组件。例如，破碎机齿或浆料处理管。然而，该组件显然可为任何类型的耐磨组件。
在第二步骤中，提供本发明的粉末混合物。
本发明的粉末混合物包含为碳化钨粒子(WC)粉末的第一粉末，这些粉末是可购得的，例如通过HC Starck和Treilbacher公司购得。在最终的热等静压组件中，碳化钨粉末提供硬质耐磨相，其保护组件不受在低碰撞角下撞击组件的侵蚀性材料影响。
本发明的粉末混合物还包含钴基合金第二粉末。在最终组件中，所述钴基合金第二粉末构成基质，即包围并包埋所述第一粉末的碳化钨粒子的材料。数种类型的钴基合金可用于本发明的粉末混合物中，然而，钴合金应含有形成碳化物的元素，例如铬、钨或钼。所述钴基合金可例如是与可购得的例如为Stellite 1号或Stellite 6号的StelliteTM型类似的任何合金。
与本发明粉末混合物的第一粉末的碳化钨的硬质粒子相比，所述钴基合金具延性。在所得MMC组件中，其提供低脆性和高韧性。
然而，在本发明粉末混合物中使用钴基合金的主要优点是，这些合金具有低堆垛层错能，其导致合金的适当的变形硬化特性。这被认为是钴基合金对侵蚀性介质在高碰撞角下具有良好耐侵蚀性的一个原因。
根据本发明的第一实施方式，本发明的粉末混合物包含钴基合金粉末，其含有20-35重量％Cr、0-20重量％W、0-15重量％Mo、0.5-4重量％C、0-10重量％Fe，和余量的Co和天然存在的杂质。应当选择W和Mo的量以使其满足表述5<W+Mo<20。
为了耐腐蚀性和为了确保通过与合金中的碳反应来形成硬质碳化铬，加入铬。为了形成碳化物和固溶强化(solid solution strengthening)，在合金中还包括钨和/或钼。
碳化物，即碳化铬、碳化钨和/或富钼碳化物增加延性钴相的硬度并且从而增加其耐磨性。然而，合金元素Cr、W和Mo的量过高可导致碳化物沉淀量过多，其降低了基质的延性。因此，优选的是这些元素以下列量存在于钴合金中：铬：20-35重量％或23-31重量％或25-30重量％或27-31重量％或27-29重量％。钨：0-15重量％或10-20重量％或12-18重量％或13-16重量％。钼：10-15重量％、12-15重量％或13-14重量％。
在根据第一实施方式的钴基合金中，碳的量可为：0.6-3.2重量％或0.7-3.0重量％或0.8-2.8重量％或1-2.6重量％或1.2至2.4重量％或1.4-2.2重量％或1.6-2.0重量％。
钼的原子量约为钨的原子量的三分之一，其导致三分之一的重量单位的钼可产生与整个一重量单位的钨相同量的碳化物。与包含钨的合金相比，钼的使用因此降低了粉末混合物的总成本，这是因为使用了较少的碳化物形成材料。钼可进一步增加耐腐蚀性和耐磨性。
为了稳定化合金的FCC晶体结构并因此增加合金的抗变形性，加入铁。然而，过高量的铁可不利地影响机械、腐蚀性和摩擦学特性。因此，铁应以下列量存在于钴合金中：0-10重量％或1-8重量％或1-4重量％或3-6重量％。
如将在“实施例部分”下所更详细描述的，在根据本发明第一实施方式包含钴基合金的热等静压MMC组件中已观察到非常好的耐侵蚀性以及耐磨性。据信，良好的耐侵蚀性部分地取决于钴基合金基质的变形硬化特性，而且也取决于在HIP期间由于第一粉末中的碳化钨粒子与组件基质相中的合金元素Cr、W和/或钼之间的反应而在钴基合金基质中形成的出乎意料的大量的小碳化物的存在。据信，非常大量的另外的小碳化物的形成与基质中存在的相对高量的合金元素有关。
根据第一实施方式的可选方案，所述钴基合金包含27-31重量％Cr、13-16重量％W、0重量％Mo、0-10重量％Fe、3.2-3.5重量％C，和余量的Co和天然存在的杂质。
根据第一实施方式的可选方案，所述钴基合金包含27-31重量％Cr、14-16重量％W、0重量％Mo、0-10重量％Fe和3.2-3.5重量％C，和余量的Co和天然存在的杂质。
根据第一实施方式的可选方案，所述钴基合金包含27重量％Cr、14重量％W、0重量％Mo、9重量％Fe和3.3％C，和余量的Co和天然存在的杂质。
根据第一实施方式的可选方案，所述钴基合金包含27-31重量％Cr、13-16重量％Mo、0重量％W、0-10重量％Fe、3.2-3.5重量％C，和余量的Co和天然存在的杂质。
根据本发明的第二实施方式，所述钴基合金包含：26-30重量％Cr、4-8重量％Mo、0-8重量％W、0.05-1.7重量％C，和余量的Co，其中W和Mo的量优选满足要求4<W+Mo<16。
根据本发明的第二实施方式的钴基合金的优点在于，相比于本发明的第一实施方式的钴合金，其是相对延性的。在最终的HIP组件中，良好的延性产生如下效果：当组件从HIP温度冷却时，钴合金基质可以吸收在碳化钨粒子周围形成的高应力。这导致在基质-碳化物界面中或接近于基质-碳化物界面处无裂纹形成，并且最终的组件因此得到高的耐磨性和增加的操作寿命长度。在制造具有相对厚的覆层的组件例如破碎机齿或浆料传送管时，这是特别有利的。在制造这些组件期间，由于覆层和基底的热膨胀差异，在覆层中可形成大的压应力。然而，利用根据本发明的第二实施方式的钴基合金制造的覆层具足够延性以吸收这些应力而不破裂。
此外在根据第二实施方式的材料中，通过钨粒子与钴基合金中的合金元素之间的反应形成另外的小碳化物。这些另外的小碳化物，尽管以相对小的量存在，但增加基质的耐磨性。然而，用根据第二实施方式的钴基基质制造的材料的另一个优点在于，相对延性的基质以可被描述为“粘性”的方式固定钨粒子。这预防了在操作期间浆料粒子从基质中除去钨粒子，其可为具有硬质和刚性基质的情况。
在根据第二实施方式的钴基合金中，铬的量可为27-29重量％或26-28重量％。钼的量可为5-7重量％。钨的量可为1-7重量％或2-6重量％或3-5重量％。碳的量可为0.1-1.5重量％或0.2-1.4重量％或0.3-1.3重量％或0.4-1.2重量％或0.5-1.1重量％或0.6-1.0重量％或0.7-0.9重量％或0.6至0.8重量％。
根据第二实施方式的可选方案，所述钴基合金包含：26-29重量％Cr、4.5-6重量％Mo、0.25-0.35重量％C，和余量的Co。
根据本发明的第二实施方式的钴基合金的实例是：29重量％Cr；4.5重量％Mo；0.35重量％C，和余量的Co。
在本发明的粉末混合物中，选择第一粉末和第二粉末的量以使得WC第一粉末构成所述粉末混合物的总体积的30-70％，并且钴基合金第二粉末构成所述粉末混合物的总体积的70-30％。例如，如果粉末混合物的总体积的30％由WC构成，则其余是70％的钴基合金粉末WC粉末。
WC粉末的量对于实现耐磨性以及对于通过与钴基合金反应而形成小的碳化物粒子是重要的。鉴于所讨论应用的磨损条件，选择第一粉末和第二粉末的精确量。然而，关于WC粉末，为了实现显著的耐磨性和为了确保通过与钴合金反应而形成小的碳化物粒子，最低可接受量是30体积％。WC粉末的量不应超过70体积％，因为那样的话所得MMC材料可变成脆性的。另外困难的是将超过70体积％的量的WC粉末与钴基粉末共混或混合至如下程度，其中硬质WC粒子的互连被最小化并且很大部分的WC粒子包埋在延性钴粉末中。
所述体积比率可例如是40体积％WC粉末和60体积％钴粉末，或50体积％WC粉末和50体积％钴粉末。
本发明粉末混合物中的粒子的尺寸是50-250μm。在由本发明粉末混合物制造的最终MMC组件中，重要的是将互连WC粒子的份数最小化以使得大部分的WC粒子被更具延性的钴基合金完全包埋或包围。从而确保在WC粒子与基质之间实现坚固结合并避免MMC的脆性。
为了实现此目的，第二粉末中的钴粒子的平均尺寸必须依赖于第一粉末中WC粒子的平均尺寸以及依赖于粉末混合物中WC粒子的体积份数进行选择。例如，在30体积％WC粉末和70体积％钴基合金的混合物中，WC粉末的粒子尺寸可为100-200μm，并且基质粉末的粒子尺寸可为45-95μm。为了避免最终组件中的分离问题，基质粉末的平均尺寸应小于WC粉末的平均尺寸的1/6。
所述WC粒子可具有球形形状。由于球形形状非常抵抗机械损伤，例如来自撞击在WC粒子上的浆料中的粒子的损伤，所以球形形状是有利的。因此，球形形状的WC粒子增加了由本发明粉末混合物制造的MMC组件的耐侵蚀性。
所述WC粒子也可具有多面体(facetted)形状。多面体粒子不如球形粒子坚固，因为当来自浆料粒子的粒子撞击多面体WC粒子时，多面体的边缘可能破裂。然而，多面体WC粒子相比于球形WC粒子可以较低成本获得并且多面体粒子的使用因此降低MMC组件的总成本。为了以比较低的成本实现具有比较高的耐磨性的组件，当然可以在本发明的粉末混合物中使用球形与多面体WC粒子。
尽管上文描述提及“第一粉末”和“第二粉末”，但显然本发明的粉末混合物也可包含另外的粉末，例如组成不同于第一粉末和第二粉末的组成的“第三粉末”。
在第三步骤中，将本发明的粉末混合物填充在模具中。在填充模具之前，将第一粉末与第二粉末共混成均匀的粉末混合物。由于最终组件的各向同性特性和微观结构取决于粉末混合物的同质性或均匀性，因此共混是重要的。
在填充后，将模具抽空并密封。其中通常将盖子焊接在模具上，通过盖子中的开口抽真空并且随后将盖子焊死。
在最后的步骤中，使填充的模具在预定温度、预定等静压力下经受热等静压(HIP)且持续预定时间，以使得所述粉末混合物的粒子彼此冶金结合。从而将成型体放置在通常称为热等静压腔(HIP腔)的可加热压力腔中。
用气体、例如氩气将加热腔加压至过量500巴的等静压力。通常等静压力是900-1200巴。将所述腔加热至低于钴基合金粉末的熔点的温度。所述温度越接近于熔点，形成熔融相和脆性碳化物网状结构的不合希望的条纹的风险越高。因此，在HIP期间炉中的温度应该尽可能地低。然而，在低温下扩散过程减缓并且材料将含有残余孔隙度并且粒子之间的冶金结合变弱。因此，该温度优选比钴基合金的熔点低100-200℃，例如为900-1150℃，或1000-1150℃。将经过填充的模具在加热腔中在预定压力和预定温度下保持预定时段。在HIP期间在粉末粒子之间发生的扩散过程具时间依赖性，因此优选较长时间。然而，过长时间可导致过量WC溶解。优选地，所述成型体应该被HIP0.5-3小时、优选1-2小时、最优选1小时的时段。
在HIP期间，钴基合金粉末的粒子塑性变形并且通过各种扩散过程彼此冶金结合，并且形成钨粒子，因此形成扩散结合的钴基合金粒子和碳化钨粒子的致密的粘结组分。在冶金结合中，金属表面与不含缺陷例如氧化物、内含物(inclusion)或其它污染物的界面无隙(flawlessly)结合在一起。
在HIP之后，从固结的组件剥离所述成型体。可选地，所述成型体可留在组件上。
实施例
在下文中，将参考具体实施例进一步描述本发明。
实施例1
进行第一对比测试以检验由本发明方法制造的组件的耐磨性。
由本发明的粉末混合物制备测试样品。这种测试样品被命名为IN1。
为了比较，制备用于已知耐磨MMC材料的两种对比测试样品粉末混合物。这些被命名为COM1 COM2。
相应的测试样品具有下列组成和粒子尺寸：
IN1含有30体积％WC粉末和70体积％的钴基合金粉末，所述钴基合金具有如下组成：27重量％Cr、14重量％W、0重量％Mo、9重量％Fe和3.3％C，和余量的Co。所述WC粉末具有100-200μm的平均尺寸并且所述钴基合金具有45-95μm的平均尺寸。
COM 1含有30体积％WC粉末和70体积％的APM 2311型钢的粉末。所述WC粉末具有100-200μm的平均尺寸并且所述钢粉末具有45-95μm的平均尺寸。
COM 2含有30体积％WC粉末和70体积％的与AISI M3:2类似的APM 2723型钢的粉末。所述WC粉末具有100-200μm的平均尺寸并且所述钢粉末具有45-95μm的平均尺寸。
将各个混合物的粉末在V型共混机中混合成均匀共混物。其后向由钢板制造的模具中填充各个粉末混合物将其并放置在通常称为热等静压腔(HIP腔)的可加热压力腔中。
用氩气将加热腔加压至过量500巴的等静压力。将所述腔室加热至比样品的各个金属相的熔点低约200℃的温度并在所述温度下保持3小时。
在样品HIP期间，金属基质材料的粒子塑性变形并且通过各种扩散过程彼此冶金结合，并且形成WC粒子，因此形成致密的粘结制品。在冶金结合中，金属表面与不含缺陷例如氧化物、内含物或其它污染物的界面无隙结合在一起。
在HIP后，从样品剥离模具并且对样品进行磨耗测试和侵蚀测试。
首先对样品进行标准化“干砂橡胶轮测试”以测定抗磨耗磨损性。在干砂橡胶轮测试之前和之后将样品称重，并且借助于每个样品的密度测定每个样品的体积损失作为磨耗的量度。每个样品的体积损失(mm3)示于下表1的第2栏中。
其次，通过“浆料喷射碰撞侵蚀测试”测定每个样品的耐侵蚀性。通过用水和砂的浆料喷射样品来进行这项测试。将浆料喷射通过具有4mm直径的管并且选择水流速和水中的砂量以使得砂粒子以40m/s的速度撞击表面并且使得每分钟950克的砂撞击样品的表面。在30°碰撞角和90°碰撞角下进行测试。
如上文所述的，测定每个样品的体积损失(mm3)。每个样品的体积损失示于表1中第3栏(30°碰撞角)和第4栏(90°碰撞角)。
| 样品 | 磨耗G65 | 侵蚀90° | 侵蚀30° |
| IN1 | 0.019852 | 2.8578 | 2.71 |
| COM 1 | 0.023244 | 4.9505 | 4.42 |
| COM 2 | 0.019481 | 3.9007 | 3.511 |
表1：磨耗和侵蚀测试的结果
在Carl Zeiss SEM中研究由本发明的粉末混合物制造的样品。
测试结果显示，本发明的粉末混合物产生具有耐磨性的材料，所述耐磨性几乎等于已知材料，参见COM 2，或甚至更高，参见COM 1。
第3栏和第4栏清楚地显示，来自本发明粉末混合物的MMC材料相比于对比材料COM1和COM 2展现更高的耐侵蚀性。
据信，在由本发明粉末混合物IN1制造的MMC材料中已观察到非常好的耐侵蚀性，其至少部分是由在构成MMC基质的延性相中存在的大量碳化物造成的。
图1示出由本发明粉末混合物IN1制造的样品的横截面的SEM图像。所述SEM图像示出第一粉末的圆形大WC粒子和介于所述WC粒子之间的较深色基质，其中大量的小碳化物的尺寸范围为1-4μm。
所述图像揭示，在本发明粉末混合物的热等静压MMC材料中形成超过预期的更多的碳化物。
用于本发明粉末混合物IN1中的钴基合金粉末含有约50体积％的呈碳化铬和WC形式的碳化物。以70体积％钴基合金和30体积％WC粉末的比率将钴基合金与WC粉末混合。因此在HIP后MMC材料中的总碳化物含量预期为约35体积％。然而，MMC材料样品中的测量结果令人惊讶地显示，碳化物含量为约77体积％，即超过预期量的两倍。出乎意料高的碳化物量的原因被认为是由第一粉末的WC粒子与钴基合金的合金元素之间的反应造成的。所述反应被认为导致基质中来自第一粉末的大粒子的WC的转化，主要转化成W2C以及M6C(即Cr和W的碳化物)。据信，由反应产生的过量碳与合金中的Cr反应并在基质中形成富铬碳化物(Cr23C6、Cr7C3)。
如图1中可见的，基质中的大体积份数的小碳化物导致碳化物粒子之间出现短的平均自由程。这有利于耐磨性和耐侵蚀性，原因是大部分的碰撞磨粒介质例如砂浆将撞击小的硬质碳化物粒子而非延性金属材料。
实施例2
在第二实施例中，研究根据第二实施方式包含包埋在钴合金基质中的碳化钨粒子的HIP组件中的微观结构。
制造被命名为IN2的测试样品。所述测试样品IN2含有50体积％WC粉末和50体积％的钴基合金粉末，所述钴基合金具有以下组成：29重量％Cr、0重量％W、4.5重量％Mo、0重量％Fe和0.35％C，和余量的Co。所述WC粉末具有100-250μm的平均尺寸并且所述钴基合金具有45-95μm的平均尺寸。
作为比较，根据第一实施方式由钴基基质制备测试样品IN3，由含有50体积％WC粉末和50体积％的基质合金粉末的粉末混合物制造样品IN3。
IN3钴基合金具有以下组成：27重量％Cr、14重量％W、0重量％Mo、9重量％Fe和3.3％C，和余量的Co。
如实施例1下所述的制造和制备所有测试样品。
其后在SEM中在1500倍放大率下研究两种样品。图2示出来自IN3的样品的SEM照片并且图3示出来自IN2的样品的SEM照片的试样。
在照片中，大的白色区域1是碳化钨粒子并且深色区域2是钴合金基质。在示出对比样品IN3的图2中，可见基质2含有从碳化钨粒子扩散的裂纹3。另一方面，在图3中，不能观察到裂纹。图2的材料中的裂纹被认为已在组件冷却期间形成。在HIP过程期间，将组件加热至接近于1200℃的温度。当组件冷却时，由于热膨胀系数的差异，基质和碳化物不同地收缩。这又在碳化钨粒子周围产生拉伸应力。在图2中，可见样品的基质含有大量的钨和碳化物。这使得基质非常坚硬并且促进过高的拉伸应力形成，从而在基质中形成裂纹。
在图3中所示的本发明第二实施方式的样品IN2中，基质含有少量的碳和钨并且具更大延性。由于基质具延性，因此它吸收了在碳化钨粒子处形成的应力并且因此不形成裂纹。
Claims (18)
1.一种制造耐磨组件的方法，其包括以下步骤：
-提供限定所述组件的至少一部分的模具；
-提供包含碳化钨第一粉末和钴基合金第二粉末的粉末混合物，其中所述粉末混合物包含30-70体积％的所述碳化钨第一粉末和70-30体积％的所述钴基合金第二粉末，并且所述钴基合金第二粉末包含20-35重量％Cr、0-20重量％W、0-15重量％Mo、0-10重量％Fe、0.05-4重量％C，和余量的Co；其中，W和Mo的量满足要求4<W+Mo<20；
-用所述粉末混合物填充所述模具；
-使所述模具在预定温度、预定等静压力下经受热等静压(HIP)且持续预定时间以使得所述粉末混合物的粒子彼此冶金结合，
其中，钴基合金粉末是基质粉末，所述基质粉末的平均尺寸小于所述碳化钨粉末的平均尺寸的1/6。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述钴基合金包含20-35重量％Cr、0-20重量％W、0-15重量％Mo、0-10重量％Fe、0.5-4重量％C，和余量的Co。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述钴基合金包含27-31重量％Cr、13-16重量％W、0重量％Mo、0-10重量％Fe、3.2-3.5重量％C，和余量的Co。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述钴基合金包含14-16重量％W。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述钴基合金包含27重量％Cr、14重量％W、0重量％Mo、9重量％Fe、3.3重量％C，和余量的Co。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述钴基合金包含：27-31重量％Cr、13-15重量％Mo、0重量％W、0-10重量％Fe、3.2-3.5重量％C，和余量的Co。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，W和Mo的量满足要求5<W+Mo<20。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述钴基合金包含：26-30重量％Cr、4-8重量％Mo、0-8重量％W、0.05-1.7重量％C，和余量的Co。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述钴基合金包含：26-29重量％Cr、4.5-6重量％Mo、0.25-0.35重量％C，和余量的Co。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中W和Mo的量满足要求4<W+Mo<16。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述预定温度比所述钴基合金的熔点低70-200℃，并且其中所述预定等静压力>50MPa。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述预定温度比所述钴基合金的熔点低100-150℃。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述预定等静压力是90-120MPa。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述预定时间是1-5小时。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述预定时间是1-3小时。
16.一种根据权利要求1至15中的任一项所述的方法获得的耐磨组件，其中所述组件的至少一部分具有各向同性微观结构并包含分散在钴基合金基质中的尺寸为1-4μm的碳化物。
17.根据权利要求16所述的耐磨组件，其中整个组件具有各向同性微观结构并包含分散在钴基合金基质中的尺寸为1-4μm的碳化物。
18.根据权利要求16所述的耐磨组件，其中所述组件包含具有各向同性微观结构并包含分散在钴基合金基质中的尺寸为1-4μm的碳化物的覆层。
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