CN1079996A

CN1079996A - 热加工用的轻质硬质合金

Info

Publication number: CN1079996A
Application number: CN 92106228
Authority: CN
Inventors: 易林清
Original assignee: DONGBEI MACHINE-BUILDING GENERAL PLANT
Current assignee: DONGBEI MACHINE-BUILDING GENERAL PLANT
Priority date: 1992-06-08
Filing date: 1992-06-08
Publication date: 1993-12-29

Abstract

一种热加工用的轻质硬质合金，其成分由硬质相金属碳化物和粘结相金属所构成。具有优良的高温强度、高温耐磨性、抗高温热裂性和抗氧化性、比重小、重量轻。用粉末冶金方法生产轧制线材用轧辊和冲、模具及腐蚀条件下的耐磨零配件等。

该轻质硬质合金的化学成分是：硬质相为碳化钛、碳化钨或加入少量碳化钽(或碳化铌)，占45— 59.5％(重量)；粘结相为钴、镍和钼，占40.5—55％ (重量)。

Description

本发明涉及一种热加工用的轻质硬质合金。该合金具有硬度高、耐磨损、重量轻、热疲劳强度高及优良的高温强度和抗氧化能力。可按不同组分配合制成不同性能、不同应用场合的硬质合金系列产品，适用于各种场合热加工用的线材轧辊、导辊、冲模具和其它耐热、耐磨、耐腐蚀另配件。

目前，各种热加工用的线材轧辊、冲模具及其它耐磨另配件，一般采用工具钢和高钴类YG硬质合金。工具钢耐磨性差。高钴类的如YG20C，成份由80%WC和20%Co组成，尽管该硬质合金耐磨性较好，但由于热膨胀系数低，热疲劳性差，用作线材轧辊时，破损率达20-30%，而且该合金比重大，造成设备剧烈振动，增加维修费用。

日本专利平2-66135给出了一种热导辊用金属陶瓷。该合金主要成份由碳化钛、碳化钨及镍、钴和碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化锆、碳化铪当中的一种或两种配制而成，该合金尽管比重小，当用于高速运行的轧机另、配件时，仍然存在强度低、冲击韧性差，使得工具使用寿命低，不能满足生产需要。

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种热加工用的轻质硬质合金，该合金具有强度高、耐磨损、热疲劳强度好、比重小、冲击韧性好、用于热加工的冲具等另配件，特别是高速运转的线材轧辊、导辊时，提高了使用寿命，降低了设备的维修费用。

本发明所提供的热加工用的轻质硬质合金，硬质相为碳化钛、碳化钨或加入少量碳化钽（或碳化铌）硬质相占45-59.5%（重量）;粘结相为钴、镍和钼占40.5-55%（重量）。

作为硬质相，可以单一成份加入，也可以固溶体混合物形式加入。粘结相金属可以单质成份加入，也可以复合成份加入。硬质相物料粒度-150目，粘结相金属粒度-200目。

硬质相含量低于45%，粘结相含量高于55%，则合金硬度低，耐磨性差;如果硬质相含量超过59.5%，粘结相含量低于40.5%，则合金高温强度低，冲击韧性差，热膨胀系数低，热疲劳强度低，用在急冷急热，承受巨大冲击载荷的线材轧辊时，很容易破裂。所以，硬质相含量为45-59.5%（重量），粘结相含量为40.5-55%（重量）。同时，按上述范围各成份组成的硬质合金，能达到比重小，重量轻的目的，这对于高速旋转的轧辊来说，有着非常重要的意义。

由上述组成范围制成的轻质硬质合金，金相组织为Tic，Tic-WC（β）、WC（α）、Ni、Mo、TiC-Mo₂C，少量r和少量游离C，是多相结构。要严格防止η相的出现，因η相脆性大，存在合金中，使合金强度大大降低。η相是缺碳化合物（如Co3W3C）属非正常合金。在该轻质硬质合金中，TiC、TiC-WC（β）、WC（α）、TiC-Mo2相起骨架相作用，Ni、MO、Co起粘结相作用。Mo还能起到强化粘结相作用。少量游离C存在，有利于强度和冲击韧性的改善。具有多相结构和复杂组织形态的这种轻质硬质合金，有较高的综合使用性能，能满足轧辊在极其严酷条件下正常作用。

本发明提供的轻质硬质合金可按以下成分（质量）配制：

TiC 30-50%

Wc 5-35%

Ni 31-50%

Co 0.1-5%

Mo 1-8%

合金各成份及配比范围的作用如下所述。

（1）TiC：

TiC起硬质相作用，同时，一定量TiC加入，能减少合金比重，降低成本。如果含量不足30%，合金硬度低，耐磨性差，减轻合金比重不显著。如果含量超过50%，合金抗弯强度和冲击韧性都显著降低，脆性增大。所以TiC含量在30-50%合适。

（2）WC：

WC也起硬质相作用。WC的加入，一方面是进一步提高合金耐磨性，另一方面是改善高温强度，选取TiC和WC两种碳化物作硬质相，不取单一TiC成份，是因为多种碳化物经高温烧结后形成多相固溶体，比单一相固溶体耐磨性要好，强度要高。如果WC含量低于5%，对合金耐磨性和强度改善不显著，如果WC含量超过35%，合金比重增加，达不到轻量化的目的，同时生产成本将增加，所以WC含量在5-35%合适。

（3）Ni：

Ni起粘结相作用，它具有很强的耐热性能。含量不足31%，合金强度低;如果Ni含量超过50%，合金硬度低，耐磨性变差，不能制作像轧辊那样需要耐磨性高的热加工工具。所以Ni含量在31-50%合适。

（4）Co：

Co也起粘结相作用和Ni形成粘结相的合金结构，利于提高合金强度和耐磨性。Co加入量不足0.1%，效果不显著，如果超过5%，抗高温性能变差，同时，生产成本增加。所以，Co含量在0.1-5%合适。

（5）Mo：

在本发明的轻质硬质合金中，Mo的作用非常突出。添加2%以上Mo时，能排除有害于合金性能的氧，在400-500℃时，生成MoO3，使液相对固相的润湿角Q的值趋于零，提高了Mi对TiC的润湿性，压坯烧结后就能达到充分致密化，降低合金孔隙度，提高合金强度。孔隙度能控制在低于0.1%（体积），而在已有技术的不含Mo的TiC基陶瓷合金中，孔隙度在0.5%（体积）以上。因此，本发明合金强度高于已有的TiC基陶瓷合金。另外，在烧结过程中，一方面，Mo能抑制TiC析出游离石墨，另一方面，因压型加有橡胶溶液，在烧结时不可避免的部中转化成游离碳，此时Mo与之形成MoC，进而形成TiC-MoC固溶体。在这里，Mo起到排除过量游离碳的作用。还有，Mo是高熔点金属（熔点2625℃），塑性较好，耐热性强，加Mo能起到强化粘结相作用，提高合金塑性，补偿TiC造成的脆性。使Mo以各种形式存在于碳化物相和粘结相中，造成合金的特殊结构，提高合金综合性能。因此，选定镍某一确定含量以后，再配以一定Mo含量，使合金综合性能达到最佳值。

Mo含量不足1%，效果不显著;如果超过8%，高温强度降低。所以，Mo含量在1-8%合适。

除上述各材料成份外，当用于制作线材轧辊时，线速度超过35米/秒情况下，需加TaC，但TaC最高加入量不得超过3.5%，否则合金抗弯强度和热疲劳性能降低。如轧制线速度不大于35米/秒时，不用加TaC。加入TaC目的，是提高合金红硬性，即改善高温耐磨性。还能抑制晶粒长大，阻碍粘钢料的作用。NbC的作用与TaC相似。配料时可加入TaC或NbC同时加入。

通过综合所举的实施例对本发明的轻质硬质合金进一步说明，本发明的轻质硬质合金按表中所规定的成份配比，用粉末冶金工艺，配料后湿混，压坯经高温烧结后，即成合金烧结品。

综合表：

续综合表

采用该轻质硬质合金制作的轧辊用于高速精轧时，在急冷急热，反复酷热条件下使用，经现场跟踪测试，第三道轧辊的单槽磨次产量达到2900多吨，第七道轧辊的单槽磨次产量达到2100多吨。轧辊寿命提高，设备运行平稳，降低了维修费用。

该轻质硬质合金具有优良的高温强度，硬度高，耐磨性好，热疲劳强度高，不裂纹，重量轻，成本低，不仅能适用于制造热轧线材的轧辊、导辊，还可用来制造冲模具和其它腐蚀条件下耐磨损的配件，有广泛的推广应用前景。

Claims

1、一种热加工用的轻质硬质合金，其特征是硬质相为碳化钛、碳化钨、或加入微量碳化钽(或碳化铌)占45-59.5%(重量比)，粘结相为钴、镍和钼占40.5-55%(重量比)。

2、根据权利要求1所说的热加工用的轻质硬质合金，其特征是含有（重量比）：

TiC 30-50%

WC 5-35%

Ni 31-50%

Co 0.1-5%

Mo 1-8%

3、根据权利要求1所说的热加工用的轻质硬质合金，其特征是含有（重量比）：

TiC 30-50%

WC 5-35%

Ni 31-50%

Co 0.1-5%

Mo 1-8%

TaC（或Nbc）0.1-3.5%

4、根据权利要求1所说的热加工用的轻质硬质合金，其特征是含有（重量比）：

TiC 35-45%

WC 10-25%

Ni 33-45%

Co 0.8-3%

Mo 3-6%