专利名称：一种钢结硬质合金及其制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢结硬质合金及其制作工艺，特别是GT35钢结硬质合金及其制作工艺。
工业的发展需要各种工具钢和模具钢，钢铁工业的发展对耐火材料质量要求日益提高，长期以来国内耐火材料工业存在着成型模具使用寿命短，钢材耗用量大，模具费用高，模具加工跟不上生产发展的需要，为此冶金部十分重视模具这一问题。一九七九年冶金部呈与意大利碳化钨公司谈判，但每付模具索价9300美元，价格太高未达成协议，循后在上海耐火材料厂攻关，采用气体碳氮共渗热处理工艺用Cr12Mor高合金刚制作模具，同时采用钨-钴硬质合金镶片粘锒模具，在使用寿命上有较大提高，但加工困难，使用范围受到限制。
本发明的目的在于提供一种具有高硬度，高耐磨性和较高的强度便于机加工能制造各种复杂模具的钢结合金材料及其制作工艺。
本发明提供了一种经热处理后具有高硬度、高耐磨性和高的强度一定的韧性及良好的工艺特性，该材料能适应各种机加工，能锻造、焊接、经热处理后变形小，其机械性能，密度6.4～6.6g/cm3，经退火后硬度HRC39～45，淬火硬度HRC67～72，抗弯强度150～180kg/mm2，抗压强度＞300kg/mm2，冲击韧性0.6～0.9kgm/cm2，由于具有上述性能该材质便于机加工能制作特、大、异型耐火材料成型模具以及冷拉、冷拨、冲压、剪切等各类模具。GT35钢结硬质合金是以钢为粘结相以碳化钛为硬质相的硬质合金组合材料。
以下结合附图及实例对本发明的内容作进一步详细描述，说明如下
图1为本发明的锻造加热工艺图。
图2为本发明的退火加热工艺图。
图3为本发明的淬火加热工艺图。
图4为本发明的回火加热工艺图。
图5为本发明的碳、氮二元共渗或碳、氮、硼三元共渗热处理工艺图。
GT35钢结硬质合金制作方法及工艺流程合金烧结毛坯→退火→锻造→退火→机加工→淬火(化学热处理)→回火→磨削加工→组装→成品。分述如下一、GT35钢结硬质合金化学成份及锻造加工。
GT35钢结硬质合金是采用粉末冶金方法生产的一种组合材料，其坯料经真空炉烧结而成，其化学成份，碳化钛TiC35%、钼Mo2%、铭Cr2%、碳C0.5%、铁Fe余量。其钢基体类型属于铭、钼中合金钢。
锻造前，先将毛坯表面杂质磨掉(打磨)然后入炉加热，进行锻造其工艺如图1所示。需特别严格控制始锻温度(1200°～1220℃)和终锻温度(900°～950℃)，第一火锻造时，首先将毛坯倒边、倒小角打平后重新加热，第二火反复倒边、倒角重锻拨长，拨长时必须从头至尾，不可重锻工件中心部位，否则产生裂纹。第三火反复倒边倒角拨长直至达到所需形状尺寸，锻好后的毛坯必须进行保温冷却或随炉冷却，否则对退火及机加工不利，硬度偏高。
二、GT35钢结硬质合金的热处理包括退火，淬火及化化处理，回火过程。钢结合金的热处理目的及工艺如下述1、退火的目的是为了降低合金的硬度使其能承受各种机加工和其他加工工艺，经烧结后的GT35钢结合金组织结构常为细珠光体，其硬度较高(HRC50～60)，锻造后硬度更高(HRC60～62)，因此必须在360°～880℃退火，参见图2，由于GT35钢结合金退火工艺要求高，周期长，为防止脱碳必须采用木炭或铸铁屑等保护措施，退火后出炉温度控制在200°～250℃，否则导致硬度偏高不利加工。
2、淬火目的在于提高GT35合金的硬度、强度、耐磨和抗腐蚀等性能。热处理设备可采用箱式炉、盐浴盐、井式气体炉等，其淬火工艺如图3所示，淬火介质可采用2号、3号锭子油或30号、45号机油，淬火时油温必须加热到30°～50℃，否则会导致开裂。淬火状态的钢结合金其金相组织结构常为TiC+马氏体。
3、回火目的是消除淬火应力，稳定组织结构，提高韧性等以便获得良好的综合机械性能，GT35合金淬火后其硬度随回火温度的升高而硬度降低，其韧性则相应提高，因此回火温度的选择要根据具体用途而定，用于模具其回火温度采用低温回火160°～200℃，其回火工艺如图4所示。回火组织特征，低温回火TiC+回火马氏体+碳化物，高温回火TiC+索氏体(或屈氏体)+碳化物。
4、表面化学热处理，为了获得表面的超硬层及特殊性能，对耐火材料成型模具可采用碳、氮二元共渗工艺或碳、氮、硼三元共渗工艺，采用井式气体炉进行热处理时其工艺如图5所示，在800℃时滴入甲醇120～150滴/分，乙醇80～120滴/分(滴头φ2～3mm860°～980℃时甲醇80～100滴/分，乙醇加硼干溶液100～120滴/分，氨气30～35毫米水柱或三乙醇胺80～120.0滴/分，总之在加热700℃以上时必须加入保护气体，以免氧化脱碳。
三、GT35钢结合金的机加工及在耐火材料成型模具上的应用退火态的钢结合金，可进行各种机加工，其车削时采用yH2刀具ycog等均可，车削时干态忽加冷却液否则硬度增高不利加工，磨削加工时对淬火退火的零件可采用下述配方冷却液为佳，其冷却液配方为在100克水中加入0.2～0.7克硼砂，0.2～0.5克三乙配胺，0.1克左右亚硝酸钠。对淬火状态的GT35合金磨削时最好采用JRl金刚石砂轮，速度以15～25米/秒进给深度为0.01～0.02mm为佳。
耐火材料成型模具一般由两部分组成外框及模板外框由45＃铸钢制作，模板采用高铭合金铸铁与GT35合金板镶嵌而成其工艺流程为
GT35合金与高铭合金模板镶嵌→精磨→组装。
权利要求
1.本发明涉及钢结硬质合金，特别是GT35型结硬质合金，其特征在于采用粉末冶金方法生产而成，主要由碳化钛、钼、铭、碳、铁等组份经压制烧结而成的铭钼中合金钢。该材料经碳、氮、硼共渗热处理后，具有高硬度、高耐磨性、高的刚性和较高的强度及韧性，良好的机加工性能和抗腐蚀等特性。该材料能制造复杂特、大、异型耐火材料成型模具及多种类型模具如冷冲模、拉丝模等。GT35钢结硬质合金是以钢为粘结相，以碳化钛(或碳化钨)为硬质相的硬质合金组合材料。
2.根据权利要求1所述的钢结硬质合金，其特征在于合金的化学成份含量即碳化钛TiC35%、钼Mo2%、铭Cr2%、碳C0.5%铁Fe余量。
3.根据权利要求1所述的钢结硬质合金，其机械性能为密度为6.4～6.6g/cm3，退火硬度HRc39～45，淬火硬度HRc67～72，抗弯强度150～180kg/mm2，抗压强度＞300kg/mm2，冲击韧性0.6～0.9kg/cm2，还具有良好的机加工等特性。
4.一种钢结硬质合金的制作方法，其特征在于热处理采用碳、氮、硼三元共渗工艺，其工艺流程钢结合金烧结毛坯→退火→加热锻造→球化退火→机加工→淬火→回火。
5.根据权利要求4所述钢结硬质合金的制作工艺，其特征在于锻造温度和热处理温度的控制即始锻温度在1200°～1220℃，终锻温度在900°～950℃，热处理退火温度860°～880℃，退火出炉温度在200°～250℃，淬火960°～1050℃，保温1.5～2小时，淬火时油温加热30～50C，模具的回火温度160°～200℃左右。
6.根据权利要求4或5所述方法处理的钢结硬质合金，其特征在于该合金的组织特征烧结状态TiC+贝氏体，退火状态TiC+球化体，淬火状态TiC+马氏体，低温回火状态TiC+回火马氏体+碳化物，高温回火状态TiC+索氏体(或屈氏体)+碳化物。
全文摘要
本发明是涉及GT35钢结硬质合金及其制造工艺，目的为提供一理想的模具材料。特别是耐火材料成型模具，要求高的耐磨性和高的硬度及强度，而GT35钢结硬质合金是以钢为粘结相，以碳化钛为硬质相的硬质合金组合材料，具有良好的机械性能，高硬度、高耐磨性、高的强度、高的刚性和韧性。并具有良好的工艺特性。
文档编号C22C38/36GK1031864SQ88105759
公开日1989年3月22日 申请日期1988年8月1日 优先权日1988年8月1日
发明者陈新国 申请人:湖南省冷水滩耐火材料厂