本發(fā)明涉及一種金屬材料，具體涉及一種具有高硬度的改性硬質(zhì)合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：硬質(zhì)合金具有很高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，被譽(yù)為“工業(yè)牙齒”，用于制造切削工具、刀具、鈷具和耐磨零部件，廣泛應(yīng)用于軍工、航天航空、機(jī)械加工、冶金、石油鉆井、礦山工具、電子通訊、建筑等領(lǐng)域，伴隨下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硬質(zhì)合金市場需求不斷加大。并且未來高新技術(shù)武器裝備制造、尖端科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及核能源的快速發(fā)展，將大力提高對高技術(shù)含量和高質(zhì)量穩(wěn)定性的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的需求?，F(xiàn)有技術(shù)中制備的硬質(zhì)合金主要以粉末冶金方法為主，將碳化物與金屬粘結(jié)劑混合壓制成型，經(jīng)過燒結(jié)成致密合金，因此工業(yè)原料大量使用碳化物，是一種耗時(shí)耗能的制備方法。申請?zhí)枮?01210471436.X公開了一種改性硬質(zhì)合金，由以下重量份的組分制備完成：石墨烯：0.1～0.8份，碳粉：0.2～0.5份，Si：0.1～0.3份，Ti：0.1～0.8份，P：0～0.01份，Cr：1～2份，Ni：3～8份，Mo：0.5～2份，F(xiàn)e：100～200份。制備方法包括以下步驟：將石墨烯均勻分散與有機(jī)溶劑中形成分散液，再與其它原料粉末混合形成硬質(zhì)合金原料，將該混合料進(jìn)行熔融，冷卻為鑄錠后，研磨為細(xì)粉，干燥、造粒，再次熔融，得到所需產(chǎn)品。此制備方法采用粉末直接燒制成型，能夠縮短工藝流程，降低能耗，提高效率，但產(chǎn)品硬度會(huì)受到一定的影響。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中硬質(zhì)合金在使用粉末生產(chǎn)的導(dǎo)致硬質(zhì)合金硬度不高的技術(shù)問題，提供一種改性硬質(zhì)合金及其制備方法，能夠使得硬質(zhì)合金具有較高的硬度同時(shí)簡化工藝流程，降低能耗，提高效率。本發(fā)明提供一種改性硬質(zhì)合金，各化學(xué)成分按重量百分比為：C1.0～3.0％、Si0.2～0.8％、Ti0.2～2.0％、Mn0.4～1.2％、V0.1～0.2％、N0.1～0.2％、Cr1.5～3.0％、Ni1.5～5.0％、Mo0.2～2.0％、Ru0.02～0.03％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。C：碳在硬質(zhì)合金中是影響硬度、耐磨性能和硬度的關(guān)鍵因素。隨著含碳量的增加，合金組織中碳化物數(shù)量增加，硬度提高，韌性降低，尤其碳化物呈網(wǎng)狀分布時(shí)，沖擊韌性降低更為嚴(yán)重。Cr：鉻是碳化物形成元素，反石墨化效果十分明顯，含鉻碳化物穩(wěn)定性好，可保證硬質(zhì)合金具有較高的硬度和耐磨性，但鉻含量過高會(huì)增加熔煉難度，同時(shí)增加成本，且脆性增加。Mn：錳是碳化物形成元素，能夠減少雜質(zhì)硫的有害作用，溶于鐵素體重可以提高強(qiáng)度和硬度。Si：硅是促進(jìn)石墨化的元素，能夠影響碳化物的穩(wěn)定性，加入適量的硅，有固溶強(qiáng)化作用；但硅含量過高時(shí)，會(huì)是碳化物隨著熱處理而轉(zhuǎn)變成石墨，從而降低硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性。Ti：鈦的主要作用是強(qiáng)化基體細(xì)化組織，對提高合金的抗磨性和韌性起積極作用，同時(shí)具有良好的脫氧作用，對改善鑄態(tài)碳化物形態(tài)有著重要的有益作用。Ni：鎳不形成任何形式的碳化物，無限固溶于奧氏體中，擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，降低臨界轉(zhuǎn)變速度，是穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素，可以抑制珠光體的形成。Mo：鉬能夠提高硬質(zhì)合金的硬度和抗腐蝕性，同時(shí)能夠提高硬質(zhì)合金的熱穩(wěn)定性。Ru：稀土元素作為變質(zhì)劑對鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理，可以細(xì)化晶粒，減少碳化物在晶置上的分布，使之由連續(xù)網(wǎng)狀分布變?yōu)楣铝⒌臈l狀分布，從而使沖擊韌性提高。本發(fā)明所述的一種改性硬質(zhì)合金，作為優(yōu)選方式，各化學(xué)成分按重量百分比為：C1.5～2.5％、Si0.3～0.6％、Ti0.5～1.2％、Mn0.4～0.8％、V0.1～0.2％、N0.1～0.2％、Cr2.0～3.0％、Ni2.0～5.0％、Mo0.8～1.5％、Ru0.02～0.03％、S≤0.05％、P≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明所述的一種改性硬質(zhì)合金，作為優(yōu)選方式，各化學(xué)成分按重量百分比為：C2.5％、Si0.5％、Ti0.8％、Mn0.8％、V0.2％、N0.2％、Cr2.2％、Ni4.0％、Mo1.5％、Ru0.03％、S≤0.05％、P≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明所述的一種改性硬質(zhì)合金，作為優(yōu)選方式，各化學(xué)成分按重量百分比為：C1.2％、Si0.8％、Ti1.5％、Mn1.2％、V0.1％、N0.1％、Cr3.0％、Ni2.0％、Mo1.2％、Ru0.02％、S≤0.05％、P≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明提供一種改性硬質(zhì)合金的制備方法，包括以下步驟：S1、將石墨烯均勻分散在無水乙醇中；S2、將原料粉末與分散后的石墨烯進(jìn)行混合；S3、將步驟S2混合均勻的原料熔融，冷卻后形成鑄錠；S4、將步驟S3形成的鑄錠粉碎后通過球磨機(jī)進(jìn)行研磨，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為45～50r/min，球磨時(shí)間為36～45h；S5、將研磨后的粉料干燥后加入硬質(zhì)合金成模劑SD2.5％進(jìn)行造粒；S6、將步驟S5制得的粒料加熱至1300～1380℃，保溫1～1.5h，之后通入氬氣迅速冷卻至800℃，然后隨爐冷卻至室溫，脫模。本發(fā)明所述的一種改性硬質(zhì)合金的制備方法，作為優(yōu)選方式，步驟S2中原料粉末包括鈦鐵粉末、錳鐵粉末、鎳鐵粉末、鉬鐵粉末、釕粉末和鑄鐵粉末。石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體，具有較大的表面積，能夠通過簡單的物理吸附即可包裹在原料粉末表面。為后續(xù)球磨過程中實(shí)現(xiàn)與金屬粉末的良好復(fù)合與嵌入，能夠在燒結(jié)過程中實(shí)現(xiàn)組織均勻，降低燒結(jié)缺陷；石墨烯在燒結(jié)過程中迅速被還原，并與基體發(fā)生反應(yīng)，調(diào)節(jié)硬質(zhì)合金中的碳含量，由于其比傳統(tǒng)石墨粉具有更高的活性，能夠使硬質(zhì)合金基體碳元素分布均勻，改善組織的均一性。本發(fā)明提供的一種改性合金具有較高的硬度，提供的制備方法能夠有效的簡化工藝流程，降低能耗，提高效率。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種改性硬質(zhì)合金，各化學(xué)成分按重量百分比為：C2.5％、Si0.5％、Ti0.8％、Mn0.8％、V0.2％、N0.2％、Cr2.2％、Ni4.0％、Mo1.5％、Ru0.03％、S≤0.05％、P≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。實(shí)施例2一種改性硬質(zhì)合金，各化學(xué)成分按重量百分比為：C1.2％、Si0.8％、Ti1.5％、Mn1.2％、V0.1％、N0.1％、Cr3.0％、Ni2.0％、Mo1.2％、Ru0.02％、S≤0.05％、P≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。實(shí)施例3實(shí)施例3一種改性硬質(zhì)合金，各化學(xué)成分按重量百分比為：C1.5％、Si0.3％、Ti0.5％、Mn0.8％、V0.2％、N0.1％、Cr2.0％、Ni2.0％、Mo0.8％、Ru0.03％、S≤0.05％、P≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。實(shí)施例4一種改性硬質(zhì)合金，各化學(xué)成分按重量百分比為：C2.5％、Si0.6％、Ti1.2％、Mn0.4％、V0.1％、N0.2％、Cr3.0％、Ni5.0％、Mo1.5％、Ru0.03％、S≤0.05％、P≤0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。實(shí)施例5一種改性硬質(zhì)合金，各化學(xué)成分按重量百分比為：C1.0％、Si0.8％、Ti2.0％、Mn1.2％、V0.2％、N0.2％、Cr1.5％、Ni5.0％、Mo2.0％、Ru0.02％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。實(shí)施例6一種改性硬質(zhì)合金，各化學(xué)成分按重量百分比為：C3.0％、Si0.2％、Ti0.2％、Mn0.4％、V0.1％、N0.1％、Cr3.0％、Ni5.0％、Mo0.2％、Ru0.03％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。實(shí)施例1～6所述的一種改性硬質(zhì)合金的制備方法如下：S1、將石墨烯均勻分散在無水乙醇中；S2、將鈦鐵粉末、錳鐵粉末、鎳鐵粉末、鉬鐵粉末、釕粉末和鑄鐵粉末與分散后的石墨烯進(jìn)行混合；S3、將步驟S2混合均勻的原料熔融，冷卻后形成鑄錠；S4、將步驟S3形成的鑄錠粉碎后通過球磨機(jī)進(jìn)行研磨，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為45～50r/min，球磨時(shí)間為36～45h；S5、將研磨后的粉料干燥后加入硬質(zhì)合金成模劑SD2.5％進(jìn)行造粒；S6、將步驟S5制得的粒料加熱至1300～1380℃，保溫1～1.5h，之后通入氬氣迅速冷卻至800℃，然后隨爐冷卻至室溫，脫模。實(shí)施例1～6制得的改性硬質(zhì)合金力學(xué)性能如表1所示。表1實(shí)施例1～6硬質(zhì)合金力學(xué)性能樣品彎曲強(qiáng)度(GPa)硬度(HRA)YG8硬質(zhì)合金1.7989.2實(shí)施例12.2292.0實(shí)施例22.1591.5實(shí)施例32.0190.5實(shí)施例41.9890.6實(shí)施例51.8589.8實(shí)施例61.8689.4由表1可以看出，由本發(fā)明制得的硬質(zhì)合金具有更高的彎曲強(qiáng)度和硬度。以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出的任何修改、變化或等效，都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3