本发明涉及粉末冶金制造领域，特别是涉及一种tic高锰钢复合材料及其制备方法。
背景技术：
：tic高锰钢复合材料是陶瓷tic与金属高锰钢之间形成的一种复合材料，传统上称之为钢结硬质合金，或钢结合金。这种材料的硬度、耐磨性、强度和韧性介于传统硬质合金和高速钢之间，因此它的出现填补了硬质合金和钢之间的空白。相比于采用wc作为硬质相的钢结硬质合金，tic基钢结硬质合金具有以下独特的优点：(1)ti资源丰富，tic制备工艺简单，成本低廉；(2)在烧结的过程中，晶粒长大的倾向性小，在高温条件下能发生塑性变形，具有优良的使用性能；(3)tic基钢结硬质合金的硬度明显高于wc基钢结硬质合金，热稳定性更佳，具有良好的抗高温氧化性能；(4)碳含量能在较大的范围内波动，在成分上具有灵活性；(5)tic密度(4.90g/cm3)仅为wc的1/3，对应用于高速运转的耐磨部件和在运载车辆与航空飞行器上使用的耐磨件方面优势明显。tic高锰钢复合材料在工业上主要通过镶铸工艺和电焊工艺来进行应用，即将tic高锰钢钢结硬质合金镶铸在耐磨构件的工作面上和将小块tic高锰钢钢结硬质合金焊接在钢构件上，实现在建材行业和采矿工业中的应用，如大型粉碎机锤头和工程钻机钻头。但是，现有的tic高锰钢钢结硬质合金仍存在高冲击下强度、韧性不足、耐磨性不高的技术问题。技术实现要素：发明人发现，传统的tic高锰钢复合材料，在冲击较高时，由于韧性不足导致断裂破损，使材料磨损率大大加快。而提高tic含量，尽管可以增加耐磨性，但是强度和韧性都会下降。基于此，本发明的目的之一是提供一种在高冲击下强度好、韧性好、耐磨性好的tic高锰钢复合材料的制备方法。具体技术方案如下：一种tic高锰钢复合材料，原料包括a料和b料，a料和b料的质量比为10-40：60-90；其中，a料由包括以下质量比的原料烧结而成:质量比为100：7-10的粉末材料和粘结剂；所述粉末材料的原料质量百分比为：tic70-95％和高锰钢5-30％；b料包括以下质量百分比的原料：tic30-40％和高锰钢60-70％。本发明的另一目的是提供一种上述的tic高锰钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)a料的制备：将a料原料中的所述tic、高锰钢和粘结剂混合，干燥造粒后压制成块，烧结，破碎，过筛，得a料；(2)b料的制备：将b料原料中的所述tic和高锰钢混合，得b料；(3)将所得a料、所得b料与助剂混合，干燥造粒，压制成形，烧结。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过制备高tic含量的a料颗粒，这些颗粒分布均匀在b料中，形成硬度高、耐磨性高的局部区域，再通过与b料的其他组分配合，使得复合材料具备高硬度和耐磨性的同时不会降低其强度和韧性，最终制备得到了在高冲击力下硬度、耐磨性、强度和韧性等性能均十分优异的tic高锰钢复合材料。a料的制备过程中，本发明选择高含量的粘结剂作为造孔剂，在合适的温度、时间下烧结，得到多孔的烧结块。所述多孔的烧结块易于破碎成为颗粒，并可以控制颗粒的大小，进而可以实现a料颗粒在b料中的均匀分布。具体实施方式为了便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，以下给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。一种tic高锰钢复合材料，原料包括a料和b料，a料和b料的质量比为10-40：60-90；其中，a料由包括以下质量比的原料烧结而成:质量比为100：7-10的粉末材料和粘结剂；所述粉末材料的原料质量百分比为：tic70-95％和高锰钢5-30％；b料包括以下质量百分比的原料：tic30-40％和高锰钢60-70％。在其中一些实施例中，tic高锰钢复合材料的原料还包括助剂。在其中一些实施例中，所述a料和b料的原料中，所述高锰钢包括如下质量百分比的成分：mn8-12％、ni1-3％、mo0.5-2％、c0.3-0.8％和fe82.2-90.2％。在其中一些实施例中，a料和b料的质量比为15-30:70-85。在其中一些实施例中，a料原料中，所述粉末材料的原料质量百分比为：tic75-90％和高锰钢10-25％。在其中一些实施例中，a料原料中，所述粉末材料的原料质量百分比为tic78-82％、高锰钢18-22％。在其中一些实施例中，a料原料中，所述粉末材料和粘结剂的质量比为100：8。在其中一些实施例中，b料包括以下质量百分比的原料：tic32-38％和高锰钢62-68％。在其中一些实施例中，所述粘结剂为石蜡和橡胶中的至少一种。一种上述的tic高锰钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)a料的制备：将a料原料中的所述tic、高锰钢和粘结剂混合，干燥造粒后压制成块，烧结，破碎，过筛，得a料；(2)b料的制备：将b料原料中的所述tic和高锰钢混合，得b料；(3)将所得a料、所得b料与助剂混合，干燥造粒，压制成形，烧结。在其中一些实施例中，步骤(3)中，所述助剂选自石蜡和橡胶中的至少一种。在其中一些实施例中，所述步骤(1)中烧结的时间为0.5h-1h。烧结时间保持在此范围可以保证合金化以及保留适当的孔隙便于后续破碎。优选地，所述步骤(1)中烧结的时间为40min。在其中一些实施例中，所述步骤(3)中烧结的时间为1h-3h。烧结时间保持在此范围可以保证合金化，组织均匀，并且达到充分致密化程度。优选地，所述步骤(3)的烧结时间为2h。在其中一些实施例中，所述步骤(1)中过筛的筛目为300-600目。筛目保持在此范围可以提供优良的耐磨性并维持组织均匀，强度和韧性等综合性能优异。优选地，所述步骤(1)中过筛的筛目为400目。在其中一些实施例中，所述步骤(1)或步骤(3)中烧结的温度为1400-1440℃；和/或，所述步骤(1)或步骤(3)中烧结的真空度为20-50pa。以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例1本实施例所述的tic高锰钢复合材料，原料用量为：a料30重量份、b料70重量份、助剂橡胶1重量份；其中，a料：粉末材料(tic75wt％和高锰钢25wt％)以及粉末材料总质量7％的粘结剂橡胶。所述高锰钢的组成为：mn8wt.％，ni1wt.％，mo0.5wt.％，c0.3wt.％，其余为fe。b料：ticwt40％和高锰钢60wt％；高锰钢的组成为mn12wt.％，ni3wt.％，mo2wt.％，c0.8wt.％，其余为fe；制备方法包括以下步骤：(1)a料的制备：在所述粉末材料tic、高锰钢中加入粘结剂橡胶湿磨混合均匀，干燥造粒后压制成块，在真空炉中于温度1400℃、真空度20pa烧结0.5h，烧结后球磨破碎过300目筛得到混合料a；(2)b料的制备：将b料原料中所述的tic和高锰钢混合，得b料；(3)将a料加入b料中，再加入所述助剂橡胶湿磨混合均匀，干燥造粒后压制成形，在真空炉中于温度1440℃、真空度50pa烧结2h，得到tic高锰钢复合材料。实施例2本实施例所述的tic高锰钢复合材料，原料用量为：a料15重量份、b料85重量份、助剂石蜡2重量份；其中，a料：粉末材料：tic90wt％和高锰钢10wt％；以及粉末材料总质量10％的粘结剂。所述高锰钢的组成为：mn12wt％，ni3wt％，mo2wt％，c0.8wt％，其余为fe；b料：tic30wt.％和高锰钢70wt％；高锰钢的组成为mn8wt％，ni1wt％，mo0.5wt％，c0.3wt％，其余为fe；制备方法包括以下步骤：(1)a料的制备：在所述粉末材料tic、高锰钢中加入粘结剂石蜡湿磨混合均匀，干燥造粒后压制成块，在真空炉中于温度1440℃、真空度50pa烧结1h，烧结后球磨破碎过600目筛得到混合料a；(2)b料的制备：将b料原料中所述的tic和高锰钢混合，得b料；(3)将a料加入b料中，再加入所述助剂石蜡湿磨混合均匀，干燥造粒后压制成形，在真空炉中于温度1400℃、真空度20pa烧结1h，得到tic高锰钢复合材料。实施例3本实施例所述的tic高锰钢复合材料，原料用量为：a料25重量份、b料75重量份、助剂橡胶1.5重量份；其中，a料：粉末材料：tic80wt％和高锰钢20wt％；以及粉末材料总质量8％的粘结剂。高锰钢的组成为mn10wt％，ni2wt％，mo1wt％，c0.6wt％，其余为fe；b料：tic35wt％和高锰钢75wt％；高锰钢的组成为mn11wt％，ni2wt％，mo1wt％，c0.6wt％，其余为fe；制备方法包括以下步骤：(1)a料的制备：在所述粉末材料tic、高锰钢中加入粘结剂橡胶湿磨混合均匀，干燥造粒后压制成块，在真空炉中于温度1420℃、真空度40pa烧结40min，烧结后球磨破碎过400目筛得到混合料a；(2)b料的制备：将b料原料中所述的tic和高锰钢混合，得b料；(3)将a料加入b料中，再加入助剂橡胶湿磨混合均匀，干燥造粒后压制成形，在真空炉中于温度1420℃、真空度30pa烧结2h，得到tic高锰钢复合材料。实施例4本实施例与实施例3的区别在于，步骤(1)过200目筛。实施例5本实施例与实施例3的区别在于，步骤(1)的烧结时间为5h。对比例1：本对比例与实施例3的区别在于，不区分a料和b料，直接将所有原料tic、高锰钢和粘结剂等湿磨混合均匀，干燥造粒后压制成形，在真空炉中于温度1420℃、真空度30pa烧结1.5h，得到tic高锰钢复合材料。对比例2：本对比例与实施例3的区别在于，原料用量为：a料77重量份、b料25重量份、助剂橡胶1.5重量份。本对比例具体的a料和b料的物质组成和制备方法与实施例3相同。对比例3实施例3制备得到的a料作为tic高锰钢复合材料。性能测试：测试方法：采用洛氏硬度计测量复合材料的硬度；采用冲击试验机测量复合材料的韧性。结果如表1所示：表1各实施例和对比例的tic高锰钢复合材料的性能硬度hrc冲击韧性j/cm2实施例160＞6实施例262＞6实施例365＞6实施例463＞6实施例562＞6对比例156＜6对比例2555对比例3505以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12