CN1054402C

CN1054402C - 钨－铜－镍－碳高温耐磨合金的制备方法

Info

Publication number: CN1054402C
Application number: CN94113306A
Authority: CN
Inventors: 周洛三
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1994-12-29
Publication date: 2000-07-12
Anticipated expiration: 2014-12-29
Also published as: CN1125776A

Abstract

一种钨-铜-镍-碳高温耐磨合金，并用其制成的制品，解决了合金或零件在高温、特别在急冷急热的作业中耐磨性能差、使用寿命短等问题。该合金的组成(重量百分含量)为15～60%WC，15～30Cu，1～5Ni，1～6%C，余量为W；该合金中还可添加(重量百分含量)0.2～0.5%M₀C或添加0.2～0.5%Cr₃C₂，以进一步提高其硬度和耐磨性。用该合金制造的零件(如热轧钢导板头)，其使用寿命为YG₁₅硬质合金导板头的4～8倍。本发明的合金亦适用于在高温作业中其它需要耐磨的相应领域。

Description

钨-铜-镍-碳高温耐磨合金的制备方法

本发明涉及一种用于热轧导板及热拉伸(或热挤压)的高温耐磨合金。

要求在高温下仍具有耐磨性的零部件应用范围很广。例如轧制钢材制品时，要求导板头既耐磨又耐急冷急热，可谓之工作条件苛刻。多少年来导板头材质作过多次改变，最早采用灰口铸铁，尔后改用高铬铸铁，均因高温耐磨性差，使用寿命短而被淘汰。目前普遍采用YG₁₅(即重量百分含量为85％WC，15％Co)硬质合金导板头，该材质虽然硬度高，但耐急冷急热性能差，高温下工作时极易产生脆裂现象，使用寿命亦短，一副导板一般工作时间为22～29小时，轧制钢材总产量为142～188吨左右；由于该合金使用寿命短，中途停机更换导板头次数频繁，既影响生产，又增加工人的劳动强度，急待研究和生产替代的高温耐磨合金。

针对上述合金存在的问题，本发明的任务是研究设计一种既具有较高的硬度，又具有高温耐磨性能的合金材料，并用其制成多种零部件，以备在急冷急热的各种高温作业中应用。

为实现上述目的，本发明用包含有WC、W、Cu、Ni和C的组分配制的、采用粉末冶金方法制成W-Cu-Ni-C高温耐磨合金材料，或采用粉末冶金方法直接制成热轧导板头、热拉伸模和热挤压模等高温耐磨制品。

本发明合金及制品的组成(重量百分含量)分别为：

①15～60％WC，15～30％Cu，1～5％Ni，1～6％C，余量为W；

②15～60％WC，15～30％Cu，1～5％Ni，1～6％C，0.2～0.5％M₀C，余量为W；

③15％～60％WC，15～30Cu，1～5％Ni，1～6％C，0.2～0.5Cr₃C₂，余量为W。

制取W-Cu-Ni-C高温耐磨合金，本发明首先采用粉末冶金方法制备合金混合料。混合料采用干球磨的方法制备，按合金成分要求配入少量的铜粉作诱导金属，碳主要以化合碳或元素碳粉的形式加入，将配制料一起放入球磨筒内进行研磨，以此制备混合料。所制备的混合料用模压成型，获得具有一定孔隙度的骨架毛坯，再将作熔渗金属用的铜粉或将其压成铜片，与骨架毛坯叠置在一起，然后在真空炉或在还原气氛炉中烧结，即制成具有高温耐磨性能的W-Cu-Ni-C合金。

图1为本发明的生产工艺流程图。

结合附图对本发明的实施方案作进一步的描述。本发明所述合金主要生产过程如下：

(一)混合料制备：

原料采用碳化钨粉和钨粉平均粒度为6～8μm，铜粉、镍粉和碳粉均要求小于75μm的粉末为原料，混合料成分配比(重量百分含量)为15～60％WC，2.5～5％Cu，1～5％Ni，1～6％C，余量为W；或添加0.2～0.5％M₀C，或添加0.2～0.5％Cr₃C₂，余量为W。混合料配置后将其置于球磨筒内，采用于球磨的方法，球磨6～20小时，在磨料加入0.3～0.5％的油酸作润滑剂，这样制成所述合金的混合料。

(二)模压制成骨架毛坯：

将球磨后的混合料称重装模，通过液压机将混合料模压成型，压制过程中控制压块的尺寸和单重，保证骨架毛坯孔隙度(体积比)为15～35％，由此制成合金骨架毛坯，或将其制成热轧导板头、热位伸模和热挤压模毛坯。

(三)熔渗烧结：

按配比除混合料中作诱导金属用的铜粉外，余下的12.5～25％Cu的粉末与骨架毛坯一起置烧舟中，或将余下的铜粉压成铜片，将铜片与骨架毛坯叠置在一块，铜片置于骨架毛坯上方或下方均可，将其送入真空炉或氢气保护的钼丝炉中进行熔渗烧结，熔渗烧结温度为1150～1440℃，保温0.5～2小时，即制成高温耐磨合金。采用上述方法同样可以制成热轧导板头、热拉伸模和热挤压模等高温耐磨制品。

将上述合金或制品在空气中加热到1000±20℃的温度并持续10分钟，再在高压水龙头下喷水骤冷，如此反复20次，未发现合金或制品表面及内部裂纹。因钨在镍中的溶解度高，重结晶速度也高，由于碳含量有一定的范围，在W-C-Ni系中形成了钨和碳与镍的固溶体，这点早已被实践所证明。镍和铜对碳化钨都有很好的润湿性。同时采用铜作熔渗剂，不仅提高合金的密度和致密性，还明显的改善合金的导热性能。或添加少量的碳化钼或添加少量的碳化铬可明显的提高合金的高温硬度和耐磨性。本发明的合金适用于在高温作业中需要耐磨的相应领域。

本发明的合金或制品与YG₁₅硬质合金相比，具有如下优点：(1)合金及其制品的硬度高，一般(HB)为3500～4000MPa；(2)在高温(1000℃左右)作业中具有耐磨性，且耐急冷急热性能好，合金及其制品无开裂现象；(3)使用寿命长，一般在高温作业中使用130～200小时左右，相当于对比合金寿命的4～8倍；(4)提高了劳动生产率，降低了工入的劳动强度；(5)增加了产量，降低了生产成本。

现提供下列实施例，作为本发明实施方案的补充。所列实例中，按照合金或制品成分(重量百分含量)配比，采用上述生产工艺过程，所生产的合金或制品经过性能检验，然后对武汉钢铁公司、湘潭钢铁公司、长沙钢厂生产的钢坯进行生产试验，分别列出其上机作业时间，轧制钢材产量，以检验本发明制品的可行性。

实施例1：34％WC、22.5％Cu、2.6％Ni、2.9％C、38％W，其密度为14.52

克/厘米³，硬度[HB]为3851MPa，上机工作136小时，生产钢材

773吨。

实施例2：50％WC、15％Cu、2.5％Ni、3.8％C、28.7％W，其密度为14.50

克/厘米³，硬度[HB]为3577MPa，上机工作200小时，轧制钢材

1000吨以上。

实施例3：38％WC、18％Cu、3％Ni、3.2％C、37.8％W，其密度为14.40克

/厘米3，硬度[HB]为3959MPa，上机工作150小时，轧制钢材

800吨。

实施例4：55％WC、17％Cu、2％Ni、4.2％C、21.8％W，其密度为14.40克

/厘米³，硬度[HB]为3655MPa，上机工作190小时，轧制钢材

900吨。

实施例5：42％WC、20％Cu、4％Ni、3.4％C、30.6％W，其密度为14.40克

/厘米³，硬度[HB]为3498MPa，上机工作230小时，轧制钢材

1313吨。

实施例6：43％WC、19％Cu、4.1％Ni、5％C、28.9％W，其密度为14.55克

/厘米³，硬度[HB]为3570MPa，上机工作128小时，轧制钢材

950吨。

实施例7：60％WC、16％Cu、5％Ni、6％C、13.0％W，其密度为14.6克/厘

米³，硬度[HB]为3580MPa，上机工作130小时，轧制钢材1080

吨。

实施例8：42％WC、20％Cu、4％Ni、3.4％C、30.4％W，添加0.2％M₀C，其

密度为14.64克/厘米³，硬度[HB]为4010MPa，上机工作214

小时，轧制钢材1113.8吨。

实施例9：42％WC、20％Cu、4％Ni、3.4％C、30.4％W，添加0.2％Cr₃C₂，

其密度为14.56克/厘米³，硬度[HB]为4008MPa，上机工作208

小时，轧制钢材1200吨。

轧制时与之对比的YG₁₅合金导板，其工作时间为22～29小时，轧制钢材总产量为142～188吨。

Claims

1.一种钨-铜-镍-碳高温耐磨合金的制备方法，其特征在于：合金的组分(重量百分含量)包括：15～60％WC，15～30％Cu，1～5％Ni，1～6％C，余量为W；且以平均粒度为6～8μm的碳化钨粉和钨粉，以及小于75μm的铜粉、镍粉和碳粉为原料，经研磨混合、模压成孔隙度(体积比)为15～35％的骨架毛坯，并将添加的铜粉或铜片与骨架毛坯一起置于1150-1440℃的真空炉或氢气保护的钼丝炉中熔渗烧结0.5-2小时。

2.按照权利要求1所述合金的制备方法，其特征在于：合金的组分中WC、Cu、Ni、C的配比不变，再添加0.2～0.5MoC或0.2～0.5Cr3C2，余量为W。

3.按照权利要求1所述合金的制备方法，其特征在于：铜粉的加入，是在研磨混合中加入(重量百分含量)2.5～5％Cu，在熔渗烧结工序中加入12.5～25％Cu，碳是以化合碳或元素碳粉的形式加入。

4.按照权利要求1所述合金的制备方法，其特征在于：研磨混合，是将混合料置于球磨筒中，研磨6～20小时。

5.按照权利要求1所述合金的制备方法，其特征在于：研磨混合的料中加入(重量百分含量)0.3～0.5％的油酸。