專利名稱：稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金及其制備方法，尤其涉及一種稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金及制備方法。
背景技術(shù)：
鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鋼作為粘結(jié)相、以難熔金屬碳化物為硬質(zhì)相的復(fù)合材料。它既有硬質(zhì)合金和鋼基體的各自優(yōu)點(diǎn)，又兼有硬質(zhì)合金的高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度，同時(shí)具有鋼的可加工性、可熱處理性、可鍛性和可焊接性，填補(bǔ)了兩者之間的空白。鋼結(jié)硬質(zhì)合金構(gòu)成了自己獨(dú)特的綜合性能優(yōu)勢，這種優(yōu)異的綜合性能，使得它在工模具材料、耐磨及減震零件、耐高溫及耐腐蝕構(gòu)件、沖擊及破碎工具、刃具、量卡具等測量儀器、以及國防軍工材料、航海、航空航天材料等對材料比重和綜合性能有特殊要求的領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在金屬碳化物中，碳化鈦具有高硬度、抗氧化、耐腐蝕、比重小、熱穩(wěn)定性好以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在燒結(jié)過程中晶粒長大傾向小，一般呈圓形，為合金提供優(yōu)良的使用性能，是一種比較理想的硬質(zhì)相。現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的鋼結(jié)硬質(zhì)合金致密度較低，抗彎強(qiáng)度較低，不能很好地應(yīng)用于刀片和耐磨零件等標(biāo)準(zhǔn)件的工業(yè)生產(chǎn)中，制約了其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種致密度高、抗彎強(qiáng)度高的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種工藝簡單、成本低的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法。 本發(fā)明提供的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金，由按重量百分比的下述原料制備而成: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%，余量為還原鐵粉。作為改進(jìn)，本發(fā)明的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金，由按重量百分比的下述原料制備而成: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%,余量為還原鐵粉。上述稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，包括以下步驟:
(O配料，按所述組分和重量百分比配料；
(2)球磨混合，將配好的粉料放入球磨罐中進(jìn)行球磨；
(3)壓制成型，將球磨好的粉末進(jìn)行噴霧干燥制粒，在一定壓力下制成壓坯；
(4)真空燒結(jié)，在1400-1430°C下真空燒結(jié)并保溫1_3小時(shí)后，隨爐冷卻。作為改進(jìn),步驟(I)所述La2O3粉粒徑小于45mm,還原鐵粉粒徑小于75mm。作為改進(jìn)，步驟(2)所述球磨罐為不銹鋼罐，以不銹鋼球?yàn)檠心ンw，以酒精為球磨介質(zhì)，球料比為5:1。作為改進(jìn)，步驟(2)所述球磨時(shí)間為18-20小時(shí)。
作為改進(jìn)，步驟(3)所述壓制成型壓力為200_500MPa。作為改進(jìn)，步驟(4)所述真空燒結(jié)在真空度低于0.5Pa下進(jìn)行。本發(fā)明通過添加La2O3抑制了晶粒的長大，并起到彌散強(qiáng)化的作用。由于La2O3化學(xué)性質(zhì)活潑，在燒結(jié)溫度下，La2O3能夠與金屬粉末界面上的雜質(zhì)和氧化膜作用，起到凈化界面的作用，有助于潤濕性的改善，從而有利于致密化的進(jìn)程，達(dá)到減小孔隙度的目的，而孔隙度的減小又必將有助于抗彎強(qiáng)度的提高。La2O3粉含量介于0.2%和0.5%之間，可起到稀土強(qiáng)化作用，因此本發(fā)明的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和致密度得以提高，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到1700MPa以上，致密度達(dá)到97.4%以上。本發(fā)明得到的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金孔隙度低，致密度高，晶粒細(xì)小，組織均勻，抗彎強(qiáng)度高，力學(xué)性能好。同時(shí)，本發(fā)明的制備方法工藝簡單、操作方便、燒結(jié)周期短、工藝成本低、適于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的典型金相組織照片(1500X)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金由重量百分比為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，其余為還原鐵粉制備而成。為了達(dá)到更好的致密度和抗彎強(qiáng)度，按下述重量百分比制備: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%,其余為還原鐵粉。本發(fā)明的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金是通過下述步驟制備的。首先進(jìn)行配料，其中La2O3粉粒徑最好小于4 5mm,還原鐵粉粒徑最好小于75mm,這樣在球磨過程中可以使粉末更好的達(dá)到合金化。球磨混合可以按常規(guī)方法進(jìn)行，將配好的粉料放入球磨罐中進(jìn)行球磨。最好使用不銹鋼球磨罐，以不銹鋼球?yàn)檠心ンw，以酒精為球磨介質(zhì)，球料比為5:1。球磨時(shí)間最好為18-20小時(shí)，以使粉末更好的實(shí)現(xiàn)合金化并且粒度細(xì)小且均勻。按常規(guī)方法將球磨好的粉末進(jìn)行噴霧干燥制粒，在一定壓力下制成壓坯。壓力最好為200-500MPa，使粉末壓坯密度進(jìn)一步提高。在1400-1430°C下真空燒結(jié)并保溫1_3小時(shí)后，隨爐冷卻。燒結(jié)溫度是至關(guān)重要的。燒結(jié)溫度低于1400°C時(shí)，燒結(jié)體收縮不夠，無法獲得致密度較高的鋼結(jié)硬質(zhì)合金；高于1430°C時(shí)則容易發(fā)生過燒，造成碳化物晶粒過分長大，影響鋼結(jié)硬質(zhì)合金的性能。真空燒結(jié)最好在真空度低于0.5Pa下進(jìn)行，可大大減少及避免金屬的揮發(fā)損失。在上述重量百分比范圍內(nèi)和工藝條件下，本發(fā)明制備了如下稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金，現(xiàn)以實(shí)施例具體說明。實(shí)施例1
按下述步驟制備本發(fā)明的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金:
Cl)配料:將純度大于99.99%、粒徑小于45mm的La2O3粉，純度大于98.5%、粒徑小于75mm的還原鐵粉，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%, La2O3 0.2%，余量為 Fe ；
(2)球磨混合:以不銹鋼球?yàn)檠心ンw，球料比為5:1，以酒精為球磨介質(zhì)，將配好的粉料放入不銹鋼球磨罐中進(jìn)行球磨,球磨時(shí)間為18小時(shí)；
(3)壓制成型:將球磨好的粉末進(jìn)行噴霧干燥制粒，在200MPa壓力下制成壓坯；
(4)真空燒結(jié):真空燒結(jié)爐腔內(nèi)真空度抽至低于0.5Pa后，在1400°C燒結(jié)并保溫I小時(shí)后隨爐冷卻。獲得的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其顯微組織明顯細(xì)化(如圖1)，晶粒細(xì)小，組織均勻，硬度值為HRC66.5，致密度為97.4%，抗彎強(qiáng)度為1700MPa。按實(shí)施例1的方法步驟制備實(shí)施例2-5的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其不同之處在于配料重量百分比、球磨時(shí)間、壓制成型壓力、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間，已在表I中列出，獲得的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的硬度值、致密度、抗彎強(qiáng)度等參數(shù)見表I。表I
權(quán)利要求
1.一種稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于由按重量百分比的下述原料制備而成: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%，余量為還原鐵粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其特征在于由按重量百分比的下述原料制備而成=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%，余量為還原鐵粉。
3.權(quán)利要求1或2所述的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (O配料，按所述組分和重量百分比配料； (2)球磨混合，將配好的粉料放入球磨罐中進(jìn)行球磨； (3)壓制成型，將球磨好的粉末進(jìn)行噴霧干燥制粒，在一定壓力下制成壓坯； (4)真空燒結(jié)，在1400-1430°C下真空燒結(jié)并保溫1_3小時(shí)后，隨爐冷卻。
4.權(quán)利要求3所述的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(I)所述La2O3粉粒徑小于45mm,還原鐵粉粒徑小于75mm。
5.權(quán)利要求3所述的 稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(2)所述球磨罐為不銹鋼罐，以不銹鋼球?yàn)檠心ンw，以酒精為球磨介質(zhì)，球料比為5:1。
6.權(quán)利要求3所述的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(2)所述球磨時(shí)間為18-20小時(shí)。
7.權(quán)利要求3所述的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(3)所述壓制成型壓力為200-500MPa。
8.權(quán)利要求3所述的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(4)所述真空燒結(jié)在真空度低于0.5Pa下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金及其制備方法，由按重量百分比的下述原料制備而成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%，余量為還原鐵粉。制備時(shí)按上述百分比配料后經(jīng)過球磨混合，噴霧干燥制粒，在一定壓力下壓制成型，在1400-1430℃下真空燒結(jié)并保溫1-3小時(shí)，最后隨爐冷卻。本發(fā)明的稀土改性鋼結(jié)硬質(zhì)合金孔隙度低，致密度高、抗彎強(qiáng)度高，本發(fā)明的制備方法工藝簡單、燒結(jié)周期短、工藝成本低、適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C22C1/05GK103114232SQ20131009194
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者劉東華, 湯波, 賓建林, 湯富山 申請人:湖南省冶金材料研究所