CN1566388A - TiC硬质合金 - Google Patents

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陈蔚
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Abstract

本发明为TiC硬质合金。它由硬质相和粘结相组成，所述硬质相为TiC或Ti(C，N)，其质量百分比含量为40－95％；所述粘结相为Fe－Ni－Ti，其质量百分比含量为5－60％。产品物理机械性能优良，工业应用造价和生产成本大幅降低，还节约了钨资源。

Description

TiC硬质合金
技术领域
本发明涉及硬质合金材料。
背景技术
现有硬质合金是指以WC为第一硬质相，以Co为粘结相的粉末冶金烧结材料。硬质合金是一种高效能的工具材料，应用范围涉及诸多工业部门，包括：切削工具、地质矿山工具、耐磨零件、结构部件、模具、量具、夹具以及一些特殊应用等，发明硬质合金已有近80年的历史，至今，仍一直沿用WC和Co这两种资源。但是，钨资源的日益短缺和不可再生性，已是一个严重和亟待解决的问题。
另一方面，目前工业上TiC并不能应用于硬质合金材料领域，仅应用于金属陶瓷。TiC金属陶瓷是以Ni-Mo为粘结相的一种脆性材料，故局限在应用于少量的切削工具，这是由于在TiC-Ni-Mo金属陶瓷中，Mo既能润湿TiC达到烧结致密化，但又形成了TiC-Mo2C脆性相，其包覆在TiC颗粒周围，即金属陶瓷领域中十分著名的所谓环形结构或称包覆相、SS相(Surrounding Structure)；这种脆性使TiC金属、陶瓷不可能获得高的强度，也就使它无法延伸到具有更大应用范围的硬质合金材料领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供一种TiC硬质合金，具有优良的物理机械性能，可大幅降低其在工业应用上的造价和生产成本，还可节约钨资源。
本发明的技术解决方案是，所述TiC硬质合金由硬质相和粘结相组成，所述硬质相为TiC或Ti(C，N)，其质量百分比含量为40-95％；所述粘结相为Fe-Ni-Ti，其质量百分比含量为5-60％。
以下对本发明做出进一步说明。
在本发明的上述成分中，在所述硬质相TiC或Ti(C，N)中可添加不多于其总量(重量份)35％的WC或TaC，或其它碳化物；所述粘结相Fe-Ni-Ti由Fe、Ni、Ti三种单质粉末，或由Fe-Ni和Ti两种粉末，或由Fe-Ni-Ti预合金粉末组成，其质量百分比含量分别为，Fe：50-80％，Ni：20-50％，Ti 0-10％；一种常用的配方是：Fe 68.9％，Ni 29.6％，Ti 1.5％。
本发明的烧结工艺是，将粉末压制的毛坯先在N2气中预烧，紧接着真空烧结(WC硬质合金是在H2气中预烧，然后真空烧结)。本发明制品在N2气中预烧时，粘结相中的Ti与N2气发生化学反应，形成TiN，随后的真空烧结形成TiC-TiN固溶体，即Ti(C、N)化合物，使合金性能得到进一步改善，由此获得烧结碳化物制品，即本发明的TiC硬质合金。
本发明TiC硬质合金具有优良的物理机械性能，主要技术指标达到目前工业WC硬质合金的标准，现列举五种TiC硬质合金的化学成份和物理机械性能，列如下表：
 合金序号                   化学成份％                          物理机械性能
硬质相(TiC) 粘结相(68.9Fe-29.6Ni-1.5Ti) 密度(g/cm3) 抗弯强度(Mpa) 硬度(HRA)    平均晶粒度(μm)
1 75 25 5.44 1670 89.0 3.0
  2   70      30    5.56   1910     88.0     2.5
  3   66      34    5.66   2150     86.5     3.0
  4   61      39    5.79   2200     84.5     2.5
  5   56      44    5.93   2320     83.0     2.5
由以上可知，本发明为TiC硬质合金，其特点有：
1、节约钨资源；
2、物理机械性能优良；
3、本发明TiC硬质合金具有很低的密度，仅为WC硬质合金密度的0.35倍，即在同样质量下，体积为WC硬质合金的2.8倍。因此，工业应用上的造价将大幅度降低。
4、本发明TiC硬质合金材料资源丰富，价格低廉。因此，生产成本也将大幅度降低。
5、本发明TiC硬质合金采用的Fe-Ni-Ti粘结相不形成TiC-Mo脆性相，又能润湿TiC，达到烧结致密化，使合金获得高强度，从而延伸到硬质合金材料的应用领域，这一领域目前是由含有日益短缺钨资源的WC-Co材料所占领。
本发明TiC硬质合金的显微组织(1600倍)示于图1，该图中显示了TiC颗粒清晰的立方形晶粒结构，不存在脆性的环形组织。
附图说明
图1是TiC硬质合金显微组织(1600x)。
具体实施方式
实施例1：一种TiC硬质合金由硬质相TiC和粘结相Fe-Ni-Ti组成，TiC占66％，Fe-Ni-Ti占34％，Fe-Ni-Ti由羰基Fe粉，羰基Ni粉和Ti粉按Fe68.9％，Ni29.6％和Ti1.5％的重量百分比配合。TiC粉、Fe粉、Ni粉和Ti粉，在球磨机中研磨48小时，研磨介质为工业酒精，物料经沉淀、干燥、过筛，然后加入增型剂丁钠橡胶溶液，进行成型压制，压制毛坯在真空烧结炉中进行烧结，首先通入N2气预烧，预烧温度1200℃，保温1小时，随后切断N2气，进行真空烧结，烧结温度1400℃，保温45′；获得TiC硬质合金的物理机械性能为：密度5.66g/CM3，抗弯强度2150Mpa，硬度HRA86.5，平均晶粒度3.0μm。
实施例2：TiC硬质合金由硬质相56％TiC和粘结相44％Fe-Ni-Ti组成，本实施例除真空烧结温度1380℃，不同于实施例1之外，其余条件均同实施例1。合金的物理机械性能为：密度5.93g/cm3，抗弯强度2329MPa，硬度HRA83.0，平均晶粒度2.5μm。
实施例3：TiC硬质合金由硬质相77％Ti(C、N)和粘结相23％Fe-Ni-Ti组成。Ti(C、N)含7％TiN，Fe-Ni-Ti由羰基Fe-Ni粉和Ti粉按69％Fe，30％Ni和1％Ti的比例配合。粉末在球磨机中研磨72小时，然后沉淀、干燥、过筛，加入石蜡增塑剂进行压制成型。压制毛坯在N2气中于1200℃，经2小时预烧，然后真空烧结，烧结温度1420℃，保温45′，便获得烧结制品。合金的物理机械性能为：密度5.41g/cm3，抗弯强度1650MPa，硬度HRA91.5，平均晶粒度1.6μm。

Claims (4)

1、一种TiC硬质合金，由硬质相和粘结相组成，其特征是，所述硬质相为TiC或Ti(C，N)，其质量百分比含量为40-95％；所述粘结相为Fe-Ni-Ti，其质量百分比含量为5-60％。
2、根据权利要求1所述的TiC硬质合金，其特征是，在所述硬质相TiC或Ti(C，N)中添加不多于其总重量份35％的WC或TaC。
3、根据权利要求1所述的TiC硬质合金，其特征是，所述粘结相Fe-Ni-Ti由Fe、Ni、Ti三种单质粉末，或由Fe-Ni和Ti两种粉末，或由Fe-Ni-Ti预合金粉末组成，其质量百分比含量分别为，Fe：50-80％，Ni：20-50％，Ti0-10％。
4、根据权利要求1所述的TiC硬质合金，其特征是，所述粘结相的一种配方是：Fe68.9％，N29.6％，Ti1.5％。
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