专利名称：高锰钢基硬质合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高锰钢基硬质合金及其制备方法。
背景技术：
工程挖掘行业制作牙轮钻时，通过焊接高耐磨性、高硬度材质，适应岩层的挖掘，并延长零部件的使用寿命。目前上述行业主要使用高锰钢、高铬铸铁、WC-Co类硬质合金材质及传统高锰钢基硬质合金。高锰钢、高铬铸铁具有较好的冲击韧性，但其硬度偏低，耐磨性较差，掘进深度浅，即使用寿命短；WC-Co类硬质合金具有很高的硬度，但其抗冲击韧性只有约(3～5)J/mm2，其制作的牙轮钻无法用于复杂地质结构岩层的挖掘，比如硬度极不均匀的砂、石混合岩层等；传统高锰钢基硬质合金因良好的韧性、抗冲击性得到广泛应用，但由于其基体组织未高度奥氏体化，焊接裂纹率约30％，影响了使用性能。
发明内容
本发明针对上述已有材质的不足，提供一种基体为高度奥氏体化高锰钢、硬质相为碳化钛、具有高硬度和高冲击韧性的高锰钢基硬质合金，适用于复杂地质结构的岩层的挖掘，焊接性能良好，电焊焊接裂纹率≤0.5％。
本发明的高锰钢基硬质合金组成为(30.5～32.5)wt％的钛、(9.0～10.0)wt％的锰、(2.40～2.80)wt％的镍、(1.0～2.0)wt％的钼、(7.8～8.10)wt％的碳，余量为铁。
本发明的高锰钢基硬质合金的制备方法，包括将碳化钛粉、铁粉、锰铁粉、镍粉、钼粉、碳粉按一定重量百分比配制原料粉末，经湿磨、干燥、掺胶、压制、脱胶、烧结、淬火，制得高锰钢基硬质合金，其特征是配料时控制混合料总碳含量为(7.80～8.10)wt％，锰含量为(9.0～10.0)wt％，镍含量为(2.40～2.80)wt％，钼含量为(1.0～2.0)wt％；烧结时控制烧结温度在1350℃～1365℃，真空度为≤10Pa，保温时间按压坯最大有效尺寸计算为每毫米1.5～1.6分钟。
本发明通过控制混合料总碳含量、锰含量、镍含量和钼含量，制备出的高锰钢基硬质合金，其基体组织高度奥氏体化，大大减少应力集中，避免裂纹倾向，使其焊接性能得到很大提高，焊接裂纹率低于0.5％；硬度达到≥HRC56，抗弯强度达到≥1800MPa，冲击韧性达到6～10J/mm2，密度达到(6.3～6.5)g/cm3，孔隙度达到≤(A06、B06)。与WC-Co类硬质合金比，适宜于冲击较大、地层结构较复杂的野外作业，且具有电焊裂纹率低、可浇铸的优点，从而满足了岩层挖掘对牙轮钻的耐磨性、抗冲击性的高要求，同时使用寿命长。当岩层压力60MPa以下时，牙轮钻掘进深度达到120m以上，岩层压力60MPa～100MPa时，牙轮钻掘进深度达到80m以上，达到高锰钢、高铬铸铁牙轮钻掘进深度的三倍。本发明的高奥氏体化高锰钢基硬质合金还可用于破碎石料等，与现有高锰钢、高铬铸铁比，粗破时使用寿命相当，精破时使用寿命提高3～6倍。
具体实施例实施例1、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化钛粉40kg(碳含量为19.30wt％，氧含量为0.28wt％，余量为钛；杂质量很小可忽略，下同)、镍粉2.8kg、钼粉1.2kg、锰铁粉12.5kg(碳含量为1.42wt％，锰含量为78.7wt％，余量为铁；杂质量很小可忽略，下同)、铁粉43.5kg，经计算再加碳粉0.06kg；将上述所有原料在球磨机内湿磨混合均匀，球料比为3∶1，经干燥过筛后制得混合料粉末，混合料中总碳含量为7.97wt％，钛含量为31.22wt％，锰含量为9.47wt％，镍含量为2.66wt％，钼含量为1.12wt％，铁为45.87wt％；然后进行掺胶、压制、脱胶、烧结和淬火处理，其中烧结的压坯尺寸为长×宽×高＝58mm×8mm×28mm(以下实施例同)，控制烧结温度在1350℃～1365℃，真空度为≤10Pa，保温时间按压坯最大有效尺寸每毫米1.5分钟计算为1小时27分钟，得到高锰钢基硬质合金，其硬度为HRC62.1，密度为6.37g/cm3，冲击韧性为7.2J/mm2，抗弯强度为2000MPa，孔隙度为A02、B00。在竖井滚刀牙轮钻上焊接本发明的高锰钢基硬质合金(以下实施例同)，焊接裂纹率为0，证明所得的是高奥氏体化高锰钢基硬质合金。
实施例2、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化钛粉40Kg(碳含量为19.31wt％，氧含量为0.32wt％，余量为钛)、镍粉2.8kg、钼粉1.2kg、锰铁粉12kg(锰含量为80.20wt％，碳含量为1.62wt％，余量为铁)、铁粉44kg，经计算再加碳粉0.08kg；将上述所有原料在球磨机内湿磨混合均匀，球料比为3∶1，经干燥过筛后制得混合料粉末，混合料中总碳含量为8.00wt％，钛含量为31.47wt％，锰含量为9.63wt％，镍含量为2.66wt％，钼含量为1.08wt％，铁为45.57wt％，然后进行掺胶、压制、脱胶、烧结和淬火处理，控制烧结温度在1350℃～1365℃，真空度为≤10Pa，保温时间按压坯最大有效尺寸每毫米1.55分钟计算为1小时30分钟，得到高奥氏体化高锰钢基硬质合金，其硬度为HRC61.3，密度为6.38g/cm3，冲击韧性为8.4J/mm2，抗弯强度为2050MPa，孔隙度为A04、B00。牙轮钻焊接裂纹率0.1％。
实施例3、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化钛粉40Kg碳含量为19.24wt％、氧含量为0.28wt％，余量为钛)、镍粉2.8kg、钼粉1.2kg、锰铁粉12.3kg(锰含量为80.20wt％，碳含量为1.62wt％，余量为铁)、铁粉43.7kg，经计算再加碳粉0.1kg；将上述所有原料在球磨机内湿磨混合均匀，球料比为3∶1，经干燥过筛后制得混合料粉末，混合料实测总含碳量为7.91wt％，钛含量为31.66wt％，锰含量为9.81wt％，镍含量为2.60wt％，钼含量为1.18wt％，铁为46.11wt％，然后进行掺胶、压制、脱胶、烧结和淬火处理，控制烧结温度在1350℃～1365℃，真空度为≤10Pa，保温时间压坯最大有效尺寸每毫米1.6分钟计算为1小时33分钟，得到高奥氏体化高锰钢基硬质合金，其硬度为HRC60.7，密度为6.36g/cm3，冲击韧性为10.4J/mm2，抗弯强度为2050MPa，孔隙度为A02、B00。牙轮钻焊接裂纹率为0。
实施例4、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化钛粉40Kg(碳含量为19.42wt％，氧含量为0.43wt％，余量为钛)、镍粉2.8kg、钼粉1.2kg、锰铁粉12kg(锰含量为78.7wt％，碳含量为1.42wt％，余量为铁)、铁粉44kg，经计算再0.06kg碳粉；将上述所有原料在球磨机内湿磨混合均匀，球料比控制为3∶1，经干燥过筛后制得混合料粉末，混合料实测总含碳量为7.95wt％，钛含量为31.77wt％，锰含量为9.37wt％，镍含量为2.72wt％，钼含量为1.18wt％，铁为46.41wt％，然后进行掺胶、压制、脱胶、烧结和淬火处理，控制烧结温度在1350℃～1365℃，真空度为≤10Pa，保温时间按压坯最大有效尺寸每毫米1.5分钟计算为1小时27分钟，得到高奥氏体化高锰钢基硬质合金，其硬度为HRC62.1，密度为6.34g/cm3，冲击韧性为7.5J/mm2，抗弯强度为1810MPa，孔隙度为A04、B00。牙轮钻焊接裂纹率为0.08％。
实施例5、配制100Kg除碳粉以外的其他原料，其中碳化钛粉40Kg(碳含量为19.19wt％，氧含量为0.27wt％，余量为钛)、镍粉2.8kg、钼粉1.2kg、锰铁粉12.5kg(锰含量为80.2wt％，碳含量为1.62wt％，余量为铁)、铁粉43.5kg，经计算再加入碳粉0.15kg；将上述所有原料在球磨机内湿磨混合均匀，球料比控制为3∶1，经干燥过筛后制得混合料粉末，混合料中总碳含量为8.01wt％，钛含量为31.38wt％，锰含量为9.98wt％，镍含量为2.36wt％，钼含量为1.14wt％，铁为46.11wt％，然后进行掺胶、压制、脱胶、烧结和淬火处理，控制烧结温度在1350℃～1365℃，真空度为≤10Pa，保温时间按压坯最大有效尺寸每毫米1.6分钟计算为1小时33分钟，得到高奥氏体化高锰钢基硬质合金，其硬度为HRC60.1，密度为6.37g/cm3，冲击韧性为9.6J/mm2，抗弯强度为1910MPa，孔隙度为A02、B00。牙轮钻焊接裂纹率为0。
权利要求
1.一种高锰钢基硬质合金，组成为(30.5～32.5)wt％的钛、(9.0～10.0)wt％的锰、(2.40～2.80)wt％的镍、(1.0～2.0)wt％的钼、(7.8～8.10)wt％的碳，余量为铁。
2.如权利要求1所述的高锰钢基硬质合金的制备方法，包括将碳化钛粉、铁粉、锰铁粉、镍粉、钼粉、碳粉按一定重量百分比配制原料粉末，经湿磨、干燥、掺胶、压制、脱胶、烧结、淬火，制得高锰钢基硬质合金，其特征是配料时控制混合料总碳含量为(7.80～8.10)wt％，钛含量为(30.5～32.5)wt％，锰含量为(9.0～10.0)wt％，镍含量为(2.40～2.80)wt％，钼含量为(1.0～2.0)wt％；烧结时控制烧结温度在1350℃～1365℃，真空度为≤10Pa，保温时间按压坯最大有效尺寸计算为每毫米(1.5～1.6)分钟。
全文摘要
本发明提供了一种基体为高度奥氏体化高锰钢、硬质相为碳化钛、具有高硬度和高冲击韧性的高锰钢基硬质合金，其组成为(30.5～32.5)wt％的钛、(9.0～10.0)wt％的锰、(2.40～2.80)wt％的镍、(1.0～2.0)wt％的钼、(7.8～8.10)wt％的碳和余量的铁；其制备方法包括按一定重量百分比将碳化钛粉、铁粉、锰铁粉、镍粉、钼粉、碳粉配制成原料粉末，控制混合料总碳含量为(7.80～8.10)wt％、锰含量为(9.0～10.0)wt％、镍含量为(2.40～2.80)wt％、钼含量为(1.0～2.0)wt％，烧结温度在1350℃～1365℃，真空度为≤10Pa，保温时间按压坯最大有效尺寸计算为每毫米1.5分钟；本发明的高锰钢基硬质合金适用于复杂地质结构的岩层的挖掘，焊接性能良好，电焊焊接裂纹率≤0.5％，使用寿命长。
文档编号C22C33/02GK1851032SQ20061003177
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者舒艳兵, 唐东风, 郑阳东 申请人:株洲硬质合金集团有限公司