專利名稱：高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及TiC金屬陶瓷及硬質(zhì)合金。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有TiC金屬陶瓷是指以TiC為第一硬質(zhì)相，以Ni-Mo為粘結(jié)相的燒結(jié)材料。雖然TiC金屬陶瓷和硬質(zhì)合金幾乎同時(shí)產(chǎn)生，但是，在工業(yè)上，TiC金屬陶瓷遠(yuǎn)不如硬質(zhì)合金的應(yīng)用廣泛，強(qiáng)度不足(通常不超過1500MPa)是TiC金屬陶瓷不能廣泛應(yīng)用的主要原因。迄今為止，其應(yīng)用范圍僅局限于金屬切削工具，而且在該領(lǐng)域內(nèi)也僅適應(yīng)精加工連續(xù)切削，對(duì)于重負(fù)荷切削，斷續(xù)切削以及銑削等仍然不能完全適應(yīng)，其它的一些涉及硬質(zhì)合金方面的應(yīng)用，例如，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的金屬線材成型拉絲模具等，一直沒有開發(fā)。
因此，研究一種高強(qiáng)度的TiC燒結(jié)材料很有必要，是擴(kuò)大這一材料應(yīng)用范圍的根本所在。事實(shí)上，自TiC金屬陶瓷旦生以來，提高強(qiáng)度的研究一直沒有停止過，但是，也一直沒有獲得滿意的結(jié)果。
本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料，所述的TiC高強(qiáng)度燒結(jié)材料，能克服現(xiàn)有TiC金屬陶瓷的脆性，因而具有較TiC金屬陶瓷更為廣泛的用途，也就是說，其應(yīng)用范圍可以部分地延伸到硬質(zhì)合金的領(lǐng)域。
本發(fā)明高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料，采用TiC作硬質(zhì)相，粘結(jié)相為三元的Fe-Ni-Ti。所述TiC硬質(zhì)相質(zhì)量百分含量為40-97％，F(xiàn)e-Ni-Ti粘結(jié)相的質(zhì)量百分含量為3-60％。
以下對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步說明。
本發(fā)明技術(shù)解決方案的基礎(chǔ)，是基于對(duì)TiC金屬陶瓷脆性本質(zhì)的研究。如前所述，現(xiàn)有的TiC金屬陶瓷是一種以TiC為硬質(zhì)相，Ni-Mo為粘結(jié)相的燒結(jié)材料，粘結(jié)相中的Mo使TiC金屬陶瓷燒結(jié)致密化，因而獲得一定的強(qiáng)度，能夠使TiC金屬陶瓷在切削工具中獲得應(yīng)用，但是Mo卻與TiC形成一種TiC-Mo2C的脆性相，包覆在TiC顆粒周圍，即金屬陶瓷領(lǐng)域中著名的所謂環(huán)形結(jié)構(gòu)，或稱包覆相，SS相(Surrounding Structure)，這種分布均勻的脆性相，使TiC金屬陶瓷不可能獲得更高的強(qiáng)度，因而也就限制了它的應(yīng)用范圍。本發(fā)明研究出一種不含Mo的粘結(jié)相，能使TiC燒結(jié)材料獲得優(yōu)良的強(qiáng)度。
本發(fā)明的成份，如前所述由TiC硬質(zhì)相和Fe-Ni-Ti粘結(jié)相組成。在所述的TiC硬質(zhì)相中，不加入第二硬質(zhì)相WC，而現(xiàn)有TiC金屬陶瓷或者其它的TiC材料中，必須加入WC以克服脆性，但與此同時(shí)也帶來硬度的下降，因?yàn)門iC的硬度HV3200，遠(yuǎn)高于WC的硬度HV1800。在本發(fā)明中，不需要加入WC來調(diào)整其性能，因?yàn)樵诒景l(fā)明中，WC對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)并不明顯，相反卻使硬度下降。本發(fā)明所述的Fe-Ni-Ti粘結(jié)相，其成份質(zhì)量百分含量分別為Fe48-78％，Ni20-50％，TiO.1-10％；一種常用的成份是Fe69.0％，Ni29.5％，Ti1.5％。在Fe-Ni-Ti的成份中，Ti是一個(gè)極為重要的組元，因?yàn)?，盡管Fe-Ni二元配方，也能作為粘結(jié)相使TiC燒結(jié)材料獲得良好的強(qiáng)度，但是，加入Ti能使強(qiáng)度更大幅度的提高，提高的幅度可以達(dá)到15-30％，Ti的最佳加入量為(Fe+Ni)總量的1.5-2.0％。配制Fe-Ni-Ti粘結(jié)相，可以采用單質(zhì)的粉末，即Fe粉，Ni粉和Ti粉，也可以采用合金化的粉末。
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝，基本與硬質(zhì)合金相同，但也有一些區(qū)別。相同之處是同樣采用粉末冶金生產(chǎn)的常規(guī)工藝，即球磨制取混合料，然后在混合料中加入石蠟或其它成型劑，再壓制成毛坯，毛坯經(jīng)預(yù)燒去除石蠟，再經(jīng)燒結(jié)獲得產(chǎn)品；區(qū)別之處主要有兩點(diǎn)，一是，硬質(zhì)合金是在H2氣氛中預(yù)燒，但本發(fā)明材料需在真空中預(yù)燒，而在H2氣氛中預(yù)燒將會(huì)降低本發(fā)明材料的強(qiáng)度。二是，硬質(zhì)合金燒結(jié)可以在H2氣氛或真空中進(jìn)行，但本發(fā)明材料必須在真空中燒結(jié)。
本發(fā)明高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的物理機(jī)械性能優(yōu)良?，F(xiàn)列舉6種高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的化學(xué)成份和物理機(jī)械性能，見表1 表1

由以上可知，高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料，其特點(diǎn)有1、物理機(jī)械性能優(yōu)良。表1數(shù)據(jù)表明，其性能已經(jīng)達(dá)到工業(yè)硬質(zhì)合金相應(yīng)牌號(hào)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；2、節(jié)約鎢資源，硬質(zhì)合金依賴的鎢資源已經(jīng)面臨嚴(yán)重短缺，節(jié)約鎢資源已成為工業(yè)發(fā)展的重要決策；3、本發(fā)明高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的密度很低，僅為硬質(zhì)合金密度的0.35倍，即在同樣質(zhì)量下，體積為硬質(zhì)合金的2.8倍。因此，工業(yè)應(yīng)用按體積的造價(jià)，將大幅度降低；
4、本發(fā)明所采用的鈦資源極豐富，價(jià)格低廉，具備長遠(yuǎn)的發(fā)展需求。
高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的顯微組織(1600倍)示于圖1，圖中顯示了TiC顆粒清晰的立方形晶粒結(jié)構(gòu)，不存在脆性的環(huán)形組織。


圖1是高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的顯微組織(1600×)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料，由硬質(zhì)相TiC和粘結(jié)相Fe-Ni-Ti組成，TiC占66％，F(xiàn)e-Ni-Ti占34％。Fe-Ni-Ti由羰基Fe粉，電解Ni粉和Ti粉按Fe69.0％，Ni29.5％和Ti1.5％的質(zhì)量百分比配合。物料在球磨機(jī)中研磨48小時(shí)，研磨介質(zhì)為工業(yè)酒精，然后經(jīng)沉淀、干燥、過篩并加入石蠟成型劑進(jìn)行壓制，壓制毛坯在真空中脫蠟，脫蠟溫度350℃，6小時(shí)保溫，再經(jīng)750℃2小時(shí)硬化，制品即可轉(zhuǎn)移到真空燒結(jié)工序，真空燒結(jié)溫度1400，保溫45′。獲得的高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的物理機(jī)械性能為密度5.66g/cm3，抗彎強(qiáng)度2200MPa，硬度HRA86.5，平均晶粒度3.0μm。
實(shí)施例2高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料由79％TiC和21％Fe-Ni-Ti組成。Fe-Ni-Ti由羰基Fe粉，羰基Ni粉和Ti粉按Fe69.0％，Ni29.5％和Ti1.5％的質(zhì)量百分比配合。球磨時(shí)先加入TiC研磨72小時(shí)，球磨介質(zhì)為丙酮，然后加入Fe-Ni-Ti粉末和占球磨物料1.5％質(zhì)量的石蠟，再研磨24小時(shí)，經(jīng)沉淀、干燥、過篩，獲得混合料，混合料壓制成毛坯經(jīng)真空脫蠟，脫蠟工藝同實(shí)施例1，真空燒結(jié)溫度為1460℃，保溫時(shí)間為45′，獲得的高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的物理機(jī)械性能為密度5.34g/cm3，抗彎強(qiáng)度1780MPa，硬度HRA90.5，平均晶粒度1.5μm。產(chǎn)品應(yīng)用于拉制有色金屬和黑色金屬的拉絲模，使用效果優(yōu)于由硬質(zhì)合金YG8牌號(hào)制成的拉絲模。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料，由硬質(zhì)相和粘結(jié)相組成，其特征是，所述硬質(zhì)相為TiC，其質(zhì)量百分含量為40-97％，所述粘結(jié)相為Fe-Ni-Ti，其質(zhì)量百分含量為3-60％。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料，其特征是，所述粘結(jié)相Fe-Ni-Ti，由Fe、Ni、Ti三種單質(zhì)粉末或合金化的粉末組成，其質(zhì)量百分含量分別為，F(xiàn)e48-78％，Ni20-50％，Ti0.1-10％。
3.根據(jù)權(quán)利1和權(quán)利2所述的高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料，其特征是，所述粘結(jié)相的一種常用配方的質(zhì)量百分含量為，F(xiàn)e69.0％，Ni29.5％，Ti1.5％。
全文摘要
本發(fā)明為高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料，它由硬質(zhì)相和粘結(jié)相組成。所述硬質(zhì)相為TiC，其質(zhì)量百分含量為40－97％，所述粘結(jié)相為Fe－Ni－Ti，其質(zhì)量百分含量為3－60％。高強(qiáng)度TiC燒結(jié)材料的物理機(jī)械性能優(yōu)良，生產(chǎn)成本和工業(yè)應(yīng)用造價(jià)較低廉，并可節(jié)約日趨短缺的鎢資源。
文檔編號(hào)C04B35/63GK1872792SQ20061003180
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者陳兆盈 申請人:陳兆盈