一种wc系钢结硬质合金的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种WC系钢结硬质合金，硬质相WC为65～85wt%，粘结相高锰钢为15～35wt%，合金成分与重量百分比分别为：W61～80wt%、Mn2.2～5.1wt%、Ni0.6～1.5wt%、Cr0.5～1.5wt%、Mo0.4～1.0wt%、C4.0～6.0wt%，Fe为余量。本发明通过添加Cr、Mo等合金元素，达到净化晶界和强化粘结相，提高两相结合强度作用，从而达到提高合金强度和硬度的目的，实现了合金性能的提升，获得产品孔隙率低、表面质量好，其强度、硬度高，具有很好的耐磨性。
【专利说明】-种WC系钢结硬质合金
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种WC系钢结硬质合金。
【背景技术】
[0003] 钢结硬质合金(简称钢结合金）作为一种新型工程材料，兼有碳化物的硬度和耐磨 性以及钢的良好力学性能，是介于硬质合金与工具钢之间的工具材料。钢结合金的性能特 点是在保持高硬度和耐磨性的基础上，较大幅度地提高了强度和韧性，综合性能好，适于较 大冲击负荷条件下使用。钢结合金由于含有大量弥散分布的高硬度硬质相，其耐磨性可以 与高钴硬质合金接近，但与硬质合金相比，具有较好的韧性，且成本低，适用范围更广；与高 合金模具钢相比，其具有较高的弹性模量、耐磨性、抗压强度和抗弯强度。
[0004] 钢结合金按硬质相种类主要分为WC系和TiC系两大类，并且硬质相正在向多样化 的方向不断发展，粘结相的钢种也不断扩大，有合金钢、工具钢、高锰钢和不锈钢等多个钢 种。传统钢结合金的硬质相含量一般不超过50%，来保证合金具有可加工性和热处理性的同 时保证一定的耐磨性。但近年来，钢结合金硬质相范围不断扩宽，向硬质合金领域延伸，尽 量提高硬质相的含量，在保证合金足够的强度的情况下尽量提高其耐磨性，目前硬质相含 量最高可达94%，但是低粘结相WC系钢结硬质合金的研究存在较多技术难点，在硬度提高 方面一直未能取得较大进展。
[0005] 专利号分别为201310192940. 0和200910242568. 3的两项涉及钢粘结相的WC 基钢结合金专利中，其硬质相的重量百分比含量< 50%，应用多为模具材料领域；专利"WC 系无磁性钢结硬质合金材料"（CN 1548567A)公开了一种以高锰钢为粘结相的WC系钢 结硬质合金材料，其硬质相WC重量百分比为75~90%，粘结相高锰钢25. (Γ10. 0% ;其中 Μη:14. (Γ18. 0%，Ni:3. (Γ6. 0%，C:0. 9?1. 9%，Fe为余量。该合金属于高锰钢基钢结硬质合 金，具有较高的硬度，烧结态硬度达到HRA81. 5~82. 5,经加工硬化后硬度HRA84~86,该发明 材质硬度偏低，与传统WC-Co类硬质合金存在较大差距，无法胜任钎片和铲雪片等领域使 用要求。
【发明内容】
[0006] 针对现有的技术问题，本发明提供一种WC系钢结硬质合金，孔隙度低，具有更高 的硬度和耐磨性。
[0007] 本发明的技术方案为：一种WC系钢结硬质合金，硬质相WC为65?85 wt%，粘结 相高锰钢为15?35 wt%，合金成分与重量百分比分别为：W 61?80wt%、Mn 2.2?5.1wt%、 Ni 0· 6 ?I. 5wt%、Cr 0· 5 ?I. 5wt%、Mo 0· 4 ?I. Owt%、C 4. 0 ?6. Owt%，Fe 为余量。
[0008] 配料时选用WC粉、Cr3C2粉、Ni粉、Mo粉、锰铁粉和Fe粉。原料重量百分比为分 别为：WC粉65?85%，Cr 3C2粉0· 6?L 6%，Ni粉0· 6?L 5%，Mo粉0· 4?L 0%，锰铁粉 2· 8?6· 5%，C粉（λ 3?L 0%，余量为Fe粉。
[0009] 优选原料重量百分比为分别为：WC粉7(T80%，Cr3C2粉0. 9?I. 4%、Ni粉0. 8?1. 3%、 Mo粉0. 5?0. 7%、锰铁粉3. 7?5. 5%、炭黑0. 4?0. 6%，余量为Fe粉。
[0010] 优选所述Cr3C2粉的粒度彡L 0 μ m。
[0011] 上述WC系钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：按所述成分和重量百分比 配料、球磨、压制成型、烧结。
[0012] 产品烧结时的接触材料为氧化锆或氧化铝，其可以做成板材，也可以涂层在石墨 舟皿上使用，烧结温度1290?1360°C，保证烧结产品的表面质量，变形量小。
[0013] 本发明具有以下有益效果： 1.本发明采用WC作为硬质相，高锰钢为粘结相，通过添加 Cr、Mo等合金元素强化粘 结相，净化晶界，提高两相间的结合强度，从而达到提高合金强度和硬度的目的，实现了合 金性能的提升，制得的钢结硬质合金孔隙率低（孔隙度可达A02B00)、强度高(抗弯强度> 1950MPa)、硬度高(烧结态硬度即可达HRA86以上)，表面质量好，具有很好的耐磨性。
[0014] 2.本发明的钢结合金采用锰铁粉和Fe粉来作为粘结相，在确保合金性能的同时， 降低了生产成本，且锰铁粉的加入百分比为2. 8?6. 5%，Mn含量不高，不影响合金的孔隙 度。
[0015] 3.本发明的钢结合金产品比重轻，兼具钢结合金的耐磨性、和硬质合金的高硬度， 在钎片、铲雪片等领域可替代硬质合金。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明合金100倍金相。
[0017] 图2为本发明合金微观组织1000倍金相照片。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1 :将重量百分比（即wt%，以下实施例均相同）为65%的WC，1. 6%的Cr3C2 粉、1. 5%的Ni、0. 8%的Mo、6. 5%的锰铁粉、0. 7%的炭黑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4:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后 压制成型，最后进行一体烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1300°C下烧结保温1小时后随 炉冷却，得到高硬度、高尺寸精度的钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
[0019] 实施例2 :将重量百分比为70%的WC，1. 4%的Cr3C2粉、1. 3%的Ni、0. 7%的Mo、 5. 5%的锰铁粉、0. 6%的炭黑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4:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，最后进行一体 烧结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1320°C下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高 尺寸精度的WC系钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
[0020] 实施例3 :将重量百分比为75%的WC，1. 2%的Cr3C2粉、0. 9%的Ni、0. 6%的Mo、4. 6 %的锰铁粉、0. 5%炭黑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4:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，最后进行一体烧结， 以氧化锆舟皿为接触材料，在1360°C下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高尺寸精 度的钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
[0021] 实施例4 :将重量百分比为80%的WC，0. 9%的Cr3C2粉、0. 8%的Ni、0. 5%的Mo、3. 7% 的锰铁粉、〇. 4%的炭黑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4. 5:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，，最后进行一体烧 结，以氧化锆舟皿为接触材料，在1340°C下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高尺 寸精度的钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
[0022] 实施例5 :将重量百分比为85%的WC，0. 7%的Cr3C2粉、0. 6%的Ni、0. 4%的Mo、2. 8 %的锰铁粉、0. 3%炭黑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4:1，以酒精为介质湿磨28小时后卸料，喷雾干燥制粒后压制成型，最后进行一体烧结， 以氧化锆舟皿为接触材料，在1360°C下烧结保温1小时后随炉冷却，得到高硬度、高尺寸精 度的钢结硬质合金产品。具体合金性能见表1。
[0023] 表1实施例制备的钢结合金的性能
【权利要求】
1. 一种WC系钢结硬质合金，其特征在于硬质相WC为65?85 wt%，粘结相高锰钢为 15?35 wt%，合金成分与重量百分比分别为：W 61?80wt%、Mn 2. 2?5. lwt%、Ni 0? 6? 1. 5wt%、Cr 0? 5 ?1. 5wt%、Mo 0? 4 ?1. Owt%、C 4 ?6wt%，Fe 为余量。
2. 根据权利要求1所述的WC系钢结硬质合金，其特征在于：配料时选用WC粉、Cr3C2粉、Ni粉、Mo粉、锰铁粉和Fe粉。
3. 根据权利要求2所述的WC系钢结硬质合金，其特征在于：原料重量百分比为分别 为：WC 粉 65 ?85%，Cr3C2 粉 0? 6 ?1. 6%，Ni 粉 0? 6 ?1. 5%，Mo 粉 0? 4 ?1. 0%，锰铁粉 2. 8?6. 5%，C粉0? 3?1. 0%，余量为Fe粉。
4. 根据权利要求3所述的WC系钢结硬质合金，其特征在于：原料重量百分比为分别 为：WC 粉 70?80%，Cr3C2 粉 0? 9?1. 4%、Ni 粉 0? 8?1. 3%、Mo 粉 0? 5?0? 7%、锰铁粉 3. 7?5. 5%、炭 黑0.4?0.6%，余量为Fe粉。
5. 根据权利要求2~4之一所述的WC系钢结硬质合金，其特征在于：所述Cr3C2粉的粒 度彡1. 0 U m。
6. -种权利要求1飞之一所述WC系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于包括以下 步骤：按所述成分和重量百分比配料、球磨、压制成型、烧结。
7. 根据权利要求6所述的WC系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于产品烧结时的 接触材料为氧化锆或氧化铝。
8. 根据权利要求6或7所述的WC系钢结硬质合金的制备方法，其特征在于烧结温度 1290 ?1360°C。
【文档编号】C22C29/08GK104388798SQ201410760154
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】武文花, 舒艳兵, 吴昊 申请人:株洲硬质合金集团有限公司