CN1548567A

CN1548567A - Wc系无磁性钢结硬质合金材料

Info

Publication number: CN1548567A
Application number: CNA031183557A
Authority: CN
Inventors: 张春友
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-24

Abstract

本发明公布了制造无磁性WC系钢结硬质合金材料的成分和工艺实施过程。按照本发明设计的成分和技术，只要调整硬质相WC和C的含量，可生产出不同性能的烧结态无磁性的WC系钢结硬质合金材料。在本发明中原材料的应用可以是Fe、Mn、Ni、C的纯金属粉末，也可以是Mn、Fe中间合金粉末。该种材料具有极高的硬度、强度和耐磨性。可作为矿山工具材料和磨具材料使用。可焊接、镶铸、镶嵌，可用磁性检验判断合金的适用性。

Description

WC系无磁性钢结硬质合金材料

本发明涉及用粉末冶金方法制取一种无磁性的WC系高锰钢结硬质合金材料。

目前，我国属于WC系列的高锰钢结硬质合金还未见有标准牌号。特别是低粘结相的WC系的钢结硬质合金的商业性产品几乎没有。另据德国材料学家Jakob等《InternationalJournal of Refraltory Metals & Hard Materidls》，1993～1994年的No6期341～348页上发表的“Characteri Zation of the Serviceability of Steel-BondedHardmetals”一文中，曾提到低粘强相钢结硬质合金(粘结相含量＜50％体积)很少有人研究。根据上述情况以及钴的昂贵和资源的贫泛问题，创新开发了廉价的低粘结相的“WC系无磁性钢结硬质合金材料”。

本发明的目的，是立足于我国资源条件和经济原则以及国内外的开发状况，提供了一种以高锰钢为粘结相，代替昂贵的钴的低粘结相材料，以其在某些工况条件下代替WC-Co类硬质合金。

本发明提供了一种WC系无磁性高锰钢结硬质合金材料的新成分，其硬质相WC(wt％)为：75.0～90.0，粘结相高锰钢25.0～10.0；其中Mn14.0～18.0，Ni3.0～6.0，C0.9～1.9，Fe为余量。

本发明是以高锰钢为粘结相，但又区别于高锰钢成分加入了一定量的镍而研制成功的。因为Ni原子与Mn和γ-Fe原子的半径相差极小，能固溶于γ铁中，起到扩大奥氏体相区的作用，从而提高合金的强韧性。本发明属于低粘结相含量的一种钢结硬质合金材料，它可仿制相应的WC-Co类硬质合金牌号，但又不宜仿制极低粘结相类的合金。

本发明是在完全区别于以往的研究观点上进行创新实现的。例如，在20世纪的70或80年代的科技书刊中都认为：正常的高锰钢结硬质合金的烧结态组织，其粘结相为多相组织，合金有磁性，需经1050℃的高温水韧处理后为无磁性的单一奥氏体。但在当今的粉末冶金材料制造中，无论是生产厂家和用户都不愿意使用二次能源浪费和人员工时的浪费来对材料进行处理，所以本发明通过对锰碳成分的研究发现，当锰碳成分低于本发明成分时，合金存在磁性，如表所示。

85％WC高锰钢结硬质合金的矫顽磁力(kA/m)

1号粗颗粒WC非合格成分 1号粗颗粒WC非合格成分 1号粗颗粒WC非合格成分

27.41 34.98 34.29 8.1 7.7 8.6 全部测不出磁性

为了解释合金存在磁性的问题，对其进行了金相组织分析，见照片1和2，照片中三角形、四边形和多边形的白色块状物为WC硬质相，其余为高锰钢粘结相组织。照片中存在磁性的合金其WC晶粒有明显邻接现象和晶粒聚集长大现象，平均晶粒度3.65μm，粘结相的结构分析为碳化物桥接相，无磁性合金的WC晶粒边界清晰，棱角分明，硬质相分布均匀，晶粒度≤2.4μm，粘结相为初晶奥氏体。另外对WC晶粒间的粘结相进行多处能谱成分分析，结果发现，无磁性合金的粘结相总量平均为56.9％，有磁性合金的粘结相总量平均仅为22.89％，说明合金中的粘结相流失和挥发严重，是导致合金形成磁性和形成硬而脆的碳化物相的主要原因。进一步的研究是将85％WC的有磁和无磁合金进行加工硬化试验，证明无磁性合金从烧结态硬度HRA81.5～82.5上升到HRA84～86。而有磁性合金的烧结态硬度已达HRA88～89.5，在模拟加工硬化试验过程中全部碎裂，无加工硬化效果。由此可以说明该发明成分可实现烧结态组织为无磁性的单相奥氏体。

本发明的工艺流程为：①配料计算；②湿磨混料，在酒精保护下，以球料比3∶1的比例球磨18～24小时；③过滤干燥，采用酒精蒸馏干燥器干燥，既可回收酒精，又可干燥物料；④掺胶制粒，在螺施搅拌机中掺胶，成型剂量按80～110mL/kg为宜，在制粒机内制粒或采用喷雾干燥法制粒；⑤压制成型，成型压力，以每平方厘米800～1200kg为宜；⑥真空烧结，其产品的最终烧结温度控制为1420℃；⑦产品检验包装出厂，检验可用磁能积≥6.0的永久磁钢或钕铁硼磁钢进行测试，合金被吸住的判为不合格，不需再进行其它项目检验，反之易然。

实施例

在用粉末冶金工艺实施生产钢结硬质合金时，首先应根据用户要求或工况条件的要求，选择适当的合金牌号，从而确定合金硬质相WC的含量，例如矿山工具材料(一齿钎头等产品)一般碳化钨的加入量有85％或89％的，如果所用的碳化钨是85％，则用配料的总重量乘以该百分比，即为硬质相的重量；再用总重量减去硬质相的重量，剩下为粘结相高锰钢的重量，然后用粘结相的重量去乘以本专利确定的Mn、Fe、C、Ni等元素的百分比含量，即为各元素的重量；如果应用的原料有锰铁中间合金，则要将中间合金中的Mn、Fe、C元素计入。在计算好各元素的重量后进行称量，将称好的原料装入不锈钢球磨筒中，并向筒中加入按物料计每公斤250mL的酒精，然后开机球磨，其球磨时间和其它工序及技术参数按上节制定的工艺流程进行。但在烧结工艺过程中，要按三个阶段控制升温速度和保温时间。如20℃～700℃为脱胶阶段，升温2h，保温1h；700℃～1370℃为固相烧结阶段升温4h，保温1h；最后是1370℃～1420℃为液相烧结阶段，升温2h，保温0.5h；全程烧结10.5h。

按本实施例烧结制取的含WC85％的一齿钎头矿山工具材料，烧结态产品无磁性，硬度HRA81.5～82.5，密度13.5～13.7/cm³，抗弯强度≥2200MPa/mm²。

Claims

1、一种以WC为硬质相，高锰钢为粘结相的无磁性钢结硬质合金材料，其特征是硬质相为(wt％)，WC75.0～90.0，粘结相高锰钢25.0～10.0，其中Mn14.0～18.0，Ni3.0～6.0，C0.9～1.9，Fe余量。

2、按照权利要求1所述，其特征是只要调整WC和C的含量，可以根据工况条件的要求，生产出不同性能和用途的WC系高锰钢结硬质合金材料。

3、按照权利要求1所述，其特征是只要将粘结相成分控制在要求范围内，可实现产品无磁性，并可由磁性检验来判断合金的适用性。