CN1718812A - 可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金 - Google Patents

Abstract

一种可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金，由下述组分制备而成：以TiC或TiC与WC的混合物为主作为硬质相，以Ni、Co、Fe中的一种或两种或三种作为粘结相，再加入按硬质合金总重量计的0－10％的铜和0－10％的锰或锰的化合物，或者0－10％的铜或0－10％的锰或锰的化合物，以及适量的碳，作为添加剂。必要时，还可加入按硬质合金总重量计1－8％的碳化钽或碳化铌或两者的混合物，0.3％－5％的钒或钒的化合物，以及添加1－18％的铬或铬的化合物，0－4％的钼或钼的化合物。本发明具有优良的硬度、韧性、可焊性以及耐腐蚀性能，而且资源广泛，成本价格低，是一种硬质合金新材料。

Description

可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金

技术领域：

本发明涉及一种硬质合金，具体涉及一种可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金。

背景技术：

现有的硬质合金，其组分一般都是以碳化钨作为硬质相，以镍、钴、铁作为粘结相，由于钨是世界上的稀有金属，也是我国的重要战略物资，资源有限，但随着工业化现代化的迅速发展，硬质合金材料应用的日益广泛，作为硬质合金材料主要成分的碳化钨需求量急剧增加。虽然我国是一个钨资源大国，但资源储存量是有限的，越来越难以满足国内生产的需要和国际贸易的需求，以至碳化钨和钨粉成本价格大幅上升，从2004年的70元/kg上升至目前300元/kg以上。钨资源的紧缺和成本价格的上升，为硬质合金生产寻求新的替代原材料提出了新的科研课题。如采用TiC作为硬质合金组分中的硬质相，其原料为钛白粉，资源广泛，成本价格低廉，比重轻，硬度高，显微硬度测定为3200HV，比WC的2400HV还高出800HV。但TiC作为硬质合金的硬质相，存在两个致命的缺点，一是脆性，二是可焊性差，甚至可以说与铜不亲和，焊接不好，严重影响硬质合金的技术性能和推广应用。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，而提供一种资源广泛，成本价格低廉、比重轻、硬度高、可焊性、韧性、耐磨性及耐腐蚀性能优于同类硬质合金的碳化钛基硬质合金。

本发明采用的技术方案是：这种可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金由下述组分制备而成：以TiC或TiC与WC的混合物为主作为硬质相，以Ni、Co、Fe中的一种或两种或三种作为粘结相，再加入按硬质合金总重量计的0-10％的铜和0-10％的锰或锰的化合物，或者0-10％的铜，或者0-10％的锰或锰的化合物，外加适量的碳，作为添加剂。

上述技术方案中，还可添加按硬质合金总重量计1-8％的碳化钽或碳化铌或两者的混合物，以及添加按硬质合金总重量计0.3％-5％的钒或钒的化合物。

上述技术方案中，硬质相与粘结相的百分比配比为：按硬质合金总重量计，25-95％硬质相，5-75％粘结相。

上述技术方案中，还可添加按硬质合金总重量计：1-18％的铬或铬的化合物，制成耐腐蚀合金及热锻模具。

上述技术方案中，还可添加按硬质合金总重量计：0-4％的钼或钼的化合物，进一步强化硬质合金的综合性能。

上述可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金的制造方法为：将各组分原材料进行配比，混合24-48小时，然后经80目过筛，再在60℃以下的温度下干燥，再经20-80目过筛，过筛后掺胶、压制，最后在1360℃-1510℃的高温中真空烧结，经检验，成为成品。

本发明在组分中加入锰或锰的化合物，作为添加剂，锰资源丰富，效能多样，应用广泛，成本价格低，可降低成本30％以上，比重轻，为6-12克/cm³。加入锰后，硬质合金经固溶处理后很软，有很好的韧性。但当受压或受冲击负荷而变形时，其表面层将因变形而强化，并有马氏体及ε相沿滑移面形成，从而使表面层高度耐磨，具有表面耐磨而内部坚韧的时效硬化性能。

本发明在组分中加入铜，作为添加剂，在700℃-1100℃温度下进行热处理(氧焊)，随着温度的升高，溶入合金中的铜也逐渐增多，热处理时效后沉淀强化效果也逐渐显现，使固溶强化的作用逐步提高，强化了粘结相并能减少合金的开裂性能。铜在合金中的弥散分布，在铜焊中能增强与焊铜的亲和力。实验观察发现，铜在合金组分中的加入突出作用还表现在提高抗大气腐蚀的性能。对于TiC与WC的混合物作硬质相而言，由于铜与WC有较理想的润湿角，能有效地包裹硬质相，而且铜与粘结相中的Fe、Co、Ni也有比较理想的润湿角，在强化粘结相结构的同时也包裹并强化了与硬质相的锁链结构，有效阻止硬质相在工作过程中的自由脱落，所以极大提高了其耐磨性能和耐疲劳性能，而铜与锰结合后，能提高粘结相的屈服点，沉淀强化作用更为明显。摔击试验表明：将φ240/φ206×5mm的合金环从2米高处自由落体至水泥地面，合金环无脆裂，这是一般现有硬质合金所无法实现的。

本发明的硬质合金不仅具有81°-91°(HRA)的硬度，而且具有优越的抗裂抗震强度，并具有优良的抗疲劳强度，在铜氧焊过程中，经珠海中航金大陆科技有限公司株洲分公司反复试验用HL105铜焊片及HS221铜焊条经过表面氧化层处理，即可与钢体焊接，而且十分牢固，焊接成本与普通方法相差无异。其硬度通过热焊后，还能上升1-2°(HRA)，这改变了一般硬质合金在热焊后硬度和强度略有下降的状况，本发明的硬质合金还具有一般硬质合金所不具备的在不断工作环境中的自硬性。该合金不但是制作建筑机械-混凝土高压输送泵泵口眼镜板切割环的优质合金材料，而且加入适量的Cr或Cr的化合物，可制成500℃左右高温工作条件的耐腐蚀材料、耐磨材料、热锻模具用材及其零件和工具。

本发明原材料广泛，成本价格低廉，有效解决了钨资源紧缺，成本价格高涨的问题，是硬质合金领域的一项节能技术。本发明经株洲硬质合金集团有限公司物理性能检测以及珠海中航金大陆科技有限公司株洲分公司试验，本发明的硬质合金具有优良的硬度、韧性、可焊性，以及耐腐蚀性能，是一种技术性能优良的硬质合金新产品。

具体实施方式：

实施例1，按硬质合金总重量百分比，取32％TiC，27％WC，6％Ni，1％V-Fe，3％TaC或NbC，4％Mn，22％Fe，2％Co，3％Cu，外加适量的C，混合24-48小时后，80目过筛，过筛后，在60℃以下温度干燥，干燥后，再经20-80目过筛，过筛后掺胶，如掺入橡胶溶液或橡胶石腊等成型剂，掺胶后压制成型，最后在1380℃-1450℃的炉内真空烧结，经检验，成为成品。

实施例2，按硬质合金总重量百分比计，取60％TiC，15％Cr，19％Ni或Fe、Co，1％Cu，5％Mn，外加适量的C，混合24-48小时后，按100目细度过筛，再在60℃温度下干燥，干燥后，再经20-80目过筛，然后掺胶，如掺入橡胶溶液或橡胶石腊等成型剂，再压制成型，最后在1380℃-1450℃的高温下真空烧结，烧结后经检验，成为成品。

Claims (5)

1.一种可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金，由下述组分制备而成：以TiC或TiC与WC的混合物为主作为硬质相，以Ni、Co、Fe中的一种或两种或三种作为粘结相，其特征在于再加入按硬质合金总重量计的0-10％的铜和0-10％的锰或锰的化合物，或者0-10％的铜，或者0-10％的锰或锰的化合物，再加适量的碳，作为添加剂。

2.根据权利要求1所述的可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金，其特征在于还可添加按硬质合金总重量计1-8％的碳化钽或碳化铌或两者的混合物，以及添加按硬质合金总重量计0.3％-5％的钒或钒的化合物，作为硬质相。

3.根据权利要求1所述的可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金，其特征在于还可添加按硬质合金总重量计1-18％的铬或铬的化合物。

4.根据权利要求1或2所述的可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金，其特征在于还可添加按硬质合金总重量计0-4％的钼或钼的化合物。

5.根据权利要求1或2所述的可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金的制造方法，其特征在于将各组分原材料进行配比，混合24-48小时，然后经80目过筛，再在60℃以下的温度干燥，再经20-80目过筛，过筛后掺胶、压制，最后在1360℃-1510℃的高温中真空烧结，经检验，成为成品。