CN108342607A - 一种铸或锻n、b、c及复合物钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属硬质合金领域，尤其涉及一种铸或锻N、B、C及复合物钢及其生产方法，包括硬质材料及金属合金材料；所述硬质材料包括TiN、TaN、ZrN、VN、NbN、BN、TiB2、TaB2、ZrB2、VB2、NbB2、GrB2、TiC、Ti/WC、TiN/WC、ZrN/WC、VN/WC、NbN/WC/TiC、BN/TiC/WC、TiB2/TiC/WC、TaB2/VN/WC或W、Mo、V、Nb等难熔材料；所述合金材料为高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、轴承钢、齿轮钢、不锈钢、高锰钢或金属材料等。上述铸锻N、B、C及复合物钢的生产方法包括：配料、熔炼铸型、第一次退火、锻造、第二次退火及切割；本发明韧性高，强度高，硬度高，耐磨性好，使用寿命长。

Description

一种铸或锻N、B、C及复合物钢及其生产方法
技术领域
本发明属硬质合金领域，尤其涉及一种铸或锻N、B、C及复合物钢及其生产方法。
背景技术
国内外生产超硬材料硬质合金、钢结硬质合金采用TiC、WC等粉压、烧结成型，产品硬而脆，易裂，较大件更压不实烧不透，无法生产，大、长件做不了，影响了硬质材料工业发展和限制硬质材料的应用范围。
粉压法原材料间是靠压和烧成型，基本上条件靠压力和温度物理结合，材料间结合力小，有空隙。易夹杂物，产品使用时硬质材料易脱落或产生裂纹，掉渣，产品早期报废。粉压烧结的先天不足，无法或很难消除。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种韧性高，强度高，硬度高，耐磨性好，使用寿命长的铸或锻N、B、C及复合物钢及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种铸锻N、B、C及复合物钢，包括硬质材料及合金材料；所述硬质材料与合金材料的重量依次为1～99%：99～1%。
作为一种优选方案，本发明所述硬质材料包括TiN、TaN、ZrN、VN、NbN、BN、TiB2、TaB2、ZrB2、VB2、NbB2、GrB2、TiC、Ti/WC、TiN/WC、ZrN/WC、VN/WC、NbN/WC/TiC、BN/TiC/WC、TiB2/TiC/WC、TaB2/VN/WC或W、Mo、V、Nb等难熔材料中的一种或两种以上的混合物。
进一步地，本发明所述合金材料为高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、轴承钢、齿轮钢、不锈钢、金属材料、高锰钢中的一种。
进一步地，本发明所述硬质材料与合金材料的重量比如为1: 9（10%:90%）。
进一步地，本发明所述硬质材料与合金材料的重量比如为1: 1（50%:50%）。
进一步地，本发明所述硬质材料与合金材料的重量比如为4: 1（80%:20%）。
进一步地，本发明所述硬质材料还包括超硬材料废料。
上述铸锻N、B、C及复合物钢的生产方法，可按如下步骤实施：
（1）配料：按预先确定的比例，称取对应的硬质材料及合金材料；
（2）熔炼铸型：将步骤（1）称取的合金材料置入炉中加热至1550～1750℃熔化；向炉内熔体中加入硬质材料，搅拌，将熔液置入铸型模具内进行铸型；
（3）第一次退火：将铸件温度控制在 850℃～880℃，并在此温度下保温4～6h；然后随炉冷却至300℃左右从炉中取出，空冷至室温；
（4）锻造：将步骤（3）所得毛坯置入模锻模具内进行模锻成型或自由锻，锻造始锻温度控制在1120～1180℃，终锻温度950℃以上，锻造时要烧透均匀，先轻拍快打，反复多次成型；
（5）第二次退火：将步骤（4）所得产品温度控制在850℃～880℃，并在此温度下保温6～8h；然后随炉冷却至740±10℃，恒温4～6h，随炉冷却至300℃以下从炉中取出，空冷至室温；
（6）切割；按具体设计形状及尺寸用线切割进行切割，即得成品。
进一步地，本发明完成步骤（6）后，对需要提高强度、韧性的材料进行热处理；先分级预热，550℃恒温，880℃恒温；淬火温度1000～1100℃；回火温度180～200℃ 回火三次，每次3～4小时。
本发明采用铸或锻的生产方法，生产超硬材料N、B、C及其复合化物钢，是将N、B、C及其复合化物材料，或已用过废、次品、回收材料，将其熔化铸型，或再经锻造及热处理、切割、机加工制成产品，该产品比粉压产品同种材料韧性高、强度高、硬度高、耐磨成倍增长，延长使用寿命。
铸或锻法原材料间是溶化后双方互相溶渗形成冶金化学结合形的整体，材料间结合力大，在熔化状态下各种杂质及氧、氢大部分排出。结晶后产品本体纯净、致密、均匀，大幅度提高其韧性、强度，由于硬质材料在产品中结合牢固，使用时不易脱落，提高耐磨性，延长使用寿命，锻铸法可制成较大工件，重量可达一吨或数吨，长度可达1米、2米等。扩大了超硬材料的应用范围和提高工具、模具、量具、刃具、耐磨件及产品的使用寿命。
本发明试样毛坯尺寸（mm）：Φ10×100；抗弯强度2800～3600MPa；抗压强度4000～4500MPa；冲击韧性8～25J/cm2；硬度（HRA）89～84。根据配比、用途不同、性能要求不同，按需调整。
具体实施方式
下面结合说明书具体实施例对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
实施例1
铸锻N、B、C及复合物钢，包括硬质材料及合金材料；所述硬质材料与合金材料的重量比为1: 9。根据实际设计需要本发明所述硬质材料包括TiN、TaN、ZrN、VN、NbN、BN、TiB2、TaB2、ZrB2、VB2、NbB2、GrB2、TiC、Ti/WC、TiN/WC、ZrN/WC、VN/WC、NbN/WC/TiC、BN/TiC/WC、TiB2/TiC/WC、TaB2/VN/WC或W、Mo、V、Nb等难熔材料中的一种或两种以上的混合物。本发明所述合金材料为高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、轴承钢、齿轮钢、不锈钢、高锰钢或金属材料中的一种。
上述铸锻N、B、C及复合物钢的生产方法，按如下步骤实施：
（1）配料：按预先确定的比例1:9，称取对应的硬质材料及合金材料；
（2）熔炼铸型：将步骤（1）称取的合金材料置入炉中加热至1550～1650℃熔化；向炉内熔体中加入硬质材料或配制材料熔化，搅拌，铸型；
（3）第一次退火：将铸件温度控制在850～880℃，并在此温度下保温4～6h；然后随炉冷却至750℃恒温3～4h，随炉冷却至300℃以下从炉中取出，空冷至室温；或采用等温退火；
（4）锻造：将步骤（3）所得毛坯置入模锻模具内进行模锻或自由锻成型，锻造始锻温度控制在1190℃，终锻温度950℃，锻造时要烧透均匀，先轻拍快打，反复多次成型；
（5）第二次退火：将步骤（4）所得产品温度控制在860℃，并在此温度下保温6～8h；随炉冷却至750℃恒温5h，随炉冷却至300℃以下从炉中取出，空冷至室温；
（6）切割；按具体设计形状及尺寸用线切割进行切割，即得成品；
（7）完成步骤（6）后，对需要提高强度、韧性的材料进行热处理；先分级预热，550℃恒温，880℃恒温；淬火温度1090℃；回火温度190℃ 回火三次，每次3.5小时。
实施例2
铸锻N、B、C及复合物钢，包括硬质材料及合金材料；所述硬质材料与合金材料的重量比为5：5。根据实际设计需要本发明所述硬质材料包括TiN、TaN、ZrN、VN、NbN、BN、TiB2、TaB2、ZrB2、VB2、NbB2、GrB2、TiC、Ti/WC、TiN/WC、ZrN/WC、VN/WC、NbN/WC/TiC、BN/TiC/WC、TiB2/TiC/WC、TaB2/VN/WC或W、Mo、V、Nb等难熔材料中的一种或两种以上的混合物。本发明所述合金材料为高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、轴承钢、齿轮钢、不锈钢、高锰钢或金属材料中的一种。
上述铸锻N、B、C及复合物钢的生产方法，按如下步骤实施：
（1）配料：按预先确定的比例5:5，称取对应的硬质材料及合金材料；
（2）熔炼铸型：将步骤（1）称取的合金材料或将已配置材料置入炉中加热至1650℃熔化；向炉内熔体中加入硬质材料或配制材料熔化，搅拌，铸型；
（3）第一次退火：将铸件温度控制在860℃，并在此温度下保温4h；然后随炉冷却至730℃恒温7h，随炉冷却至300℃以下，从炉中取出，空冷至室温；
（4）锻造：将步骤（3）所得毛坯置入模锻模具内进行模锻或自由锻成型，锻造始锻温度控制在1180℃，终锻温度960℃，锻造时要烧透均匀，先轻拍快打，反复多次成型；
（5）第二次退火：将步骤（4）所得产品温度控制在860℃，并在此温度下保温7h；随炉冷却至744℃恒温6h，随炉冷却至300℃以下从炉中取出，空冷至室温；
（6）切割；按具体设计形状及尺寸用线切割进行切割，即得成品。
实施例3
铸锻N、B、C及复合物钢，包括硬质材料及合金材料；所述硬质材料与合金材料的重量比依次为4：1。根据实际设计需要本发明所述硬质材料包括TiN、TaN、ZrN、VN、NbN、BN、TiB2、TaB2、ZrB2、VB2、NbB2、GrB2、TiC、Ti/WC、TiN/WC、ZrN/WC、VN/WC、NbN/WC/TiC、BN/TiC/WC、TiB2/TiC/WC、TaB2/VN/WC或W、Mo、V、Nb等难熔材料中的一种或两种以上的混合物。本发明所述合金材料为高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、轴承钢、齿轮钢、不锈钢、高锰钢或金属材料中的一种。
上述铸锻N、B、C及复合物钢的生产方法，按如下步骤实施：
（1）配料：按预先确定的比例，如4:1，称取对应的硬质材料及合金材料；
（2）熔炼铸型：将步骤（1）称取的合金材料或将已配置材料置入炉中加热至1650℃熔化；向炉内熔体中加入硬质材料或配制材料熔化；搅拌，铸型；
（3）第一次退火：将铸件温度控制在870℃，并在此温度下保温6h；随炉冷却至300℃以下从炉中取出，空冷至室温；
（4）锻造：将步骤（3）所得毛坯置入模锻模具内进行模锻或自由锻成型，锻造始锻温度控制在1150℃，终锻温度960℃，锻造时要烧透均匀，先轻拍快打，反复多次成型；
（5）第二次退火：将步骤（4）所得产品温度控制在870℃，并在此温度下保温7h；随炉冷却至748℃恒温5h，随炉冷却至300℃以下从炉中取出，空冷至室温；
（6）切割；按具体设计形状及尺寸用线切割进行切割，即得成品。
以上所述仅为本发明的优选实施仅举几例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以按实际需要有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铸或锻N、B、C及复合物钢，其特征在于，包括硬质材料及合金材料；所述硬质材料与合金材料的重量百分比依次为1～99:99～1。
2.根据权利要求1所述的铸锻N、B、C及复合物钢，其特征在于：所述硬质材料包括TiN、TaN、ZrN、VN、NbN、BN、TiB2、TaB2、ZrB2、VB2、NbB2、GrB2、TiC、Ti/WC、TiN/WC、ZrN/WC、VN/WC、NbN/WC/TiC、BN/TiC/WC、TiB2/TiC/WC、TaB2/VN/WC或W、Mo、V、Nb难熔材料中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求2所述的铸锻N、B、C及复合物钢，其特征在于：所述合金材料为高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、轴承钢、齿轮钢、不锈钢、高锰钢或金属材料中的一种。
4.根据权利要求1、2或3所述的铸锻N、B、C及复合物钢，其特征在于：所述硬质材料还包括超硬材料废料。
5.根据权利要求1、2或3所述的铸锻N、B、C及复合物钢，其特征在于：所述硬质材料与合金材料的重量比如为1: 9。
6.根据权利要求1、2或3所述的铸锻N、B、C及复合物钢，其特征在于：所述硬质材料与合金材料的重量比如为1: 1。
7.根据权利要求1、2或3所述的铸锻N、B、C及复合物钢，其特征在于：所述硬质材料与合金材料的重量比如为4: 1。
8.根据权利要求1、2或3任一所述的铸锻N、B、C及复合物钢的生产方法，其特征在于，按如下步骤实施：
（1）配料：按预先确定的比例，称取对应的硬质材料及合金材料；
（2）熔炼铸型：将步骤（1）称取的合金材料置入炉中加热至1550～1700℃熔化；向炉内熔体中加入硬质材料熔化，搅拌，将熔液置入铸型模具内进行铸型；
（3）第一次退火：将铸件温度控制在 850℃～880℃，并在此温度下保温6～8h；然后随炉冷却至740±10℃，恒温4～6h，然后随炉冷却至150℃左右从炉中取出，空冷至室温；
（4）锻造：将步骤（3）所得毛坯置入模锻模具内进行模锻成型或自由锻，锻造始锻温度控制在1200～1150℃，终锻温度1000～950℃，锻造时要烧透均匀，先轻拍快打，反复多次成型；
（5）第二次退火：将步骤（4）锻造所得产品温度控制在860～880℃，并在此温度下保温4～8h；然后随炉冷却至740±10℃恒温6～8h，随炉冷却至300℃以下从炉中取出，空冷至室温；
（6）切割；按具体设计形状及尺寸用线切割进行切割，即得成品。
9.根据权利要求1、2或3任一所述的铸锻N、B、C及复合物钢的生产方法，其特征在于：完成步骤（6）后，对需要提高强度、韧性的材料进行热处理；先分级预热，550℃恒温，880℃恒温；淬火温度1000～1100℃；回火温度180～200℃ 回火三次，每次3～4小时。
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