一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料，包括碳化钛和铁基粘结相，碳化钛的重量百分含量为55～65％，铁基粘结相的重量百分含量为35～45％；其中铁基粘结相的组分包括：C：0.2～0.6％，Cr：1.5～4％，Mn：0.8～1.8％，Mo：2.0～4.0％，Ni：2～8％，Cu：0.5～2.0％，合金添加剂：0～1.01％，余量为Fe；其制备方法，通过将原料粉末按优化的比例充分混合，得到混合粉末，经过湿磨→过滤干燥→冷等静压成形→真空烧结→热处理，得到所需要的模具材料。本发明的高碳化钛钢结硬质合金只采用正火热处理硬度达到HRA87以上，强度高，满足常温以及高温模具材料的使用性能。
【专利说明】一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料
【技术领域】
[0001] 本发明属于粉末冶金制品用模具材料制备【技术领域】，具体涉及一种高碳化钛钢结 硬质合金模具材料。
【背景技术】
[0002] 随着我国制造业的转型升级，粉末冶金制品行业得到快速发展，特别是铁基制品 已经达到年产量数十万吨。铁基制品主要以模压成型为主，需要消耗大量模具材料。由于 合金工具钢和合金模具钢材料本身的限制，其耐磨性能较差，模具使用寿命短，导致粉末冶 金制品行业单位产品模具费用居高不下。目前常用的钨钴类硬质合金、钨钴钛类硬质合金 具有硬度高、耐磨性好的特点，已广泛用于粉末冶金制品行业，但是，由于其含钨高，材料密 度大，材料成本和制造成本都使得粉末冶金制品这个大批量生产的微利行业难以承受。
[0003] 钢结硬质合金是介于工模具钢和硬质合金之间的新型工程材料，其硬度和耐磨性 与某些硬质合金牌号相近，又具有工模具钢的可机械加工、热处理、锻造和焊接等特点。近 年来，钢结硬质合金与硬质合金及高速钢的界限在逐渐消失，并逐步占据普通硬质合金和 高速钢之间的区间，市场份额越来越大。
[0004] 钢结硬质合金按硬质相的种类主要分为WC系和Tie系两大类合金。目前市场上 的碳化钛钢结合金模具材料，TiC含量一般在40%以下（如我国碳化钛钢结合金GT35和R5 两种牌号的TiC含量分别为35%和45% )。这类合金烧结后必须经过锻造和复杂的热处理 工艺，而且成品率低、制造成本高，该材料的退火态硬度低于50HRC，难以满足高温需求，未 能广泛推广使用。
[0005] 对于TiC含量超过50%以上的钢结合金，由于烧结孔隙率难以降低，强度低，脆性 大等原因，至今国内外尚未有得到模具材料上实际应用的报道。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有粉末冶金制品用模具材料存在的缺陷，旨在提供一种高碳化钛钢 结硬质合金模具材料。
[0007] 本发明所要解决的技术问题是，针对高碳化钛钢结硬质合金制备中存在的孔隙率 高，脆性大，强度低等技术难题，本发明以优质相图和固溶理论为指导，通过铁基粘结相的 合金设计，优选微量合金元素V、B和稀土元素配方，改善碳化钛和铁基粘结相润湿性，抑制 烧结过程中碳化钛晶粒长大，减少烧结体的孔隙率，提高了铁基粘结相与碳化钛的结合强 度，研究出一种性能优越的高碳化钛钢结硬质合金材料和制备方法。
[0008] 本发明通过以下技术方案实现：
[0009] -种高碳化钛钢结硬质合金模具材料，包括碳化钛和铁基粘结相，碳化钛的重量 百分含量为55?65%，铁基粘结相的重量百分含量为35?45% ;其中铁基粘结相的组分 包括：C :0? 2?0? 6%，Cr :1. 5?4%，Mn :0? 8?1. 8%，Mo :2. 0?4. 0%，Ni :2?8%，Cu : 0? 5?2. 0%，合金添加剂：0?1. 01%，余量为Fe。
[0010] 所述的合金添加剂为B、V或稀土元素中的一种或几种，其重量百分含量通常情况 下为B:0?0. 01%，V:0?0. 5%，稀土元素：0?0. 5%，所述的稀土元素为La、Ce、Nd、E 或Y中的一种或几种。
[0011] 本发明碳化钛钢结硬质合金模具材料，所述的Fe为还原铁粉和羰基铁粉，还原铁 粉与羰基铁粉的质量比为4:1。
[0012] 本发明所述的碳化钛钢结硬质合金模具材料，其原料粉末为市售的碳化钛粉、铁 粉、猛铁粉、络铁粉、镇粉、钥粉、电解铜粉、石墨粉、砸铁粉、f凡铁粉和稀土粉。
[0013] 本发明所述的碳化钛钢结硬质合金模具材料，其制备方法包括以下步骤：将原料 粉末按优化的比例充分混合，得到混合粉末，经过湿磨一过滤干燥一冷等静压成形一真空 烧结一热处理，得到所需要的模具材料。
[0014] 本发明采用冷等静压成型的方法，其压坯密度达到78%以上，用于解决高碳化钛 钢结合金混料粉的难成型以及大尺寸压坯脱胶中增碳、变形问题。
[0015] 本发明所述的热处理为正火处理，具体为加热到奥氏体化温度1020?1080°C后 空冷，获得马氏体或贝氏体基体组织，硬度达到HRA87以上。
[0016] 本发明的有益效果为：1)本发名的高碳化钛钢结合金烧结体不进行淬火处理即 可硬度达到HRA85以上，满足高温模具材料的使用性能；2)钢中添加的微量合金元素，改善 碳化钛和铁基粘结相润湿性，抑制烧结过程中碳化钛晶粒长大，减少烧结体的孔隙率，提高 了铁基粘结相与碳化钦的结合强度。在钢结硬质合金中添加的B兀素，提_碳化钦与铁基 粘结相晶界结合力，并提高铁基粘结相的淬透性；V元素，降低高温下TiC在液相中的固溶 度，抑制TiC晶粒长大，并提高铁基粘结相的强度、屈服比和低温韧性；稀土元素，改善碳化 钛的润湿性，减少合金烧结孔隙率；3)本发明的高碳化钛钢结合金，不需要锻造和淬火处 理，成品率能达到90%以上，能达到硬质合金模具材料的力学性能，并且比钨钴类硬质合金 具有性价比高的优势，因此可替代钨钴类硬质合金模具。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为实施例1所制备的高碳化钛钢结合金材料的1500倍金相图；
[0018] 图2为实施例2所制备的高碳化钛钢结合金材料的1500倍金相图。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1
[0020] 将重量百分比为55. 0 %的碳化钛，45 %的铁基粘结相按要求配料，铁基粘结相成 分为C:0? 55%，Cr:3. 5%，Mn:0? 9%，Mo:3. 0%，Ni:3. 4%，Cu:0? 80%，Fe余量，其中Fe由80%还原铁粉和20%羰基铁粉组成。以轴承钢球为研磨体，球料比4:1，湿磨36小时后 卸料，进行真空干燥，然后用冷等静压机压制成型，在1420°C真空烧结1小时，最后1050°C 保温1小时后空冷，得到所需要的TiC钢结硬质合金材料。其金相图见图1，性能见表1。
[0021] 实施例2
[0022] 将重量百分比为55.0%的碳化钛，45%的铁基粘结相按要求配料，铁基粘结相 成分为C:0? 55%，Cr:3. 5%，Mn:0? 9%，Mo:3. 0%，Ni:3. 4%，Cu:0? 80%，合金添加剂： 0. 63%，Fe余量，其中合金添加剂由0. 01%B、0. 25%V和0. 27%稀土组成，稀土由La、Ce、 Nd、E和Y组成，Fe由80%还原铁粉和20%羰基铁粉组成。以轴承钢球为研磨体，球料比 4:1，湿磨36小时后卸料，进行真空干燥，然后用冷等静压机压制成型，在1420°C真空烧结1 小时，最后1050°C保温1小时后空冷，得到所需要的TiC钢结硬质合金材料。其金相图见图 2,性能见表1。
[0023] 实施例3
[0024]将重量百分比为65. 0 %的碳化钛，35 %的铁基粘结相按要求配料，铁基粘结相成 分为C:0? 4%，Cr:1. 5%，Mn:0? 9%，Mo:3. 6%，Ni:5. 4%，Cu:0? 8%，合金添加剂：0? 68%， Fe余量，其中合金添加剂由0.01%B、0. 25%V和0.42 %稀土组成，稀土La、Ce和Nd组 成，Fe由80%还原铁粉和20%羰基铁粉组成。以轴承钢球为研磨体，球料比4:1，湿磨45 小时后卸料，进行真空干燥，然后用冷等静压机压制成型，在1420°C真空烧结1小时，最后 1070°C保温1小时后空冷，得到所需要的TiC钢结硬质合金材料。其性能见表1。
[0025] 表1.实施例制备的TiC钢结硬质合金的物理性能
[0026]
【权利要求】
1. 一种高碳化钛钢结硬质合金模具材料，包括碳化钛和铁基粘结相，其特征在于：所 述的碳化钛的重量百分含量为：55?65%，铁基粘结相的重量百分含量为35?45% ;所 述的铁基粘结相的组分包括：C :0? 2?0? 6%，Cr :1. 5?4%，Mn :0? 8?1. 8%，Mo :2. 0? 4.0%，附：2?8%，，(：11:0.5?2.0%，合金添加剂：0?1.01%，余量为卩6。
2. 根据权利要求1所述的硬质合金模具材料，其特征在于：所述的合金添加剂为B、V 和稀土兀素中的一种或几种，其重量百分含量为：B :0?0. 01 %，V :0?0. 5%，稀土兀素： 0 ?0? 5%。
3. 根据权利要求2所述的硬质合金模具材料，其特征在于：所述的稀土元素为La、Ce、 Nd、E或Y中的一种或几种。
4. 根据权利要求1所述的硬质合金模具材料，其特征在于：所述的Fe为还原铁粉和羰 基铁粉，还原铁粉与羰基铁粉的质量比为4:1。
5. 根据权利要求1所述的硬质合金模具材料，其特征在于：该模具材料通过将原料粉 末按比例充分混合，得到混合粉末，经过湿磨一过滤干燥一冷等静压成形一真空烧结一热 处理，得到所需要的模具材料。
6. 根据权利要求5所述的硬质合金模具材料，其特征在于：该模具材料压坯密度 彡 78%。
7. 根据权利要求5所述的硬质合金模具材料，其特征在于：所述的热处理为正火处理， 具体为加热到奥氏体化温度1020?1080°C后空冷，获得马氏体或贝氏体基体组织。
【文档编号】C22C1/05GK104342592SQ201410513583
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】陈文 , 方哲成, 郭志猛 申请人:莱芜市金威新材料有限公司