專利名稱：Wc系無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用粉末冶金方法制取一種無磁性的WC系高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。
目前，我國屬于WC系列的高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金還未見有標準牌號。特別是低粘結(jié)相的WC系的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的商業(yè)性產(chǎn)品幾乎沒有。另據(jù)德國材料學家Jakob等《InternationalJournal of Refraltory Metals & Hard Materidls》，1993～1994年的No6期341～348頁上發(fā)表的“Characteri Zation of the Serviceability of Steel-BondedHardmetals”一文中，曾提到低粘強相鋼結(jié)硬質(zhì)合金(粘結(jié)相含量＜50％體積)很少有人研究。根據(jù)上述情況以及鈷的昂貴和資源的貧泛問題，創(chuàng)新開發(fā)了廉價的低粘結(jié)相的“WC系無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料”。
本發(fā)明的目的，是立足于我國資源條件和經(jīng)濟原則以及國內(nèi)外的開發(fā)狀況，提供了一種以高錳鋼為粘結(jié)相，代替昂貴的鈷的低粘結(jié)相材料，以其在某些工況條件下代替WC-Co類硬質(zhì)合金。
本發(fā)明提供了一種WC系無磁性高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的新成分，其硬質(zhì)相WC(wt％)為75.0～90.0，粘結(jié)相高錳鋼25.0～10.0；其中Mn14.0～18.0，Ni3.0～6.0，C0.9～1.9，F(xiàn)e為余量。
本發(fā)明是以高錳鋼為粘結(jié)相，但又區(qū)別于高錳鋼成分加入了一定量的鎳而研制成功的。因為Ni原子與Mn和γ-Fe原子的半徑相差極小，能固溶于γ鐵中，起到擴大奧氏體相區(qū)的作用，從而提高合金的強韌性。本發(fā)明屬于低粘結(jié)相含量的一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料，它可仿制相應的WC-Co類硬質(zhì)合金牌號，但又不宜仿制極低粘結(jié)相類的合金。
本發(fā)明是在完全區(qū)別于以往的研究觀點上進行創(chuàng)新實現(xiàn)的。例如，在20世紀的70或80年代的科技書刊中都認為正常的高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金的燒結(jié)態(tài)組織，其粘結(jié)相為多相組織，合金有磁性，需經(jīng)1050℃的高溫水韌處理后為無磁性的單一奧氏體。但在當今的粉末冶金材料制造中，無論是生產(chǎn)廠家和用戶都不愿意使用二次能源浪費和人員工時的浪費來對材料進行處理，所以本發(fā)明通過對錳碳成分的研究發(fā)現(xiàn)，當錳碳成分低于本發(fā)明成分時，合金存在磁性，如表所示。
85％WC高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金的矯頑磁力(kA/m)1號粗顆粒WC非合格成分 1號粗顆粒WC非合格成分 1號粗顆粒WC非合格成分27.4134.98 34.29 8.1 7.7 8.6 全部測不出磁性為了解釋合金存在磁性的問題，對其進行了金相組織分析，見照片1和2，照片中三角形、四邊形和多邊形的白色塊狀物為WC硬質(zhì)相，其余為高錳鋼粘結(jié)相組織。照片中存在磁性的合金其WC晶粒有明顯鄰接現(xiàn)象和晶粒聚集長大現(xiàn)象，平均晶粒度3.65μm，粘結(jié)相的結(jié)構(gòu)分析為碳化物橋接相，無磁性合金的WC晶粒邊界清晰，棱角分明，硬質(zhì)相分布均勻，晶粒度≤2.4μm，粘結(jié)相為初晶奧氏體。另外對WC晶粒間的粘結(jié)相進行多處能譜成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無磁性合金的粘結(jié)相總量平均為56.9％，有磁性合金的粘結(jié)相總量平均僅為22.89％，說明合金中的粘結(jié)相流失和揮發(fā)嚴重，是導致合金形成磁性和形成硬而脆的碳化物相的主要原因。進一步的研究是將85％WC的有磁和無磁合金進行加工硬化試驗，證明無磁性合金從燒結(jié)態(tài)硬度HRA81.5～82.5上升到HRA84～86。而有磁性合金的燒結(jié)態(tài)硬度已達HRA88～89.5，在模擬加工硬化試驗過程中全部碎裂，無加工硬化效果。由此可以說明該發(fā)明成分可實現(xiàn)燒結(jié)態(tài)組織為無磁性的單相奧氏體。
本發(fā)明的工藝流程為①配料計算；②濕磨混料，在酒精保護下，以球料比3∶1的比例球磨18～24小時；③過濾干燥，采用酒精蒸餾干燥器干燥，既可回收酒精，又可干燥物料；④摻膠制粒，在螺施攪拌機中摻膠，成型劑量按80～110mL/kg為宜，在制粒機內(nèi)制粒或采用噴霧干燥法制粒；⑤壓制成型，成型壓力，以每平方厘米800～1200kg為宜；⑥真空燒結(jié)，其產(chǎn)品的最終燒結(jié)溫度控制為1420℃；⑦產(chǎn)品檢驗包裝出廠，檢驗可用磁能積≥6.0的永久磁鋼或釹鐵硼磁鋼進行測試，合金被吸住的判為不合格，不需再進行其它項目檢驗，反之易然。
實施例在用粉末冶金工藝實施生產(chǎn)鋼結(jié)硬質(zhì)合金時，首先應根據(jù)用戶要求或工況條件的要求，選擇適當?shù)暮辖鹋铺?，從而確定合金硬質(zhì)相WC的含量，例如礦山工具材料(一齒釬頭等產(chǎn)品)一般碳化鎢的加入量有85％或89％的，如果所用的碳化鎢是85％，則用配料的總重量乘以該百分比，即為硬質(zhì)相的重量；再用總重量減去硬質(zhì)相的重量，剩下為粘結(jié)相高錳鋼的重量，然后用粘結(jié)相的重量去乘以本專利確定的Mn、Fe、C、Ni等元素的百分比含量，即為各元素的重量；如果應用的原料有錳鐵中間合金，則要將中間合金中的Mn、Fe、C元素計入。在計算好各元素的重量后進行稱量，將稱好的原料裝入不銹鋼球磨筒中，并向筒中加入按物料計每公斤250mL的酒精，然后開機球磨，其球磨時間和其它工序及技術(shù)參數(shù)按上節(jié)制定的工藝流程進行。但在燒結(jié)工藝過程中，要按三個階段控制升溫速度和保溫時間。如20℃～700℃為脫膠階段，升溫2h，保溫1h；700℃～1370℃為固相燒結(jié)階段升溫4h，保溫1h；最后是1370℃～1420℃為液相燒結(jié)階段，升溫2h，保溫0.5h；全程燒結(jié)10.5h。
按本實施例燒結(jié)制取的含WC85％的一齒釬頭礦山工具材料，燒結(jié)態(tài)產(chǎn)品無磁性，硬度HRA81.5～82.5，密度13.5～13.7/cm3，抗彎強度≥2200MPa/mm2。
權(quán)利要求
1.一種以WC為硬質(zhì)相，高錳鋼為粘結(jié)相的無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料，其特征是硬質(zhì)相為(wt％)，WC75.0～90.0，粘結(jié)相高錳鋼25.0～10.0，其中Mn14.0～18.0，Ni3.0～6.0，C0.9～1.9，F(xiàn)e余量。
2.按照權(quán)利要求1所述，其特征是只要調(diào)整WC和C的含量，可以根據(jù)工況條件的要求，生產(chǎn)出不同性能和用途的WC系高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。
3.按照權(quán)利要求1所述，其特征是只要將粘結(jié)相成分控制在要求范圍內(nèi)，可實現(xiàn)產(chǎn)品無磁性，并可由磁性檢驗來判斷合金的適用性。
全文摘要
本發(fā)明公布了制造無磁性WC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的成分和工藝實施過程。按照本發(fā)明設計的成分和技術(shù)，只要調(diào)整硬質(zhì)相WC和C的含量，可生產(chǎn)出不同性能的燒結(jié)態(tài)無磁性的WC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。在本發(fā)明中原材料的應用可以是Fe、Mn、Ni、C的純金屬粉末，也可以是Mn、Fe中間合金粉末。該種材料具有極高的硬度、強度和耐磨性。可作為礦山工具材料和磨具材料使用?？珊附印㈣傝T、鑲嵌，可用磁性檢驗判斷合金的適用性。
文檔編號C22C29/08GK1548567SQ0311835
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者張春友 申請人:張春友