专利名称：TiC系无磁性钢结硬质合金材料的制作方法
技术领域：
本发明属于采用粉末冶金方法制取一种无磁性的TiC系高锰钢结硬质合金材料。
目前，我国属于TiC系列的高锰钢结硬质合金，在1982年冶金工业出版社出版的《钢结硬质合金》一书中的138页记有两个牌号(即TM60和TM52)。这类合金本属于一种无磁性的单相奥氏体材料，它具有足够的强韧性和硬度，有明显的加工硬化效果，是一种需求量较大的抗冲击、抗磨损材料，但按照原设计成分，在真空烧结的条件下，即使采用慢速升温，延长烧结时间，也难以控制质量。因此，用户退货量大，产品报废严重。究其原因是合金中的高锰钢粘结相挥发损失严重，使合金出现磁性。由于磁性的存在，合金的性能极为低劣，失去原有的强韧性，无加工硬化效果，导致焊接易产生裂纹，使用易碎片，为此对其进行了创新研究，在完全区别于过去成分的前提下，对高锰钢粘结相进行了改型。
本发明的目的是，在原合金成分上难以生产合格产品的情况下，为满足广大用户的要求，实现产品无磁性，解决合金的成批报废问题，改革了TiC系高锰钢结硬质合金中的粘结相成分，使其性能达到或超过原成分。
本发明提供了一种TiC系无磁性高锰钢结硬质合金材料的新成分，其硬质相为，(wt％)TiC 40.0～60.0，粘结相高锰钢60.0～40.0，其中Mn14.0～18.0，Ni1.5～3.0，Mo1.0～3.0，C0.7～1.2，Fe为余量，在该发明中主要重新设计了粘结相高锰钢的成分。
本发明TiC系无磁性钢结硬质合金材料，是在对磁性形成的机理研究基础上实现的。按照本发明成分，在真空炉中烧结，可比原成分缩短烧结时间2小时，产品合格率达98％以上，实现了产品无磁性。通过对有磁性和无磁合金的金相组织分析和相结构分析(见照片1、2和
图1)证明，按本发明成分制取的烧结态产品不需进行水韧处理就能获得单一奥氏体组织。加工硬化试验也证明，本发明成分具有明显的加工硬化效果。如含TiC44％的合金，烧结态硬度值为HRc59～61，加工硬化后HRc为63～65，而原合金成分的烧结态合金硬度值，HRc高达69～70.5，加工硬化全部碎裂，即无法进行加工硬化试验。由此进一步对其TiC晶粒之间的粘结相进行了多处能谱成分分析(见图2和图3)，发现有磁无磁合金的峰值完全不一样，无磁性合金TiC晶粒间的粘结相Fe、Mn等元素要比有磁性合金高10％以上，说明磁性合金的粘结相流失或挥发严重。由此证明磁性是由合金内部粘结相成分变化引起的。所以磁性检测可作为该类合金适用性的一种表征值。在本发明中烧结态合金可直接用于镶铸、镶嵌和焊接等。此外，本发明所用原材料为硬质相可用市售的粒径1～5μm的TiC粉末，粘结相可用市售的粒径≤75μm的Fe、Mn、Ni、Mo、C等纯金属元素粉末，也可用锰铁中间合金经球磨制取的粒径≤75μm的粉末。
本发明的工艺流程为①配料计算；②湿磨混料。在酒精保护下以球料比5∶1的比例球磨18～24小时；③过滤干燥。将酒精过滤然后烘干；④掺胶制粒。用丁钠橡胶溶液为制粒剂，加入量以每公斤混合粉80～110mL为宜；⑤压制成型。压制压力根据产品形状或受压面积计算，通常以每平方厘米800～1200公斤力为宜；⑥真空烧结。烧结按三个阶段控制升温速度和保温时间，即从20℃～700℃升温2h，保温1h，700℃～1370℃升温时间4h，保温1h，从1370℃～1420℃升温2h，保温0.5h，全程烧结时间10.5h，最后是冷却阶段；⑦产品检验包装出厂。检验可用简单的磁性检验初测判断合金是否合格，即用磁能积≥6.0的永久磁钢或钕铁硼磁钢测试，合金被吸住的判为不合格，不需再行其它项目检验，反之易然。
实施例在配料计算时，首先确定合金牌号或根据用户要求选择合金牌号。如我国用量较大的挖掘工具材料(相当于TM60)，其硬质相TiC的含量为(重量比)44％，将所配料的总重量乘以该百分比，即为TiC的重量，然后将总重量减去硬质相的重量，即为粘结相高锰钢的重量，再用粘结相的重量去乘以各元素百分比即为各元素的重量，如果使用的原料为锰铁中间合金，在配料计算时需将锰铁合金中的Mn、Fe、C等元素的含量算入。然后将上述算好的物料称好，装入球磨筒内球磨混料。球磨价质酒精的加入量为350mL/kg，其它环节按上节的工艺流程和技术参数进行。
按本实施例制取的合金制品，无磁性，烧结态硬度值为HRc59～61，合金密度6.2g/cm3抗弯强度≥2100MPa/mm2是一种优良的挖掘机齿和竖井钻机楔齿材料。
权利要求
1.一种以TiC为硬质相，高锰钢为粘结相的无磁性钢结硬质合金材料，其特征是硬质相为，(wt％)TiC 40.0～60.0，粘结相高锰钢60.0～40.0；其中Mn 14.0～18.0，Ni 1.5～3.0，Mo 1.0～3.0，C 0.7～1.2，Fe为余量。
2.按照权利要求1所述，其特征是只要调整硬质相TiC和C的含量，可以根据工况条件的要求，生产不同性能和用途的TiC系无磁性高锰钢结硬质合金材料。
3.按照权利要求1所述，其特征是只要将粘结相成分控制在要求范围内，可实现产品无磁性。并可由磁性检验来判断合金的适用性。
全文摘要
本发明公布了制造无磁性TiC系钢结硬质合金的成分和工艺实施过程。按照本发明设计的成分和技术，一般硬质合金厂均能生产出优质合格的合金材料。在本专利中只要调整硬质相和碳的含量，可生产出不同性能和要求的无磁性的TiC系钢结硬质合金材料。在本专利中指明了原材料的应用可以是Fe、Mn、Ni、Mo等纯金属粉末，也可以是Mn、Fe中间合金粉末。同时还指明了烧结态的合格品不需进行水韧处理，就可直接用于焊接镶铸、镶嵌等。另外本专利特别点破了磁性是判断此类合金适用性的一个表征值。
文档编号C22C29/10GK1548568SQ0311835
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月9日 优先权日2003年5月9日
发明者宾建林, 张春友, 汤富山 申请人:湖南省冶金材料研究所