CN112301295B - 一种钢结硬质合金及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钢结硬质合金及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢结硬质合金及其制备方法和应用，所述钢结硬质合金包括如下质量百分含量的组分：碳化钛35～45%、还原铁粉40～50%、还原钼粉2～5%、还原镍粉2～5%、锰粉10～15%和铬粉0～3%。本发明一种钢结硬质合金及其制备方法和应用，通过硬质相和粘结相的选择和配比设计，以及粘结性成分的配比设计，通过合理的制备工艺，使所制备得到的钢结硬质合金具有良好的抗冲击性能和耐磨性，同时具有优异的热稳定性，经水韧处理后无开裂现象，力学性能稳定性高，适合铸造一体式辊压机辊套或辊皮衬板。

Description

一种钢结硬质合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及合金制备技术领域，特别是涉及一种钢结硬质合金及其制备方法和应用。
背景技术
辊压机辊套的发展经历了堆焊辊、离心复合辊、碳化钨硬质合金柱钉辊和铸造式铸钉辊。目前市面上应用比较多的是堆焊辊、柱钉辊和镶嵌式铸钉辊，但是镶嵌式铸钉辊正逐步取代堆焊辊和柱钉辊。
镶嵌式铸钉辊采取先锻造母体（辊套），然后在母体上进行数控开孔，再将碳化钨硬质合金通过胶水固定在孔内，其不足之处主要体现在生产成本非常高，辊套在使用过程中受热后会造成胶水汽化，导致硬质合金钉松动，甚至脱落，缩减使用寿命。
中国专利CN 207722863 U公开了一种铸有硬质合金柱钉的辊压机辊套，其采用将硬质合金铸钉直接以铸造的方式结合到辊套上，解决了铸钉松动或脱落的问题。但这种铸造式结合的铸钉与辊套是一体的，因此需要和母体一起进行热处理，现有使用的硬质合金在与辊套一同进行热处理后，容易发生开裂等问题，很难保证热处理后的铸钉的使用性能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种钢结硬质合金及其制备方法和应用，能够解决现有铸造式铸钉辊的铸钉在热处理后，其性能改变，易出现开裂等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种钢结硬质合金，包括如下质量百分含量的组分：
碳化钛 35～45%、还原铁粉40～50%、还原钼粉 2～5%、还原镍粉2～5%、锰粉10～15%和铬粉0～3%。
在本发明一个较佳实施例中，所述钢结硬质合金还包括钒铁粉，所述钒铁粉的质量百分含量为 0～3%。
在本发明一个较佳实施例中，所述钢结硬质合金还包括铌铁粉，所述铌铁粉的质量百分含量的0～5%。
在本发明一个较佳实施例中，所述碳化钛、还原钼粉、还原镍粉、锰粉、铬粉、还原铁粉、钒铁粉和铌铁粉的粒度为60～200目。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种钢结硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）湿磨：称取配方量的各组分混合，加入湿磨剂一起球磨；
（2）压制成型：将湿磨后的物料烘除湿磨剂后，与成型剂共混，然后用模具压制成所需的形态；
（3）烧结成型：将压制成型后的物料置入真空烧结炉内烧结成型，得到所述钢结硬质合金。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述湿磨剂为无水乙醇；所述湿磨的工艺条件为：混合的各组与湿磨剂的质量比为1:1～1.5:1；所述湿磨的时间为18～20h。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，烘除湿磨剂的所述物料与成型剂的重量比为5：1～10：1。
在本发明一个较佳实施例中，所述成型剂为丁腈橡胶的汽油溶液，其中，丁腈橡胶橡胶的质量分数为60～80%。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述烧结工艺在真空条件下进行，包括三阶升温阶段：
第一阶段：以8～10℃/min的恒定升温速率，从室温升温至350～400℃，恒温保持1～1.5h；
第二阶段：以5～8℃/min的恒定升温速率，继续升温至1000～1050℃，恒温保持1～1.5h；
第三阶段：以2～5℃/min的恒定升温速率，继续升温至1400～1450℃，恒温保持2～2.5h；
最后随炉冷却至100℃以下，出炉。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种钢结硬质合金的应用，用于铸造一体式辊压机辊套或辊皮衬板。
本发明的有益效果是：本发明一种钢结硬质合金及其制备方法和应用，通过硬质相和粘结相的选择和配比设计，以及粘结性成分的配比设计，通过合理的制备工艺，使所制备得到的钢结硬质合金具有良好的抗冲击性能和耐磨性，同时具有优异的热稳定性，经水韧处理后无开裂现象，力学性能稳定性高，适合铸造一体式辊压机辊套或辊皮衬板。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明公开了一种钢结硬质合金，包括如下质量百分含量的组分：碳化钛 35～45%、还原铁粉40～50%、还原钼粉 2～5%、还原镍粉2～5%、锰粉10～15%，铬粉0～3%、钒铁粉0～3%、铌铁粉0～5%；其中，所述碳化钛、还原钼粉、还原镍粉、锰粉、铬粉、还原铁粉、钒铁粉和铌铁粉的粒度为60～200目。
实施例1
一种钢结硬质合金，以质量百分含量计算，包括目数为60～100目的各组分，具体为碳化钛 35%、还原铁粉40%、还原钼粉 5%、还原镍粉3%、锰粉12%，铬粉2%、钒铁粉2%、铌铁粉1%。
制备方法为：
（1）湿磨：称取150kg配方量的碳化钛、还原铁粉、还原钼粉、还原镍粉、锰粉、铬粉、钒铁粉和铌铁粉于球磨机中，然后加入120kg无水乙醇作为湿磨剂，在球磨机内湿磨20h；
（2）压制成型：将湿磨后的物料从球磨机内出料，然后烘除湿磨剂，加入占其质量比为1/5的成型剂共混搅拌均匀，所述成型剂为丁腈橡胶的汽油溶液，其中，丁腈橡胶橡胶的质量分数为80%，汽油为120#汽油，然后共混搅拌均匀的混合物料放置于干燥室内，直至其中的汽油挥发完全，将剩余量的物料加入到专用模具内压制成所需的形态；
（3）烧结成型：将压制成型后的物料置入真空烧结炉内烧结成型，在真空条件下，先以10℃/min的恒定升温速率，从室温升温至350℃，恒温保持1h，再5℃/min的恒定升温速率，继续升温至1050℃，恒温保持1h；最后以2℃/min的恒定升温速率，继续升温至1400℃，恒温保持2h；随炉冷却至100℃以下，出炉。
实施例2
一种钢结硬质合金，以质量百分含量计算，包括目数为100～150目的各组分，具体为碳化钛 38%、还原铁粉42%、还原钼粉 5%、还原镍粉1%、锰粉10%，铬粉1%、钒铁粉0%、铌铁粉3%。
其制备方法为：
（1）湿磨：称取150kg配方量的碳化钛、还原铁粉、还原钼粉、还原镍粉、锰粉、铬粉、钒铁粉和铌铁粉于球磨机中，然后加入120kg无水乙醇作为湿磨剂，在球磨机内湿磨19h；
（2）压制成型：将湿磨后的物料从球磨机内出料，然后烘除湿磨剂，加入占其质量比为1/6的成型剂共混搅拌均匀，所述成型剂为丁腈橡胶的汽油溶液，其中，丁腈橡胶橡胶的质量分数为80%，汽油为120#汽油，然后共混搅拌均匀的混合物料放置于干燥室内，直至其中的汽油挥发完全，将剩余量的物料加入到专用模具内压制成所需的形态；
（3）烧结成型：将压制成型后的物料置入真空烧结炉内烧结成型，在真空条件下，先以8℃/min的恒定升温速率，从室温升温至380℃，恒温保持1h；以5℃/min的恒定升温速率，继续升温至1000℃，恒温保持1.5h；最后以5℃/min的恒定升温速率，继续升温至1400℃，恒温保持2h；随炉冷却至100℃以下，出炉。
实施例3
一种钢结硬质合金，以质量百分含量计算，包括目数为150～200目的各组分，具体为碳化钛 40%、还原铁粉40%、还原钼粉 2%、还原镍粉3%、锰粉10%，铬粉1%、钒铁粉2%、铌铁粉2%。
其制备方法为：
（1）湿磨：称取150kg配方量的碳化钛、还原铁粉、还原钼粉、还原镍粉、锰粉、铬粉、钒铁粉和铌铁粉于球磨机中，然后加入120kg无水乙醇作为湿磨剂，在球磨机内湿磨18h；
（2）压制成型：将湿磨后的物料从球磨机内出料，然后烘除湿磨剂，加入占其质量比为1/10的成型剂共混搅拌均匀，所述成型剂为丁腈橡胶的汽油溶液，其中，丁腈橡胶橡胶的质量分数为60%，汽油为120#汽油，然后共混搅拌均匀的混合物料放置于干燥室内，直至其中的汽油挥发完全，将剩余量的物料加入到专用模具内压制成所需的形态；
（3）烧结成型：将压制成型后的物料置入真空烧结炉内烧结成型，在真空条件下，先以5℃/min的恒定升温速率，从室温升温至350℃，恒温保持1.5h，再5℃/min的恒定升温速率，继续升温至1050℃，恒温保持1h；最后以5℃/min的恒定升温速率，继续升温至1450℃，恒温保持2h；随炉冷却至100℃以下，出炉。
上述方法制备得到的钢结硬质合金，其性能如下表所示：
Figure 694195DEST_PATH_IMAGE001
对上述实施例制备得到的钢结硬质合金进行水韧处理，条件为：先在固熔炉内加热至1100℃，恒温保持1.5h（三种实施例中的样品厚度均为30mm），然后浸入25℃的流动水中淬火2h以上。检测水韧处理后的样品发现，3种样品的表观质量良好，无开裂现象，再进行性能测试，发现其冲击韧性和耐磨性的变化在±0.5%的范围内。说明本发明的钢结硬质合金的性能较好，热处理前后的性能稳定性高，且具有良好的冲击韧性和耐磨性。
上述方法制备的钢结硬质合金可用于造一体式辊压机辊套或辊皮衬板。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种钢结硬质合金，其特征在于，包括如下质量百分含量的组分：碳化钛35～45%、还原铁粉40～50%、还原钼粉2～5%、还原镍粉2～5%、锰粉10～15%和铬粉1～3%；所述钢结硬质合金还包括钒铁粉，所述钒铁粉的质量百分含量为2～3%；所述钢结硬质合金还包括铌铁粉，所述铌铁粉的质量百分含量的1～5%；
所述的钢结硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）湿磨：称取配方量的各组分混合，加入湿磨剂一起球磨；所述湿磨剂为无水乙醇；所述湿磨的工艺条件为：混合的各组与湿磨剂的质量比为1:1～1 .5:1；所述湿磨的时间为18～20h；
（2）压制成型：将湿磨后的物料烘除湿磨剂后，与成型剂共混，然后用模具压制成所需的形态；所述成型剂为丁腈橡胶的汽油溶液，其中，丁腈橡胶橡胶的质量分数为60～80%；
（3）烧结成型：将压制成型后的物料置入真空烧结炉内烧结成型，得到所述钢结硬质合金；所述烧结工艺在真空条件下进行，包括三阶升温阶段：
第一阶段：以8～10℃/min 的恒定升温速率，从室温升温至350～400℃，恒温保持1～1.5h；第二阶段：以5～8℃/min 的恒定升温速率，继续升温至1000～1050℃，恒温保持1～1.5h；第三阶段：以2～5℃/min 的恒定升温速率，继续升温至1400～1450℃，恒温保持2～2.5h；最后随炉冷却至100℃以下，出炉。
2.根据权利要求1 所述的一种钢结硬质合金，其特征在于，所述碳化钛、还原钼粉、还原镍粉、锰粉、铬粉、还原铁粉、钒铁粉和铌铁粉的粒度为60～200 目。
3.根据权利要求1 所述的一种钢结硬质合金，其特征在于，所述步骤（2）中，烘除湿磨剂的所述物料与成型剂的重量比为5：1～10：1。
4.一种权利要求1 所述的钢结硬质合金的应用，其特征在于，用于铸造一体式辊压机辊套或辊皮衬板。
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