一種鋼結硬質合金及其製作工藝的製作方法
2024-01-31 00:00:15 2
專利名稱：一種鋼結硬質合金及其製作工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼結硬質合金及其製作工藝，特別是GT35鋼結硬質合金及其製作工藝。
工業的發展需要各種工具鋼和模具鋼，鋼鐵工業的發展對耐火材料質量要求日益提高，長期以來國內耐火材料工業存在著成型模具使用壽命短，鋼材耗用量大，模具費用高，模具加工跟不上生產發展的需要，為此冶金部十分重視模具這一問題。一九七九年冶金部呈與義大利碳化鎢公司談判，但每付模具索價9300美元，價格太高未達成協議，循後在上海耐火材料廠攻關，採用氣體碳氮共滲熱處理工藝用Cr12Mor高合金剛製作模具，同時採用鎢-鈷硬質合金鑲片粘鋃模具，在使用壽命上有較大提高，但加工困難，使用範圍受到限制。
本發明的目的在於提供一種具有高硬度，高耐磨性和較高的強度便於機加工能製造各種複雜模具的鋼結合金材料及其製作工藝。
本發明提供了一種經熱處理後具有高硬度、高耐磨性和高的強度一定的韌性及良好的工藝特性，該材料能適應各種機加工，能鍛造、焊接、經熱處理後變形小，其機械性能，密度6.4～6.6g/cm3，經退火後硬度HRC39～45，淬火硬度HRC67～72，抗彎強度150～180kg/mm2，抗壓強度＞300kg/mm2，衝擊韌性0.6～0.9kgm/cm2，由於具有上述性能該材質便於機加工能製作特、大、異型耐火材料成型模具以及冷拉、冷撥、衝壓、剪切等各類模具。GT35鋼結硬質合金是以鋼為粘結相以碳化鈦為硬質相的硬質合金組合材料。
以下結合附圖及實例對本發明的內容作進一步詳細描述，說明如下
圖1為本發明的鍛造加熱工藝圖。
圖2為本發明的退火加熱工藝圖。
圖3為本發明的淬火加熱工藝圖。
圖4為本發明的回火加熱工藝圖。
圖5為本發明的碳、氮二元共滲或碳、氮、硼三元共滲熱處理工藝圖。
GT35鋼結硬質合金製作方法及工藝流程合金燒結毛坯→退火→鍛造→退火→機加工→淬火(化學熱處理)→回火→磨削加工→組裝→成品。分述如下一、GT35鋼結硬質合金化學成份及鍛造加工。
GT35鋼結硬質合金是採用粉末冶金方法生產的一種組合材料，其坯料經真空爐燒結而成，其化學成份，碳化鈦TiC35%、鉬Mo2%、銘Cr2%、碳C0.5%、鐵Fe餘量。其鋼基體類型屬於銘、鉬中合金鋼。
鍛造前，先將毛坯表面雜質磨掉(打磨)然後入爐加熱，進行鍛造其工藝如圖1所示。需特別嚴格控制始鍛溫度(1200°～1220℃)和終鍛溫度(900°～950℃)，第一火鍛造時，首先將毛坯倒邊、倒小角打平後重新加熱，第二火反覆倒邊、倒角重鍛撥長，撥長時必須從頭至尾，不可重鍛工件中心部位，否則產生裂紋。第三火反覆倒邊倒角撥長直至達到所需形狀尺寸，鍛好後的毛坯必須進行保溫冷卻或隨爐冷卻，否則對退火及機加工不利，硬度偏高。
二、GT35鋼結硬質合金的熱處理包括退火，淬火及化化處理，回火過程。鋼結合金的熱處理目的及工藝如下述1、退火的目的是為了降低合金的硬度使其能承受各種機加工和其他加工工藝，經燒結後的GT35鋼結合金組織結構常為細珠光體，其硬度較高(HRC50～60)，鍛造後硬度更高(HRC60～62)，因此必須在360°～880℃退火，參見圖2，由於GT35鋼結合金退火工藝要求高，周期長，為防止脫碳必須採用木炭或鑄鐵屑等保護措施，退火後出爐溫度控制在200°～250℃，否則導致硬度偏高不利加工。
2、淬火目的在於提高GT35合金的硬度、強度、耐磨和抗腐蝕等性能。熱處理設備可採用箱式爐、鹽浴鹽、井式氣體爐等，其淬火工藝如圖3所示，淬火介質可採用2號、3號錠子油或30號、45號機油，淬火時油溫必須加熱到30°～50℃，否則會導致開裂。淬火狀態的鋼結合金其金相組織結構常為TiC+馬氏體。
3、回火目的是消除淬火應力，穩定組織結構，提高韌性等以便獲得良好的綜合機械性能，GT35合金淬火後其硬度隨回火溫度的升高而硬度降低，其韌性則相應提高，因此回火溫度的選擇要根據具體用途而定，用於模具其回火溫度採用低溫回火160°～200℃，其回火工藝如圖4所示。回火組織特徵，低溫回火TiC+回火馬氏體+碳化物，高溫回火TiC+索氏體(或屈氏體)+碳化物。
4、表面化學熱處理，為了獲得表面的超硬層及特殊性能，對耐火材料成型模具可採用碳、氮二元共滲工藝或碳、氮、硼三元共滲工藝，採用井式氣體爐進行熱處理時其工藝如圖5所示，在800℃時滴入甲醇120～150滴/分，乙醇80～120滴/分(滴頭φ2～3mm860°～980℃時甲醇80～100滴/分，乙醇加硼幹溶液100～120滴/分，氨氣30～35毫米水柱或三乙醇胺80～120.0滴/分，總之在加熱700℃以上時必須加入保護氣體，以免氧化脫碳。
三、GT35鋼結合金的機加工及在耐火材料成型模具上的應用退火態的鋼結合金，可進行各種機加工，其車削時採用yH2刀具ycog等均可，車削時幹態忽加冷卻液否則硬度增高不利加工，磨削加工時對淬火退火的零件可採用下述配方冷卻液為佳，其冷卻液配方為在100克水中加入0.2～0.7克硼砂，0.2～0.5克三乙配胺，0.1克左右亞硝酸鈉。對淬火狀態的GT35合金磨削時最好採用JRl金剛石砂輪，速度以15～25米/秒進給深度為0.01～0.02mm為佳。
耐火材料成型模具一般由兩部分組成外框及模板外框由45＃鑄鋼製作，模板採用高銘合金鑄鐵與GT35合金板鑲嵌而成其工藝流程為
GT35合金與高銘合金模板鑲嵌→精磨→組裝。
權利要求
1.本發明涉及鋼結硬質合金，特別是GT35型結硬質合金，其特徵在於採用粉末冶金方法生產而成，主要由碳化鈦、鉬、銘、碳、鐵等組份經壓制燒結而成的銘鉬中合金鋼。該材料經碳、氮、硼共滲熱處理後，具有高硬度、高耐磨性、高的剛性和較高的強度及韌性，良好的機加工性能和抗腐蝕等特性。該材料能製造複雜特、大、異型耐火材料成型模具及多種類型模具如冷衝模、拉絲模等。GT35鋼結硬質合金是以鋼為粘結相，以碳化鈦(或碳化鎢)為硬質相的硬質合金組合材料。
2.根據權利要求1所述的鋼結硬質合金，其特徵在於合金的化學成份含量即碳化鈦TiC35%、鉬Mo2%、銘Cr2%、碳C0.5%鐵Fe餘量。
3.根據權利要求1所述的鋼結硬質合金，其機械性能為密度為6.4～6.6g/cm3，退火硬度HRc39～45，淬火硬度HRc67～72，抗彎強度150～180kg/mm2，抗壓強度＞300kg/mm2，衝擊韌性0.6～0.9kg/cm2，還具有良好的機加工等特性。
4.一種鋼結硬質合金的製作方法，其特徵在於熱處理採用碳、氮、硼三元共滲工藝，其工藝流程鋼結合金燒結毛坯→退火→加熱鍛造→球化退火→機加工→淬火→回火。
5.根據權利要求4所述鋼結硬質合金的製作工藝，其特徵在於鍛造溫度和熱處理溫度的控制即始鍛溫度在1200°～1220℃，終鍛溫度在900°～950℃，熱處理退火溫度860°～880℃，退火出爐溫度在200°～250℃，淬火960°～1050℃，保溫1.5～2小時，淬火時油溫加熱30～50C，模具的回火溫度160°～200℃左右。
6.根據權利要求4或5所述方法處理的鋼結硬質合金，其特徵在於該合金的組織特徵燒結狀態TiC+貝氏體，退火狀態TiC+球化體，淬火狀態TiC+馬氏體，低溫回火狀態TiC+回火馬氏體+碳化物，高溫回火狀態TiC+索氏體(或屈氏體)+碳化物。
全文摘要
本發明是涉及GT35鋼結硬質合金及其製造工藝，目的為提供一理想的模具材料。特別是耐火材料成型模具，要求高的耐磨性和高的硬度及強度，而GT35鋼結硬質合金是以鋼為粘結相，以碳化鈦為硬質相的硬質合金組合材料，具有良好的機械性能，高硬度、高耐磨性、高的強度、高的剛性和韌性。並具有良好的工藝特性。
文檔編號C22C38/36GK1031864SQ88105759
公開日1989年3月22日 申請日期1988年8月1日 優先權日1988年8月1日
發明者陳新國 申請人:湖南省冷水灘耐火材料廠