高硬度高耐磨性钢结硬质合金

摘要

本发明公开了一种高硬度高耐磨性钢结硬质合金，其硬质相为48.0％～62.0％，粘结相为52.0％～38.0％，粘结相主要由12.0％～19.0％的Mn、0.8％～1.8％的Ni、0.8％～1.4％的Mo、0.7％～1.2％的C，以及余量为Fe及其它不可避免的杂质≤0.5％组成。硬质相由TiC和B4C构成。通过添加粉末粒径≤0.5μm、质量分数为2.0％～8.0％的B4C，填充了粗颗粒TiC的间隙，既阻止TiC晶粒长大，又提高硬质合金的硬度。另通过改变粘结相的合金成分，控制了粘结金属的流失，无需水韧处理就能获得烧结态为奥氏体初晶的高性能硬质合金，合金的强度≥1800MPa，密度5.8g/cm3，硬度由HRC60-62提高到HRC68～70，是一种低密度高性能合金。

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，特别涉及制备高硬度高耐磨性钢结硬质合 金。

背景技术

在钢结硬质合金中，按其粘结相基体成分来分，有合金工具钢钢结硬质合金、 不锈钢钢结硬质合金、高速钢和高锰钢钢结硬质合金等。如果按硬质相分，有TiC 系和WC系两大类钢结硬质合金。同样高锰钢结硬质合金也就有TiC系和WC系 两大类。国内外研究得较多的是TiC系钢结硬质合金，占据市场份额较大的和应 用范围较宽的也是TiC系钢结硬质合金。原因是TiC资源丰富，价格低廉，密度 也紧为WC的三分之一，在硬质相等同的情况下，TiC系钢结硬质合金所制作的 耐磨零部件就是WC系钢结合金的二倍多。所以我国目前市场上用量最大的是TiC 系钢结硬质合金，而且是含锰钢结硬质合金居首位。

高锰钢结硬质合金属于单相奥氏体材料，目前我国市场上销售的其成分和性 能仍然是《钢结硬质合金》一书中所表述的TM60和TM52两个牌号。虽然有足 够的强度和加工硬化效果，但硬度仍显偏低，如TM52的硬度只有HRC60-62， 在某些工况条件下耐磨性不够，使得工程技术人员不得不去选择昂贵的WC-Co 硬质合金。TM52是上世纪80年代的老产品，其成分的质量百分比为：硬质相 TiC40.0％-60.0％，粘结相60.0％-40.0％，其中粘结相Mn8.0％-10.0％，C0.8％-1.2％， Ni0.6％-2.0％，Mo0.6％～2.0％，Fe为余量的合金。这一合金在成分设计上存在缺陷。 其一，硬质相成分单一，易于使TiC颗粒聚集长大，产生邻接，使合金变脆，硬 度也不均匀；其二，粘结相的成分缺陷是贵金属含量高，Mn量的设计也不合理易 挥发，使粘结金属容易流失，成分产生偏析，造成组织疏松，孔隙率增加。它的 烧结态组织为TiC+珠光体+碳化物，水韧处理后才能得到奥氏体组织，甚至也不 是均匀的奥氏体组织，严重影响了合金质量和使用范围，也浪费大量的能源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度高耐磨性钢结硬质合金材料。

针对现有TM52高锰钢结硬质合金存在的技术问题，本发明旨在改变硬质相 单一化的均匀结构，添加一种比TiC颗粒细得多的硬质相，形成非均匀结构的双 硬质相合金，使之在组织上具有大的填充密度，阻止TiC晶粒的长大和邻接，达 到提高强度和硬度，以及提高耐磨性的目的。在粘结相中也改变了部分元素含量， 为的是解决成分偏析，降低孔隙率，不需热处理，烧结出炉产品就是均匀的奥氏 体初晶，实现制备出高硬度高耐磨性钢结硬质合金。

本发明提供的高硬度高耐磨性钢结硬质合金。其中硬质相48.0％-62.0％，粘结 相52.0％-38.0％，所述粘结相主要由12.0％-19.0％的Mn、Ni、Mo、C，Fe为余量 及其不可避免的杂质≤0.5组成。

所述硬质相主要由TiC和B₄C构成双相硬质相合金，且所述硬质相总量为 48.0％-62.0％。

所述硬质相48.0％-62.0％中，B₄C应为总量硬质相的2.0％-8.0％，且所述B₄C 粉末粒径小于等于0.5μm。

所述粘结相中Ni和Mo的含量分别为0.8％-1.8％和0.8％～1.4％。

所述C的含量为0.7％-1.2％。

所述余量为Fe粉，其它不可避免的杂质小于等于0.5％。

本发明提供的所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金，通过添加硬度仅似于金刚 石，熔点高达2350℃的B₄C细颗粒，能起到填充粗颗粒TiC的间隙，改善组织结 构状态，阻止TiC晶粒长大，既提高合金的硬度，又使硬度更均匀化。无需水韧 处理也能使合金的硬度从HRC60-62提高到HRC68-70，相当于WC-Co硬质合 金YG11C的硬度，增硬效果明显。

本发明所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金，通过改变粘结相成分，控制Mn 的挥发，不造成粘结金属流失，实现烧结态合金为奥氏体初晶，不需水韧处理抗 弯强度可达到1800MPa以上，奥氏体组织均匀，孔隙率降低，明显提高合金强度 和硬度，也使硬度更均匀。

具体实施方式

下面结合具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：

在本实施例中，本发明具体提供了一种高硬度高耐磨性钢结硬质合金，包括 硬质相TiC+B₄C的质量百分比组成为48.0％-62.0％，粘结相为52.0％-38.0％，其 所述粘结相主要由12.0％-19.0％的Mn，0.8％-1.8％的Ni，0.8％-1.4％的Mo， 0.7％-1.2％的C，余量为Fe粉和其它不可避免的杂质小于等于0.5构成。其中所述 杂质是在材料粉末中不可避免的Si、Ca、S、P、O等元素。

所述硬质相的共同含量为48.0％-62.0％，且所述硬质相B₄C应为总量硬质相 的2.0％-8.0％，B₄C粉末粒径≤0.5μm。

所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金在实施过程中，按上述质量百分比计算各 组元含量，然后称重，按下述工艺制备：配料计算→湿磨混料→过滤烘干→掺胶 制粒→压制成型→真空烧结→产品检验→包装出厂。

本发明提供的所述高硬度高耐磨性钢结硬质合金，通过添加高硬度、高熔点 细晶粒的B₄C粉末，能有效地起到填充粗颗粒TiC的间隙，形成非均匀结构的组 织状态，阻止了TiC晶粒的长大和邻接，提高了合金硬度，也使硬度更均匀化。 无需水韧处理，烧结态合金的硬度由HRC60-62提高到HRC68-70。同时通过改 变粘结相成分，控制锰的挥发，不造成粘结金属流失，实现烧结态合金为奥氏体 初晶，而不是水韧处理后的奥氏体组织，且抗弯强度能达到1800MPa以上。

由上述工艺制取的高硬度高耐磨性钢结硬质合金，其烧结出炉后的毛坯或产 品的硬度能达到HRC68-70，抗弯强度≥1800MPa，密度5.8g/cm³，说明改变硬质 相和粘结相的配比后，比传统配比的合金性能更好，更耐磨。

以上对本发明进行了示例性的描述，显然实现本发明并不受上述方式的限制， 只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术 方案直接应用的情况，例如改用WC、ZrC、VC、Cr3₃C₂、TiN、NbC和TiB₂等硬 质相，均在本发明的保护范围内。