一种TiC系钢结硬质合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种TiC系钢结硬质合金。
【背景技术】
[0002] 钢结硬质合金作为一种新型工程材料，其介于工具钢和硬质合金之间的优异性能 以及可加工和良好的热处理特性，使它在制造业的应用越来越受到材料工作者的关注。近 年来，钢结硬质合金逐渐向粉末钢以及硬质合金两头延伸，在精密模具、耐磨零件以及矿山 工具、破碎均得到很好的应用，淡化了与普通硬质合金以及与高速钢、工具钢之间的界限， 市场占有量也越来越大。同时W、Co作为稀有元素，面临越来越严峻资源匮乏，而TiC系钢 结硬质合金的主要硬质相为TiC、主要粘接相为Fe，有着很大的资源优势，这也是TiC系钢 结硬质合金越来越得到广泛应用的原因之一。
[0003] 在TiC系钢结硬质合金生产过程中，碳化钛的不均匀长大很难避免，影响合金的 硬度、强度、尺寸精度，使其难以在更大的领域使用，如矿山工具、工程机械中的钎片、截齿、 球齿、柱钉、铲雪片等，这些均是以WC/Co硬质合金为主。如专利"TiC系钢结硬质合金及 其制备方法"（专利号：201110170310.4)、和专利"一种TiC系钢结硬质合金"（【申请号】 201310657224. 5)制得的合金均有较高的硬度与耐磨性，硬度可以达到HRA88. 0以上，尺寸 精度好；但是其硬质相均为单一的TiC，烧结后的合金均匀TiC晶粒不均匀长大现象存在。
[0004] 专利"一种纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金"（【申请号】201210186562)公开了 纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金，纳米TiN达到了抑制TiC晶粒长大的效果，但是纳米级 TiN的生产难度极大。
[0005] 专利201410401792. 3的碳氮化钛基硬质合金成分为：TiC39. 5%~45. 5%，TiCN 9%~15%，WC4. 5%~10. 5%，MoC2%~5%，Ni33%~39%。其通过控制TiCN的含 量，用TiCN取代部分TiC，有效改善了硬质合金的显微组织机构，组织结构均匀，能够细化 晶粒，抑制晶粒在烧结时急剧长大。但是在将TiCN简单的直接应用于本发明TiC系钢结硬 质合金（TiC-Mn-Mo-Ni-Fe)遇到了诸多困难，使其不能起到如201410401792. 3中的作用。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种TiNC强化TiC系钢结硬质合金，提高合金产品的硬度、强度 以及均匀性。
[0007] 正如【背景技术】所揭示，在直接将TiCN应用于TiC系钢结硬质合金（体系内除TiC 外含有Mn、Mo、Ni，其余为Fe)时，无论加入的TiCN含量如何，均不能得到组织结构均匀、晶 粒较细的合金。
[0008] 经研宄发现，只有加入稀土后，并且TiCN/TiC的重量比控制在1:12~24,TiCN才 能起到抑制TiC晶粒不均匀长大的作用，得到较为均匀、晶粒较细的合金组织。
[0009] 进一步的，在确定了本发明TiC系钢结硬质合金所含元素（除TiC外含有Mn、Mo、 Ni、稀土，其余为Fe)和TiCN/TiC的重量比基础上，发现当TiCN加入量小于1. 5%时，较小 量的TiCN并不能起到抑制TiC晶粒不均匀长大的作用；而当加入量大于6. 2%时，会产生 如图2的结果，图2是实验中TiCN加入量为12%，TiCN加量较多，在高温产生分解，使产品 出现较多的渗碳体、石墨夹杂等缺陷。只有加入量在2~5%范围内，才会有一个很好的综 合效果，如图1所示，晶粒分布均匀且较细。
[0010] 在上述研宄的基础上，本发明的技术方案为：
[0011] 本发明的技术方案为：一种Tic系钢结硬质合金，包括重量百分比计的下列组分： TiC48. 0 ~60.Owt%、TiCN2. 0 ~5.Owt%、Mn6. 0 ~7. 5wt%、Mo0. 8 ~1. 5wt%、Ni 2. 5~4.Owt%、稀土 0? 3~0? 8wt% ;Fe为余量；其中TiCN与TiC的重量比为1: (12~ 24) 〇
[0012] 优选组分配比为：Mn6. 4 ~7. 4wt%、Mo0? 9 ~1. 5wt%、Ni2. 6 ~3. 5wt%、稀 土 0? 3~0? 6wt%。优选TiCN占3~4%。优选TiCN与TiC的重量比为1: (14~17)。
[0013] 进一步优选TiC52. 0 ~56.Owt%、Mn6. 75 ~7.Owt%、Mo1. 0 ~1. 2wt%、Ni 3.0~3.2wt%、#i0.4~0.5wt%。
[0014] 优选配料时Mn源自锰铁粉，其占原料总重的8. 0~9. 2wt%。
[0015] 上述TiC系钢结硬质合金制备方法，包括配料、球磨、制粒、压制成型，最后在 1350 ~1450°C烧结。
[0016] 本发明机理如下：由于TiCN在颗粒形状、润湿性等均性能跟TiC相似，但TiCN与 TiC是两种物质其在晶体结构、晶格等是有区别的，TiCN在本发明中是作为晶粒抑制剂，加 入量为加量为2. 0~5. 0 %时，很好地抑制了TiC在高温烧结时晶粒的急剧长大和不均匀 长大，使合金能够得到均匀的、晶粒较细的合金组织，从而提高合金的断裂韧性，有效地提 高合金产品的硬度、强度以及均匀性，使合金的综合性能得到有效提高，同时又不产生渗碳 体、石墨夹杂等其他缺陷。
[0017] 本发明合金抗弯强度可达1890~2250MPa，硬度可达85~91HRA，密度可达 5. 95~6. 15g/cm3,耐磨性好、变形小、尺寸精度高。此外，TiCN的生产难度小，具有很强的 规模化生产能力，可以广泛应用。
【附图说明】
[0018] 图1本发明实施例4(TiCN加入量为5% )的电镜照片。
[0019] 图2与实施例4对比，TiCN加入量为12% 〇1(：、1111、11〇、附、稀土的含量与实施例 4相同）的电镜照片。
[0020] 由图1和图2可以看出，本发明制得的合金晶粒分布均匀，不存在渗碳和石墨夹杂 缺陷。
【具体实施方式】
[0021] 实施实例1
[0022] 将重量百分比（即wt%，以下实施例均相同）为48%的11(：、2%1^队9.2￥七％的 猛铁粉、3. 5wt%的Ni、l. 5wt%的Mo、0. 3wt%的稀土和余量的铁等几种粉末按要求配料， 以硬质合金棒为研磨体，球料比为6:1，以酒精为介质湿磨32小时后卸料，接着进行喷雾干 燥制粒，然后压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1400°C下烧结保 温1小时后随炉冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结硬质合金。其成分和重量百分比 为：Ti39. 5%，Mn7. 4%，Ni3. 5%，Mo1. 5%，N0? 6%，稀土 0? 3%，C9. 75%，余量为铁。
[0023] 实施实例2
[0024] 将重量百分比（即被％，以下实施例均相同）为52%的11(：、3%1^队8.75￥七％的 猛铁粉、3. 2wt%的Ni、l. 2wt%的Mo、0. 4wt%的稀土和余量的铁等几种粉末按要求配料， 以硬质合金棒为研磨体，球料比为6:1，以酒精为介质湿磨32小时后卸料，接着进行喷雾干 燥制粒，然后压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1400°C下烧结保 温1小时后随炉冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结硬质合金。其成分和重量百分比 为：Ti44. 5%，Mn7. 0%，Ni3. 2%，Mo1. 2%，N0? 9%，稀土 0? 4%，C10. 5%，余量为铁。
[0025] 实施实例3
[0026]将重量百分比（即wt%，以下实施例均相同）为56%的11(：、4%1^队8.5￥七％的猛铁粉、3.Owt%的Ni、l.Owt%的Mo、0. 5wt%的稀土和余量的铁等几种粉末按要求配料， 以硬质合金棒为研磨体，球料比为6:1，以酒精为介质湿磨32小时后卸料，接着进行喷雾干 燥制粒，然后压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1420°C下烧结保 温1小时后随炉冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结硬质合金。其成分和重量百分比 为：Ti47.8%，Mn6.75%，Ni3.0%，M〇1.0%，N1.2%，稀土 0.5%，C11.4%，余量为铁。
[0027] 实施实例4
[0028]将重量百分比（即wt%，以下实施例均相同）为60%的11(：、5%1^队8.(^%的 猛铁粉、2. 6wt%的Ni、0. 9wt%的Mo、0. 6wt%的稀土和余量的铁等几种粉末按要求配料， 以硬质合金棒为研磨体，球料比为6:1，以酒精为介质湿磨32小时后卸料，接着进行喷雾干 燥制粒，然后压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1420°C下烧结保 温1小时后随炉冷却，得到表面平整、不变形的TiC系钢结硬质合金。其成分和重量百分比 为：Ti51.5%，Mn6.4%，Ni2.6%，M〇0.9%，N1.5%，稀土 0.6%，C12.0%，余量为铁。 电镜照片如图1。
[0029] 本发明实施实例1-5制备的钢结硬质合金性能见表1，并与不添加TiCN的合金 (TiC、Mn、Mo、Ni、稀土的含量分别与各实施例相同）作为对比。
[0030]表1
[0031]
【主权项】
1. 一种TiC系钢结硬质合金，其特征在于包括重量百分比计的下列组分： TiC 48. 0 ~60.0 wt%、TiCN 2. 0 ~5. Owt%、Mn 6. 0 ~7. 5wt%、Mo 0. 8 ~1. 5wt%、Ni 2. 5~4. Owt%、稀土 0? 3~0? 8wt% ;Fe为余量；其中TiCN与TiC的重量比为1: (12~24)。
2. 根据权利要求书1所述TiC系钢结硬质合金，其特征在于组分配比为：Mn 6. 4~ 7. 4wt%、Mo 0? 9 ~1. 5wt%、Ni 2. 6 ~3. 5wt%、稀土 0? 3 ~0? 6wt%。
3. 根据权利要求书2所述TiC系钢结硬质合金，其特征在于：TiCN占3~4%。
4. 根据权利要求书2或3所述TiC系钢结硬质合金，其特征在于：TiCN与TiC的重量 比为1: (14~17)〇
5. 根据权利要求书4所述TiC系钢结硬质合金，其特征在于组分配比为：TiC 52. 0~ 56. Owt%、Mn 6. 75 ~7. Owt%、Mo 1. 0 ~1. 2wt%、Ni 3. 0 ~3. 2wt%、稀土 0? 4 ~0? 5wt%。
6. 根据权利要求书1所述TiC系钢结硬质合金，其特征在于：配料时Mn源自锰铁粉， 其占原料总重的8. 0~9. 2wt%。
7. -种权利要求1~6之一所述TiC系钢结硬质合金制备方法，包括配料、球磨、制粒、 压制成型，最后在1350~1450°C烧结。
【专利摘要】本发明涉及一种TiC系钢结硬质合金，包括重量百分比计的下列组分：TiC 48.0～60.0wt%、TiCN 2.0～5.0wt%、Mn 6.0～7.5wt%、Mo 0.8～1.5wt%、Ni 2.5～4.0wt%、稀土 0.3～0.8wt%；Fe为余量；其中TiCN与TiC的重量比为1:（12~24）。本发明合金抗弯强度可达1890~2250 MPa，硬度可达85~91 HRA，密度可达5.95~6.15 g/cm3，耐磨性好、变形小、尺寸精度高。此外，TiCN的生产难度小，具有很强的规模化生产能力，可以广泛应用。
【IPC分类】C22C1-05, C22C30-00, C22C29-02
【公开号】CN104674097
【申请号】CN201510114729
【发明人】郑阳东, 申梦龙, 李强, 赵璇, 王立明
【申请人】株洲硬质合金集团有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月16日