CN103114232A

CN103114232A - 稀土改性钢结硬质合金及制备方法

Info

Publication number: CN103114232A
Application number: CN201310091944XA
Authority: CN
Inventors: 刘东华; 汤波; 宾建林; 汤富山
Original assignee: METALLURGICAL MATERIAL INST HUNAN PROV
Current assignee: METALLURGICAL MATERIAL INST HUNAN PROV
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明公开了一种稀土改性钢结硬质合金及其制备方法，由按重量百分比的下述原料制备而成：TiC粉48-50%，Mn粉13-15%，Mo粉1.5-3.0%，Ni粉1.0-2.0%，石墨粉1.0-1.3%，La₂O₃粉0.2-0.5%，余量为还原铁粉。制备时按上述百分比配料后经过球磨混合，喷雾干燥制粒，在一定压力下压制成型，在1400-1430℃下真空烧结并保温1-3小时，最后随炉冷却。本发明的稀土改性钢结硬质合金孔隙度低，致密度高、抗弯强度高，本发明的制备方法工艺简单、烧结周期短、工艺成本低、适于工业化生产。

Description

稀土改性钢结硬质合金及制备方法

技术领域

本发明涉及一种钢结硬质合金及其制备方法，尤其涉及一种稀土改性钢结硬质合金及制备方法。

背景技术

钢结硬质合金是以钢作为粘结相、以难熔金属碳化物为硬质相的复合材料。它既有硬质合金和钢基体的各自优点，又兼有硬质合金的高硬度、高耐磨性和高强度，同时具有钢的可加工性、可热处理性、可锻性和可焊接性，填补了两者之间的空白。钢结硬质合金构成了自己独特的综合性能优势，这种优异的综合性能，使得它在工模具材料、耐磨及减震零件、耐高温及耐腐蚀构件、冲击及破碎工具、刃具、量卡具等测量仪器、以及国防军工材料、航海、航空航天材料等对材料比重和综合性能有特殊要求的领域有着广阔的应用前景。

在金属碳化物中，碳化钛具有高硬度、抗氧化、耐腐蚀、比重小、热稳定性好以及优异的物理化学性能，在烧结过程中晶粒长大倾向小，一般呈圆形，为合金提供优良的使用性能，是一种比较理想的硬质相。

现有文献报道的钢结硬质合金致密度较低，抗弯强度较低，不能很好地应用于刀片和耐磨零件等标准件的工业生产中，制约了其应用领域的扩展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种致密度高、抗弯强度高的稀土改性钢结硬质合金。

本发明的另一个目的在于提供一种工艺简单、成本低的稀土改性钢结硬质合金的制备方法。

本发明提供的稀土改性钢结硬质合金，由按重量百分比的下述原料制备而成：TiC粉48-50%，Mn粉13-15%，Mo粉1.5-3.0%，Ni粉1.0-2.0%，石墨粉1.0-1.3%，La₂O₃粉0.2-0.5%，余量为还原铁粉。

作为改进，本发明的稀土改性钢结硬质合金，由按重量百分比的下述原料制备而成：TiC粉48-50%，Mn粉13-15%，Mo粉2.0-3.0%，Ni粉1.0-2.0%，石墨粉1.2-1.3%，La₂O₃粉0.4-0.5%，余量为还原铁粉。

上述稀土改性钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料，按所述组分和重量百分比配料；

（2）球磨混合，将配好的粉料放入球磨罐中进行球磨；

（3）压制成型，将球磨好的粉末进行喷雾干燥制粒，在一定压力下制成压坯；

（4）真空烧结，在1400-1430℃下真空烧结并保温1-3小时后，随炉冷却。

作为改进，步骤（1）所述La₂O₃粉粒径小于45mm，还原铁粉粒径小于75mm。

作为改进，步骤（2）所述球磨罐为不锈钢罐，以不锈钢球为研磨体，以酒精为球磨介质，球料比为5:1。

作为改进，步骤（2）所述球磨时间为18-20小时。

作为改进，步骤（3）所述压制成型压力为200-500MPa。

作为改进，步骤（4）所述真空烧结在真空度低于0.5Pa下进行。

本发明通过添加La₂O₃抑制了晶粒的长大，并起到弥散强化的作用。由于La₂O₃化学性质活泼，在烧结温度下，La₂O₃能够与金属粉末界面上的杂质和氧化膜作用，起到净化界面的作用，有助于润湿性的改善，从而有利于致密化的进程，达到减小孔隙度的目的，而孔隙度的减小又必将有助于抗弯强度的提高。La₂O₃粉含量介于0.2%和0.5%之间，可起到稀土强化作用，因此本发明的钢结硬质合金的强度和致密度得以提高，抗弯强度可达到1700MPa以上，致密度达到97.4%以上。

本发明得到的稀土改性钢结硬质合金孔隙度低，致密度高，晶粒细小，组织均匀，抗弯强度高，力学性能好。同时，本发明的制备方法工艺简单、操作方便、烧结周期短、工艺成本低、适于工业化生产。

附图说明

图1 是本发明的稀土改性钢结硬质合金的典型金相组织照片（1500×）。

具体实施方式

本发明的稀土改性钢结硬质合金由重量百分比为48-50%的TiC粉，13-15%的Mn粉，1.5-3.0%的Mo粉，1.0-2.0%的Ni粉，1.0-1.3%的石墨粉，0.2-0.5%的La₂O₃粉，其余为还原铁粉制备而成。为了达到更好的致密度和抗弯强度，按下述重量百分比制备：TiC粉48-50%，Mn粉13-15%，Mo粉2.0-3.0%，Ni粉1.0-2.0%，石墨粉1.2-1.3%，La₂O₃粉0.4-0.5%，其余为还原铁粉。

本发明的稀土改性钢结硬质合金是通过下述步骤制备的。首先进行配料，其中La₂O₃粉粒径最好小于45mm，还原铁粉粒径最好小于75mm，这样在球磨过程中可以使粉末更好的达到合金化。

球磨混合可以按常规方法进行，将配好的粉料放入球磨罐中进行球磨。最好使用不锈钢球磨罐，以不锈钢球为研磨体，以酒精为球磨介质，球料比为5:1。球磨时间最好为18-20小时，以使粉末更好的实现合金化并且粒度细小且均匀。

按常规方法将球磨好的粉末进行喷雾干燥制粒，在一定压力下制成压坯。压力最好为200-500MPa，使粉末压坯密度进一步提高。

在1400-1430℃下真空烧结并保温1-3小时后，随炉冷却。烧结温度是至关重要的。烧结温度低于1400℃时，烧结体收缩不够，无法获得致密度较高的钢结硬质合金；高于1430℃时则容易发生过烧，造成碳化物晶粒过分长大，影响钢结硬质合金的性能。

真空烧结最好在真空度低于0.5Pa下进行，可大大减少及避免金属的挥发损失。

在上述重量百分比范围内和工艺条件下，本发明制备了如下稀土改性钢结硬质合金，现以实施例具体说明。

实施例1

按下述步骤制备本发明的稀土改性钢结硬质合金：

（1）配料：将纯度大于99.99%、粒径小于45mm的La₂O₃粉，纯度大于98.5%、粒径小于75mm的还原铁粉，TiC粉，Mn粉，Mo粉，Ni粉和石墨粉，按下述重量百分比配料：TiC 48%，Mn 14%，Mo 1.5%，Ni 2.0%，C 1.0%，La₂O₃0.2%，余量为Fe；

（2）球磨混合：以不锈钢球为研磨体，球料比为5:1，以酒精为球磨介质，将配好的粉料放入不锈钢球磨罐中进行球磨，球磨时间为18小时；

（3）压制成型：将球磨好的粉末进行喷雾干燥制粒，在200MPa压力下制成压坯；

（4）真空烧结：真空烧结炉腔内真空度抽至低于0.5Pa后，在1400℃烧结并保温1小时后随炉冷却。

获得的稀土改性钢结硬质合金，其显微组织明显细化（如图1），晶粒细小，组织均匀，硬度值为HRC66.5，致密度为97.4%，抗弯强度为1700MPa。

按实施例1的方法步骤制备实施例2-5的稀土改性钢结硬质合金，其不同之处在于配料重量百分比、球磨时间、压制成型压力、烧结温度和保温时间，已在表1中列出，获得的稀土改性钢结硬质合金的硬度值、致密度、抗弯强度等参数见表1。

表1

	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
					TiC	48%	50%	48%	49%
Mn	13%	15%	13%	13%
					Mo	3.0%	3.0%	2.0%	2.0%
Ni	1.0%	1.0%	2.0%	1.5%
					C	1.3%	1.2 %	1.3%	1.3%
La₂O₃	0.5%	0.4%	0.5%	0.4%
					Fe	余量	余量	余量	余量
球磨时间	20小时	19小时	18小时	18小时
					压制成型压力	500MPa	400MPa	400MPa	400MPa
烧结温度	1430℃	1420℃	1420℃	1420℃
					保温时间	3小时	2小时	1小时	1小时
硬度值	HRC68.5	HRC67.5	HRC68.2	HRC68
					致密度	98.5%	98.2%	98.8%	98.2%
抗弯强度	1800MPa	1760MPa	1780MPa	1740MPa

Claims

1.一种稀土改性钢结硬质合金，其特征在于由按重量百分比的下述原料制备而成：TiC粉48-50%，Mn粉13-15%，Mo粉1.5-3.0%，Ni粉1.0-2.0%，石墨粉1.0-1.3%，La₂O₃粉0.2-0.5%，余量为还原铁粉。

2.根据权利要求1所述的稀土改性钢结硬质合金，其特征在于由按重量百分比的下述原料制备而成：TiC粉48-50%，Mn粉13-15%，Mo粉2.0-3.0%，Ni粉1.0-2.0%，石墨粉1.2-1.3%，La₂O₃粉0.4-0.5%，余量为还原铁粉。

3.权利要求1或2所述的稀土改性钢结硬质合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）配料，按所述组分和重量百分比配料；

（2）球磨混合，将配好的粉料放入球磨罐中进行球磨；

4.权利要求3所述的稀土改性钢结硬质合金的制备方法，其特征在于步骤（1）所述La₂O₃粉粒径小于45mm，还原铁粉粒径小于75mm。

5.权利要求3所述的稀土改性钢结硬质合金的制备方法，其特征在于步骤（2）所述球磨罐为不锈钢罐，以不锈钢球为研磨体，以酒精为球磨介质，球料比为5:1。

6.权利要求3所述的稀土改性钢结硬质合金的制备方法，其特征在于步骤（2）所述球磨时间为18-20小时。

7.权利要求3所述的稀土改性钢结硬质合金的制备方法，其特征在于步骤（3）所述压制成型压力为200-500MPa。

8.权利要求3所述的稀土改性钢结硬质合金的制备方法，其特征在于步骤（4）所述真空烧结在真空度低于0.5Pa下进行。