CN106834865A - 耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粉末冶金技术，是一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金及其制备工艺。本发明的硬质合金，由碳化钨粉、钴粉和Ti3SiC2粉末组成，各自所占质量比：碳化钨粉为72～85％、钴粉为10～20％、Ti3SiC2粉末为5～10％，通过粉末冶金工艺制备。它可承受800～1100℃的高温，高温强度为800～1800N/mm2。

Description

耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术，是一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金及其制备工艺。
背景技术
传统概念上的硬质合金是由难熔金属碳化钨为硬质相，金属钴为粘结相的烧结合金材料。WC-Co类硬质合金具有一系列优良性能，其主要是具有较高的硬度和耐磨性，使其在现代工具材料、耐磨材料方面占据重要地位。但是，WC-Co类硬质合金也有自身不足，因为含粘结相Co的硬质合金，抗高温、抗氧化、耐腐蚀性能较差，目前一般硬质合金在700℃以上就开始急剧氧化，高温强度急剧下降，在800℃时氧化的就更加剧烈，使得硬质合金无法使用。从而限制了该类合金在工况领域中的应用，特别是在高温环境中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金及其制备工艺，其合金致密性优良、高硬度、高强度、高导热、耐电腐蚀，并在高温下具有良好塑性、热稳定性和优良的抗氧化性，并具有自润滑能力。
本发明的技术方案：一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金，由碳化钨粉、钴粉和Ti3SiC2粉末组成，各自所占质量比：碳化钨粉为72～85％、钴粉为10～20％、Ti3SiC2粉末为5～10％。
一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金的制备工艺，步骤如下：
(1)湿磨，将质量比分别是：碳化钨粉为72～85％、钴粉为10～20％、Ti3SiC2粉末为5～10％的三种粉末在氩气保护气氛下进行12～72小时的湿磨，湿磨介质为酒精；
(2)造粒，将步骤(1)湿磨后所获得的粉末在干燥器中70～90℃进行干燥、插筛和造粒；
(3)压制，将步骤(2)造粒后的粉末通过冷等静压或机械压制或液压压制成形，压制力为1.25～2.35t/cm2；
(4)烧结，将步骤(3)压制成形的粉末在氩气保护气氛下进行5～10MPa的低压烧结，烧结温度为1380～1500℃，烧结时间为1～2小时，氢气流量30～50SLM，氩气流量35～55SLM；
(5)淬火回火处理，将步骤(4)烧结后的产品进行淬火回火处理；在空气中或真空环境下进行加热时，淬火温度为800～1000℃，油淬处理时间为15～25分钟；或者在真空环境或氩气保护气氛下进行加热时，淬火温度为1100～1280℃，油淬处理时间为15～25分钟；回火温度250～600℃，回火时间2～5小时，最终得到耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金。
所述的湿磨时每公斤Ti3SiC2粉、碳化钨粉、钴粉三种粉末添加0.18～0.47L酒精。
所述的造粒尺寸为40～300目的颗粒。
本发明的耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金材料，具备良好的强度、硬度、导热性、热冲击、抗氧化尤其高温抗氧化性等优良特性；可承受800～1100℃的高温，高温强度为800～1800N/mm2。Ti3SiC2硬质合金材料还具有超低磨擦系数和自润滑性，而超低磨擦系数和自润滑性是加工行业不可或缺的特性之一，所以该材料可广泛应用于高温环境下的重冲击、中振动、挤压行业和其它高温行业，在高温强度领域或常温环境中有着广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明的Ti3SiC2硬质合金是由碳化钨粉、钴粉和5～10％(质量比)的Ti3SiC2粉末，通过粉末冶金工艺制备。
(1)实施例1
成分配比(wt％)：
Ti3SiC2粉：5％、碳化钨粉：85％、钴粉：10％；
在氩气保护气氛下湿磨24小时，酒精添加量为0.33L/公斤；在Z形干燥器中于80℃进行干燥，压制成直径55mm厚度15mm圆饼，压制力为52吨，在氩气保护气氛下进行6MPa的低压烧结，烧结温度为1430℃，烧结时间为1小时，氢气流量30～50SLM，氩气流量45SLM；在真空环境下进行淬火，淬火温度为1000℃，淬火时间20分钟，回火温度为450℃，回火时间2小时。
性能：
烧结后晶粒度：中等，
硬度：89.0～90.5HRA，
密度：12.97～13.09g/cm3；
适用范围：良好的耐磨性、承受800℃的高温，可用于冲压模具、热挤压、苛刻工况的拉伸模具。
(2)实施例2
成分配比(wt％)：
Ti3SiC2粉：8％、碳化钨粉：72％、钴粉：20％；
在氩气保护气氛下湿磨20小时，酒精添加量为0.28L/公斤；在Z形干燥器中于80℃进行干燥，压制成直径80mm厚度20mm圆饼，压制力为100吨，在氩气保护气氛下进行5MPa的低压烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为2小时，氢气流量30～50SLM，氩气流量40SLM；在空气环境中进行淬火，淬火温度为900℃，淬火时间20分钟，回火温度为450℃，回火时间2.5小时。
性能：
烧结后晶粒度：粗晶，
硬度：82.5～84.0HRA，
密度：11.55～11.68g/cm3；
适用范围：高耐磨、重冲击、重振动，承受900℃的高温，可用于热镦模、型锻模。
(3)实施例3
成分配比(wt％)：
Ti3SiC2粉：10％、碳化钨粉：75％、钴粉：15％；
在氩气保护气氛下湿磨60小时，酒精添加量为0.38L/公斤；在Z形干燥器中于80℃进行干燥，压制成直径105mm厚度15mm圆饼，压制力为130吨，在氩气保护气氛下进行8MPa的低压烧结，烧结温度为1410℃，烧结时间为1.5小时，氢气流量30～50SLM，氩气流量50SLM；在氩气保护气氛下进行淬火，淬火温度为1100℃，淬火时间25分钟，回火温度为500℃，回火时间4小时。
性能：
烧结后晶粒度：0.6μm，
硬度：89.0～90.5HRA，
密度：11.45～11.55g/cm3；
适用范围：高耐磨、高强度、中耐震和中冲击，承受1000℃高温，可用于热镦锻模、成形模具、压铸模具。

Claims (5)

1.一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金，其特征是：由碳化钨粉、钴粉和Ti3SiC2粉末组成，各自所占质量比：碳化钨粉为72～85％、钴粉为10～20％、Ti3SiC2粉末为5～10％。
2.制备权利要求1所述的一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金的工艺，其特征是：步骤如下：
(1)湿磨，将质量比分别是：碳化钨粉为72～85％、钴粉为10～20％、Ti3SiC2粉末为5～10％的三种粉末在氩气保护气氛下进行12～72小时的湿磨，湿磨介质为酒精；
(2)造粒，将步骤(1)湿磨后所获得的粉末在干燥器中70～90℃进行干燥、插筛和造粒；
(3)压制，将步骤(2)造粒后的粉末通过冷等静压或机械压制或液压压制成形，压制力为1.25～2.35t/cm2；
(4)烧结，将步骤(3)压制成形的粉末在氩气保护气氛下进行5～10MPa的低压烧结，烧结温度为1380～1500℃，烧结时间为1～2小时，氢气流量30～50SLM，氩气流量35～55SLM；
(5)淬火回火处理，将步骤(4)烧结后的产品进行淬火回火处理；在空气中或真空环境下进行加热时，淬火温度为800～1000℃，油淬处理时间为15～25分钟；或者在真空环境或氩气保护气氛下进行加热时，淬火温度为1100～1280℃，油淬处理时间为15～25分钟；回火温度250～600℃，回火时间2～5小时，最终得到耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金的制备工艺，其特征是：湿磨时每公斤Ti3SiC2粉、碳化钨粉、钴粉三种粉末添加0.18～0.47L酒精。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金的制备工艺，其特征是：所述的造粒尺寸为40～300目的颗粒。
5.根据权利要求2所述的一种耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金的制备工艺，具体实施是：成分质量比为：Ti3SiC2粉：10％、碳化钨粉：75％、钴粉：15％；
在氩气保护气氛下湿磨60小时，酒精添加量为0.38L/公斤；在Z形干燥器中于80℃进行干燥，压制成直径105mm厚度15mm圆饼，压制力为130吨，在氩气保护气氛下进行8MPa的低压烧结，烧结温度为1410℃，烧结时间为1.5小时，氢气流量30～50SLM，氩气流量50SLM；在氩气保护气氛下进行淬火，淬火温度为1100℃，淬火时间25分钟，回火温度为500℃，回火时间4小时；即可获得烧结后晶粒度：0.6μm，硬度：89.0～90.5HRA，密度：11.45～11.55g/cm3，承受1000℃高温的耐高温氧化高强度Ti3SiC2硬质合金。
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