專利名稱：Wc系無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用粉末冶金方法制取一種無磁性的WC系高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。
目前，我國屬于WC系列的高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金還未見有標(biāo)準(zhǔn)牌號。特別是低粘結(jié)相的WC系的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的商業(yè)性產(chǎn)品幾乎沒有。另據(jù)德國材料學(xué)家Jakob等《InternationalJournal of Refraltory Metals & Hard Materidls》，1993～1994年的No6期341～348頁上發(fā)表的“Characteri Zation of the Serviceability of Steel-BondedHardmetals”一文中，曾提到低粘強(qiáng)相鋼結(jié)硬質(zhì)合金(粘結(jié)相含量＜50％體積)很少有人研究。根據(jù)上述情況以及鈷的昂貴和資源的貧泛問題，創(chuàng)新開發(fā)了廉價(jià)的低粘結(jié)相的“WC系無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料”。
本發(fā)明的目的，是立足于我國資源條件和經(jīng)濟(jì)原則以及國內(nèi)外的開發(fā)狀況，提供了一種以高錳鋼為粘結(jié)相，代替昂貴的鈷的低粘結(jié)相材料，以其在某些工況條件下代替WC-Co類硬質(zhì)合金。
本發(fā)明提供了一種WC系無磁性高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的新成分，其硬質(zhì)相WC(wt％)為75.0～90.0，粘結(jié)相高錳鋼25.0～10.0；其中Mn14.0～18.0，Ni3.0～6.0，C0.9～1.9，F(xiàn)e為余量。
本發(fā)明是以高錳鋼為粘結(jié)相，但又區(qū)別于高錳鋼成分加入了一定量的鎳而研制成功的。因?yàn)镹i原子與Mn和γ-Fe原子的半徑相差極小，能固溶于γ鐵中，起到擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的作用，從而提高合金的強(qiáng)韌性。本發(fā)明屬于低粘結(jié)相含量的一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料，它可仿制相應(yīng)的WC-Co類硬質(zhì)合金牌號，但又不宜仿制極低粘結(jié)相類的合金。
本發(fā)明是在完全區(qū)別于以往的研究觀點(diǎn)上進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)的。例如，在20世紀(jì)的70或80年代的科技書刊中都認(rèn)為正常的高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金的燒結(jié)態(tài)組織，其粘結(jié)相為多相組織，合金有磁性，需經(jīng)1050℃的高溫水韌處理后為無磁性的單一奧氏體。但在當(dāng)今的粉末冶金材料制造中，無論是生產(chǎn)廠家和用戶都不愿意使用二次能源浪費(fèi)和人員工時(shí)的浪費(fèi)來對材料進(jìn)行處理，所以本發(fā)明通過對錳碳成分的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)錳碳成分低于本發(fā)明成分時(shí)，合金存在磁性，如表所示。
85％WC高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金的矯頑磁力(kA/m)1號粗顆粒WC非合格成分 1號粗顆粒WC非合格成分 1號粗顆粒WC非合格成分27.4134.98 34.29 8.1 7.7 8.6 全部測不出磁性為了解釋合金存在磁性的問題，對其進(jìn)行了金相組織分析，見照片1和2，照片中三角形、四邊形和多邊形的白色塊狀物為WC硬質(zhì)相，其余為高錳鋼粘結(jié)相組織。照片中存在磁性的合金其WC晶粒有明顯鄰接現(xiàn)象和晶粒聚集長大現(xiàn)象，平均晶粒度3.65μm，粘結(jié)相的結(jié)構(gòu)分析為碳化物橋接相，無磁性合金的WC晶粒邊界清晰，棱角分明，硬質(zhì)相分布均勻，晶粒度≤2.4μm，粘結(jié)相為初晶奧氏體。另外對WC晶粒間的粘結(jié)相進(jìn)行多處能譜成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無磁性合金的粘結(jié)相總量平均為56.9％，有磁性合金的粘結(jié)相總量平均僅為22.89％，說明合金中的粘結(jié)相流失和揮發(fā)嚴(yán)重，是導(dǎo)致合金形成磁性和形成硬而脆的碳化物相的主要原因。進(jìn)一步的研究是將85％WC的有磁和無磁合金進(jìn)行加工硬化試驗(yàn)，證明無磁性合金從燒結(jié)態(tài)硬度HRA81.5～82.5上升到HRA84～86。而有磁性合金的燒結(jié)態(tài)硬度已達(dá)HRA88～89.5，在模擬加工硬化試驗(yàn)過程中全部碎裂，無加工硬化效果。由此可以說明該發(fā)明成分可實(shí)現(xiàn)燒結(jié)態(tài)組織為無磁性的單相奧氏體。
本發(fā)明的工藝流程為①配料計(jì)算；②濕磨混料，在酒精保護(hù)下，以球料比3∶1的比例球磨18～24小時(shí)；③過濾干燥，采用酒精蒸餾干燥器干燥，既可回收酒精，又可干燥物料；④摻膠制粒，在螺施攪拌機(jī)中摻膠，成型劑量按80～110mL/kg為宜，在制粒機(jī)內(nèi)制?；虿捎脟婌F干燥法制粒；⑤壓制成型，成型壓力，以每平方厘米800～1200kg為宜；⑥真空燒結(jié)，其產(chǎn)品的最終燒結(jié)溫度控制為1420℃；⑦產(chǎn)品檢驗(yàn)包裝出廠，檢驗(yàn)可用磁能積≥6.0的永久磁鋼或釹鐵硼磁鋼進(jìn)行測試，合金被吸住的判為不合格，不需再進(jìn)行其它項(xiàng)目檢驗(yàn)，反之易然。
實(shí)施例在用粉末冶金工藝實(shí)施生產(chǎn)鋼結(jié)硬質(zhì)合金時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)用戶要求或工況條件的要求，選擇適當(dāng)?shù)暮辖鹋铺?，從而確定合金硬質(zhì)相WC的含量，例如礦山工具材料(一齒釬頭等產(chǎn)品)一般碳化鎢的加入量有85％或89％的，如果所用的碳化鎢是85％，則用配料的總重量乘以該百分比，即為硬質(zhì)相的重量；再用總重量減去硬質(zhì)相的重量，剩下為粘結(jié)相高錳鋼的重量，然后用粘結(jié)相的重量去乘以本專利確定的Mn、Fe、C、Ni等元素的百分比含量，即為各元素的重量；如果應(yīng)用的原料有錳鐵中間合金，則要將中間合金中的Mn、Fe、C元素計(jì)入。在計(jì)算好各元素的重量后進(jìn)行稱量，將稱好的原料裝入不銹鋼球磨筒中，并向筒中加入按物料計(jì)每公斤250mL的酒精，然后開機(jī)球磨，其球磨時(shí)間和其它工序及技術(shù)參數(shù)按上節(jié)制定的工藝流程進(jìn)行。但在燒結(jié)工藝過程中，要按三個(gè)階段控制升溫速度和保溫時(shí)間。如20℃～700℃為脫膠階段，升溫2h，保溫1h；700℃～1370℃為固相燒結(jié)階段升溫4h，保溫1h；最后是1370℃～1420℃為液相燒結(jié)階段，升溫2h，保溫0.5h；全程燒結(jié)10.5h。
按本實(shí)施例燒結(jié)制取的含WC85％的一齒釬頭礦山工具材料，燒結(jié)態(tài)產(chǎn)品無磁性，硬度HRA81.5～82.5，密度13.5～13.7/cm3，抗彎強(qiáng)度≥2200MPa/mm2。
權(quán)利要求
1.一種以WC為硬質(zhì)相，高錳鋼為粘結(jié)相的無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料，其特征是硬質(zhì)相為(wt％)，WC75.0～90.0，粘結(jié)相高錳鋼25.0～10.0，其中Mn14.0～18.0，Ni3.0～6.0，C0.9～1.9，F(xiàn)e余量。
2.按照權(quán)利要求1所述，其特征是只要調(diào)整WC和C的含量，可以根據(jù)工況條件的要求，生產(chǎn)出不同性能和用途的WC系高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。
3.按照權(quán)利要求1所述，其特征是只要將粘結(jié)相成分控制在要求范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無磁性，并可由磁性檢驗(yàn)來判斷合金的適用性。
全文摘要
本發(fā)明公布了制造無磁性WC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的成分和工藝實(shí)施過程。按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的成分和技術(shù)，只要調(diào)整硬質(zhì)相WC和C的含量，可生產(chǎn)出不同性能的燒結(jié)態(tài)無磁性的WC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。在本發(fā)明中原材料的應(yīng)用可以是Fe、Mn、Ni、C的純金屬粉末，也可以是Mn、Fe中間合金粉末。該種材料具有極高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性?？勺鳛榈V山工具材料和磨具材料使用?？珊附?、鑲鑄、鑲嵌，可用磁性檢驗(yàn)判斷合金的適用性。
文檔編號C22C29/08GK1548567SQ0311835
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者張春友 申請人:張春友