CN106834866A - 钛硅碳在硬质合金中的应用 - 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。本发明由碳化钨粉或碳化钨复合粉和钴粉与Ti3SiC2粉末组成，其中Ti3SiC2粉末占合金的质量比为：0.1～5％；所述的Ti3SiC2粉末纯度大于98％、颗粒尺寸为0.01～10μm。本发明合金中的Ti3SiC2既能细化硬质合金晶粒，阻碍晶粒长大，又能增强硬质合金致密性；不论高钴或低钴合金，其实际密度可以达到理论密度的99.9％。

Description

钛硅碳在硬质合金中的应用
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。
背景技术
钛硅碳(Ti3SiC2)是一种新型三元层状陶瓷材料，兼有金属和陶瓷性能于一体。既具有陶瓷的优异性能，有较高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和高温强度以及良好的抗氧化、抗热震性能和耐腐蚀性能。同时又具有金属的性能，在常温下具有高的热导率和电导率，可以像金属一样用高速钢刀具进行机械加工，高温下具有很好的塑性，比石墨更低的摩擦系数和更好的自润滑性能。可应用于机械行业的滑动部件，机电工程中滑动电接触部件。在熔炼冶金工业中，可作为弥散强化相，弥散强化铜合金或铝合金。
在粉末冶金硬质合金行业中，随着原始碳化钨、钴粉颗粒的细化，特别是当碳化钨粉末粒度达到0.2微米以下时，烧结过程中碳化钨晶粒将发生迅速长大，形成非连续长大的碳化钨粗大颗粒，显著降低硬质合金的机械力学性能。因此，在烧结中晶粒特别是超细晶粒硬质合金时，往往要加入晶粒长大抑制剂来抑制碳化钨晶粒的快速长大，尽量减少和消除这种非连续长大的碳化钨大晶粒的形成，因此，控制合金中碳化钨晶粒的长大是生产中的关键技术。
合金致密化是合金性能最重要标志，任何组织缺陷都会引起合金性能明显降低，特别是孔隙度对硬质合金的力学性能、物理性能和工艺性能都有很大影响。如在WC-Co合金中只要孔隙度达0.5％(体积分数)，抗弯强度就大大降低。为了降低材料的孔隙度，实现材料全致密，通常需要提高烧结温度或延长保温时间，其结果既消耗了能源，又将不可避免地造成晶粒长大。
由此可见，对于硬质合金特别是超细硬质合金而言，致密化与晶粒长大通常是相互制约的，但两者又同是影响硬质合金性能的关键因素。研究者为了获得性能优异的合金，一直致力于尝试开发一种既能使合金全致密化，又能最大限度地控制WC晶粒长大的技术。
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，Ti3SiC2既能细化硬质合金晶粒，阻碍晶粒长大，又能增强硬质合金致密性。
本发明的技术方案：一种Ti3SiC2硬质合金，由碳化钨粉或碳化钨复合粉和钴粉与Ti3SiC2粉末组成，其中Ti3SiC2粉末占合金的质量比为：0.1～5％。
所述的Ti3SiC2粉末纯度大于98％、颗粒尺寸为0.01～10μm。
所述的碳化钨复合粉含有质量比为0.1～5％的碳化钛、Ti3SiC2、碳化钨钛固溶体、碳化钽、碳化铌、碳化钽铌固溶体、碳化铬、碳化钼、碳化钒、氧化铝、石墨中的一种或几种的混合物。
所述的碳化钨粉或碳化钨复合粉颗粒尺寸为0.01～10μm，钴粉颗粒尺寸为0.01～2μm。
本发明合金中的Ti3SiC2既能细化硬质合金晶粒，阻碍晶粒长大，又能增强硬质合金致密性；Ti3SiC2可以起到脱氧和脱氮，减少气孔率，控制碳量，改善杂质分布及存在状态，改善液相流动性与润湿性；细化晶粒、提高硬质合金致密化的作用。不论高钴或低钴合金，其实际密度可以达到理论密度的99.9％。具备良好的热稳定性、耐腐蚀、抗热震、抗氧化、抗裂纹等优良特性。Ti3SiC2添加到硬质合金中，提高了合金的综合性能，不管是在刀具行业，还是在工模具行业以及其它行业，都具有广阔的应用前景。
具体实施方式
Ti3SiC2既能细化硬质合金晶粒，又能增强硬质合金致密化。本发明的Ti3SiC2硬质合金由碳化钨粉或碳化钨复合粉和钴粉与质量比为0.1～5％的Ti3SiC2粉末，通过粉末冶金工艺制备。
(1)实施例1
成分配比(wt％)：
1μmTi3SiC2粉：1％、0.5μm碳化钨粉：93％、1μm钴粉：6％；
在氩气保护气氛下湿磨72小时，酒精添加量为0.45L/公斤；在Z形干燥器中于70℃进行干燥，压制成直径48mm厚度20mm圆饼，压制力为42吨，在氩气保护气氛下进行5MPa的低压烧结，烧结温度为1380℃，烧结时间为1小时，氢气流量35～45SLM，氩气流量40SLM；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400℃，回火时间2小时。
性能：
烧结后晶粒度：0.48μm；
硬度：90.5～91.5HRA；
密度：14.50～14.62g/cm3；
抗弯强度：3176N/mm2；
适用范围：高耐磨、轻振动的拉伸模、压制模具、铰刀、钻头、喷嘴等。
(2)实施例2
成分配比(wt％)：
2μmTi3SiC2粉：3％、2μm碳化钨碳化铬复合粉：82％、2μm钴粉：15％；
在氩气保护气氛下湿磨24小时，酒精添加量为0.3L/公斤；在Z形干燥器中于90℃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；在真空环境中进行淬火，淬火温度为1240℃，淬火时间20分钟，回火温度为500℃，回火时间4小时。
性能：
烧结后晶粒度：1.77μm；
硬度：86.0～88.5HRA；
密度：12.44～12.52g/cm3；
抗弯强度：3729N/mm2；
适用范围：中等冲击，良好耐磨的冲压模具、卷边模具、芯轴、切断刀、粉碎刀等。
(3)实施例3
成分配比(wt％)：
0.6μmTi3SiC2粉：5％、0.8μm碳化钨粉：82％、1μm钴粉：13％、1μm碳化钽铌固溶体1％；
在氩气保护气氛下湿磨60小时，酒精添加量为0.35L/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1410℃，烧结时间为1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25分钟，回火温度为450℃，回火时间3小时。
性能：
烧结后晶粒度：0.75μm；
硬度：88.0～90.5HRA；
密度：12.30～12.38g/cm3；
抗弯强度：4254N/mm2；
适用范围：非常好的耐磨性、低振动的旋转转、粉碎磨辊、钢片冲压、黄铜压印等。

Claims (4)

1.一种Ti3SiC2硬质合金，其特征是：由碳化钨粉或碳化钨复合粉和钴粉与Ti3SiC2粉末组成，其中Ti3SiC2粉末占合金的质量比为：0.1～5％。
2.根据权利要求1所述的一种Ti3SiC2硬质合金，其特征是：所述的Ti3SiC2粉末纯度大于98％、颗粒尺寸为0.01～10μm。
3.根据权利要求1所述的一种Ti3SiC2硬质合金，其特征是：所述的碳化钨复合粉含有质量比为0.1～5％的碳化钛、Ti3SiC2、碳化钨钛固溶体、碳化钽、碳化铌、碳化钽铌固溶体、碳化铬、碳化钼、碳化钒、氧化铝、石墨中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种Ti3SiC2硬质合金，其特征是：所述的碳化钨粉或碳化钨复合粉颗粒尺寸为0.01～10μm，钴粉颗粒尺寸为0.01～2μm。
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