可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金的製作方法
2023-09-21 01:11:30 3
專利名稱：可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種硬質合金，具體涉及一種可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金。
背景技術：
現有的硬質合金，其組分一般都是以碳化鎢作為硬質相，以鎳、鈷、鐵作為粘結相，由於鎢是世界上的稀有金屬，也是我國的重要戰略物資，資源有限，但隨著工業化現代化的迅速發展，硬質合金材料應用的日益廣泛，作為硬質合金材料主要成分的碳化鎢需求量急劇增加。雖然我國是一個鎢資源大國，但資源儲存量是有限的，越來越難以滿足國內生產的需要和國際貿易的需求，以至碳化鎢和鎢粉成本價格大幅上升，從2004年的70元/kg上升至目前300元/kg以上。鎢資源的緊缺和成本價格的上升，為硬質合金生產尋求新的替代原材料提出了新的科研課題。如採用TiC作為硬質合金組分中的硬質相，其原料為鈦白粉，資源廣泛，成本價格低廉，比重輕，硬度高，顯微硬度測定為3200HV，比WC的2400HV還高出800HV。但TiC作為硬質合金的硬質相，存在兩個致命的缺點，一是脆性，二是可焊性差，甚至可以說與銅不親和，焊接不好，嚴重影響硬質合金的技術性能和推廣應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種資源廣泛，成本價格低廉、比重輕、硬度高、可焊性、韌性、耐磨性及耐腐蝕性能優於同類硬質合金的碳化鈦基硬質合金。
本發明採用的技術方案是這種可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金由下述組分製備而成以TiC或TiC與WC的混合物為主作為硬質相，以Ni、Co、Fe中的一種或兩種或三種作為粘結相，再加入按硬質合金總重量計的0-10％的銅和0-10％的錳或錳的化合物，或者0-10％的銅，或者0-10％的錳或錳的化合物，外加適量的碳，作為添加劑。
上述技術方案中，還可添加按硬質合金總重量計1-8％的碳化鉭或碳化鈮或兩者的混合物，以及添加按硬質合金總重量計0.3％-5％的釩或釩的化合物。
上述技術方案中，硬質相與粘結相的百分比配比為按硬質合金總重量計，25-95％硬質相，5-75％粘結相。
上述技術方案中，還可添加按硬質合金總重量計1-18％的鉻或鉻的化合物，製成耐腐蝕合金及熱鍛模具。
上述技術方案中，還可添加按硬質合金總重量計0-4％的鉬或鉬的化合物，進一步強化硬質合金的綜合性能。
上述可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金的製造方法為將各組分原材料進行配比，混合24-48小時，然後經80目過篩，再在60℃以下的溫度下乾燥，再經20-80目過篩，過篩後摻膠、壓制，最後在1360℃-1510℃的高溫中真空燒結，經檢驗，成為成品。
本發明在組分中加入錳或錳的化合物，作為添加劑，錳資源豐富，效能多樣，應用廣泛，成本價格低，可降低成本30％以上，比重輕，為6-12克/cm3。加入錳後，硬質合金經固溶處理後很軟，有很好的韌性。但當受壓或受衝擊負荷而變形時，其表面層將因變形而強化，並有馬氏體及ε相沿滑移面形成，從而使表面層高度耐磨，具有表面耐磨而內部堅韌的時效硬化性能。
本發明在組分中加入銅，作為添加劑，在700℃-1100℃溫度下進行熱處理(氧焊)，隨著溫度的升高，溶入合金中的銅也逐漸增多，熱處理時效後沉澱強化效果也逐漸顯現，使固溶強化的作用逐步提高，強化了粘結相併能減少合金的開裂性能。銅在合金中的彌散分布，在銅焊中能增強與焊銅的親和力。實驗觀察發現，銅在合金組分中的加入突出作用還表現在提高抗大氣腐蝕的性能。對於TiC與WC的混合物作硬質相而言，由於銅與WC有較理想的潤溼角，能有效地包裹硬質相，而且銅與粘結相中的Fe、Co、Ni也有比較理想的潤溼角，在強化粘結相結構的同時也包裹並強化了與硬質相的鎖鏈結構，有效阻止硬質相在工作過程中的自由脫落，所以極大提高了其耐磨性能和耐疲勞性能，而銅與錳結合後，能提高粘結相的屈服點，沉澱強化作用更為明顯。摔擊試驗表明將φ240/φ206×5mm的合金環從2米高處自由落體至水泥地面，合金環無脆裂，這是一般現有硬質合金所無法實現的。
本發明的硬質合金不僅具有81°-91°(HRA)的硬度，而且具有優越的抗裂抗震強度，並具有優良的抗疲勞強度，在銅氧焊過程中，經珠海中航金大陸科技有限公司株洲分公司反覆試驗用HL105銅焊片及HS221銅焊條經過表面氧化層處理，即可與鋼體焊接，而且十分牢固，焊接成本與普通方法相差無異。其硬度通過熱焊後，還能上升1-2°(HRA)，這改變了一般硬質合金在熱焊後硬度和強度略有下降的狀況，本發明的硬質合金還具有一般硬質合金所不具備的在不斷工作環境中的自硬性。該合金不但是製作建築機械-混凝土高壓輸送泵泵口眼鏡板切割環的優質合金材料，而且加入適量的Cr或Cr的化合物，可製成500℃左右高溫工作條件的耐腐蝕材料、耐磨材料、熱鍛模具用材及其零件和工具。
本發明原材料廣泛，成本價格低廉，有效解決了鎢資源緊缺，成本價格高漲的問題，是硬質合金領域的一項節能技術。本發明經株洲硬質合金集團有限公司物理性能檢測以及珠海中航金大陸科技有限公司株洲分公司試驗，本發明的硬質合金具有優良的硬度、韌性、可焊性，以及耐腐蝕性能，是一種技術性能優良的硬質合金新產品。
具體實施例方式實施例1，按硬質合金總重量百分比，取32％TiC，27％WC，6％Ni，1％V-Fe，3％TaC或NbC，4％Mn，22％Fe，2％Co，3％Cu，外加適量的C，混合24-48小時後，80目過篩，過篩後，在60℃以下溫度乾燥，乾燥後，再經20-80目過篩，過篩後摻膠，如摻入橡膠溶液或橡膠石臘等成型劑，摻膠後壓製成型，最後在1380℃-1450℃的爐內真空燒結，經檢驗，成為成品。
實施例2，按硬質合金總重量百分比計，取60％TiC，15％Cr，19％Ni或Fe、Co，1％Cu，5％Mn，外加適量的C，混合24-48小時後，按100目細度過篩，再在60℃溫度下乾燥，乾燥後，再經20-80目過篩，然後摻膠，如摻入橡膠溶液或橡膠石臘等成型劑，再壓製成型，最後在1380℃-1450℃的高溫下真空燒結，燒結後經檢驗，成為成品。
權利要求
1.一種可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金，由下述組分製備而成以TiC或TiC與WC的混合物為主作為硬質相，以Ni、Co、Fe中的一種或兩種或三種作為粘結相，其特徵在於再加入按硬質合金總重量計的0-10％的銅和0-10％的錳或錳的化合物，或者0-10％的銅，或者0-10％的錳或錳的化合物，再加適量的碳，作為添加劑。
2.根據權利要求1所述的可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金，其特徵在於還可添加按硬質合金總重量計1-8％的碳化鉭或碳化鈮或兩者的混合物，以及添加按硬質合金總重量計0.3％-5％的釩或釩的化合物，作為硬質相。
3.根據權利要求1所述的可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金，其特徵在於還可添加按硬質合金總重量計1-18％的鉻或鉻的化合物。
4.根據權利要求1或2所述的可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金，其特徵在於還可添加按硬質合金總重量計0-4％的鉬或鉬的化合物。
5.根據權利要求1或2所述的可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金的製造方法，其特徵在於將各組分原材料進行配比，混合24-48小時，然後經80目過篩，再在60℃以下的溫度乾燥，再經20-80目過篩，過篩後摻膠、壓制，最後在1360℃-1510℃的高溫中真空燒結，經檢驗，成為成品。
全文摘要
一種可焊接、高耐磨、高韌性碳化鈦基硬質合金，由下述組分製備而成以TiC或TiC與WC的混合物為主作為硬質相，以Ni、Co、Fe中的一種或兩種或三種作為粘結相，再加入按硬質合金總重量計的0－10％的銅和0－10％的錳或錳的化合物，或者0－10％的銅或0－10％的錳或錳的化合物，以及適量的碳，作為添加劑。必要時，還可加入按硬質合金總重量計1－8％的碳化鉭或碳化鈮或兩者的混合物，0.3％－5％的釩或釩的化合物，以及添加1－18％的鉻或鉻的化合物，0－4％的鉬或鉬的化合物。本發明具有優良的硬度、韌性、可焊性以及耐腐蝕性能，而且資源廣泛，成本價格低，是一種硬質合金新材料。
文檔編號C22C1/04GK1718812SQ20051003179
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月4日 優先權日2005年7月4日
發明者帥進, 郭勇 申請人:帥進, 郭勇