CN1317407C - 一种钢结硬质合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钢结硬质合金的制备方法，属于钢结硬质合金制备技术领域。将氧化铁粉，铝粉，三氧化钨粉，石墨粉按Fe2O3+2(1+x)Al+xWO3+xC＝(x+1)Al2O3+2Fe+xWC反应式的配比混和，其中x的范围在0.5～3，反应放出巨大的热量，生成的氧化铝，铁呈熔融状态，钨，碳融解于液态铁中，在重力作用下氧化铝和液态铁分离，氧化铝浮在铁的上表面，随着温度降低，钨与碳相结合，生成钨的碳化物，在铁液中大量析出，冷却后，去除表面的氧化物渣层，得到钢结硬质合金。本发明的优点在于：工艺简单，设备简单，节约能源，生成的钢结硬质合金产品致密。

Description

一种钢结硬质合金的制备方法
技术领域
本发明属于钢结硬质合金制备技术领域，特别是提供了一种钢结硬质合金的制备方法，利用自蔓延熔铸法制备钢结硬质合金。
背景技术
钢结硬质合金是一种以硬质化合物作为硬质相，以钢为粘结相的复合材料。它具有硬质化合物的硬度，耐磨性以及钢的强度，韧度。具有可加工，可热处理，可锻造，高硬度，高耐磨性等优良性能，应用十分广泛。
自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，缩写SHS)，是利用化学反应自身放热制备材料的新技术。利用自蔓延反应混合物在燃烧合成过程时产生的高温超过产物熔点，形成熔体，采用冶金工艺处理熔体，可得到铸件、涂层，或者完成焊接，这种方法称为SHS冶金。自蔓延熔铸是自蔓延冶金的一种形式，主要用来制备难熔化合物的铸件，
传统钢结硬质合金的生产方法将硬质相颗粒(主要是TiC，WC)与粘结相成份的合金粉(如Fe，Fe-Ni，Fe-Co-Ni，Fe-Cr等)相混合，采用粉末冶金的方法，在真空炉中烧结而成，有时还需要进行适当的热处理工艺。粉末冶金工艺在调整成份和成形方面具有优势，但是烧结过程中难以得到无空隙的全致密材料，从而达不到预期的材料性能。
中国专利94119833.2提供了一种反应烧结法制备钢结硬质合金的方法，其特征在于将石墨，氮化硼或碳化硼，镍，钼或钨与含钛10～70％的钛铁粉用传统粉末冶金工艺压制成形，在氢气或者真空烧结炉中烧结制取钢结硬质合金。
发明内容
发明的目的在于提供一种钢结硬质合金的制备方法，通过自蔓延熔铸方法直接生成硬质相和粘结相，提高材料致密度，简化工艺，节约能源。
本发明的基本构思如下：将氧化铁粉，铝粉，三氧化钨粉，石墨粉按下列反应式的配比混和，其中x根据生成要求可调，x的范围在0.5～3：
反应放出巨大的热量，高温下，生成的氧化铝，铁呈熔融状态，钨，碳融解于液态铁中。在重力作用下氧化铝和液态铁分离，氧化铝浮在铁的上表面。随着温度降低，钨与碳相结合，生成钨的碳化物，在铁液中大量析出。冷却后，去除表面的氧化物渣层，即可得到钢结硬质合金。由于反应迅速，同时浮在熔体上层的氧化铝隔绝了空气，不需要利用真空或者气氛保护。
本发明的详细说明如下：
1、Fe2O3和Al粉是生成粘结相的主要反应物料，按反应式 ，反应放出的巨大热量使产物熔化。为了调整粘结相成份，可以加入镍粉，镍粉占反应原料总质量的1～10％。
2、可以用二氧化钛粉末代替三氧化钨粉末，按下列反应式比例混和：
(x的范围为0.1～0.27)
3、可以将一定量WC或TiC粉末与铝粉，氧化铁粉按下列反应式比例混和，生成钢结硬质合金
(x的范围为0.5～2.45)
或 (x的范围为0.1～2.36)
4、将混合粉末放于石墨反应器中，压实，装料密度为0.5～2g/cm3，用钨丝点燃，反应进行到容器底部时，液态金属液体从下部出口中流出，浇灌至耐高温材料制成的型腔中，冷却后即可获得钢结硬质合金产品。
本发明的优点在于：工艺简单，设备简单，节约能源，生成的钢结硬质合金产品致密。
附图说明
图1为本发明的反应过程示意图。其中，石墨反应器1、反应过程中上浮的陶瓷层2、反应过程中分离出的含有硬质相的液态铁3、正在反应的熔池4、未反应的反应原料5、石墨容器下出口6、浇注用的型腔7。
具体实施方式
实施例1：铝粉108g，氧化铁粉160g，镍粉10g，三氧化钨粉232g，石墨粉12g，混合均匀，装入直径10cm，高10cm的石墨圆筒容器中，手工压实。石墨底部开口，以便液态熔融体流出，开口下放置放耐高温型腔。用钨丝点燃，反应结束后，型腔内即可达到致密的WC系的钢结硬质合金。
实施例2：
铝粉54g，氧化铁粉160g，碳化钛粉50g作为硬质相的体系。其余步骤同实施例1，可得到致密的TiC系钢结硬质合金。

Claims (5)

1、一种钢结硬质合金的制备方法，其特征在于：将氧化铁粉，铝粉，三氧化钨粉，石墨粉按 反应式的配比混和，其中x的范围在0.5～3，钨丝点燃进行反应，反应放出巨大的热量，生成的氧化铝，铁呈熔融状态，钨，碳融解于液态铁中，在重力作用下氧化铝和液态铁分离，氧化铝浮在铁的上表面，随着温度降低，钨与碳相结合，生成钨的碳化物，在铁液中大量析出，冷却后，去除表面的氧化物渣层，得到钢结硬质合金。
2、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：具体工艺步骤为：Fe2O3和Al粉是生成粘结相的反应物料，按反应式 ，反应放出的巨大热量使产物熔化，为了调整粘结相成份，加入镍粉，镍粉占反应原料总质量的1～10％；将混合粉末放于石墨反应器中，压实，装料密度为0.5～2g/cm3，用钨丝点燃，反应进行到容器底部时，液态金属液体从下部出口中流出，浇灌至耐高温材料制成的型腔中，冷却后获得钢结硬质合金产品。
3、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：用二氧化钛粉末代替三氧化钨粉末，按 反应式比例混和，其中，x的范围为0.1～0.27。
4、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将一定量WC粉末与铝粉，氧化铁粉按 反应式比例混和，其中，x的范围为0.5～2.45，生成钢结硬质合金。
5、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将一定量TiC粉末与铝粉，氧化铁粉按 反应式比例混和，其中，x的范围为0.1～2.36，生成钢结硬质合金。
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