專(zhuān)利名稱(chēng)：鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金屬固態(tài)表面冶金范疇。
普通冶金產(chǎn)品鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金已列入美國(guó)冶金產(chǎn)品目錄，郭耕三所著的由機(jī)械工業(yè)出版社出版的《高速鋼及其熱處理》一書(shū)中有相關(guān)的介紹。國(guó)內(nèi)對(duì)鐵、鎢、鉬、鈷型，鐵、鎢、鉬、鈷、鎳型合金也已進(jìn)行了研究，研究文章發(fā)表在1993年機(jī)械工程材料雜志。鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金在鈦合金和鎳基高溫合金加工方面顯示出很大的優(yōu)越性。但由于其高的合金含量，特別是高的鈷含量，使這種合金韌性不足，價(jià)格昂貴，這些均影響了這種合金的廣泛應(yīng)用。
本發(fā)明鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金公開(kāi)一種在價(jià)格低廉材料表面進(jìn)行鐵、鎢、鉬、鈷合金化，形成鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金的技術(shù)方案。
鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金其技術(shù)特征在于采用鎢、鉬、鈷源，源成分為鈷(37-45％)，鎢(28-35％)，鉬(25-35％)，利用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)或其它表面冶金技術(shù)在低碳鋼、工業(yè)純鐵、高碳鋼或低合金鋼基材表面形成鐵、鎢、鈷，鐵、鉬、鈷或鐵、鎢、鉬、鈷高合金層的一種合金。其表面合金表層的成分范圍是鈷(18～30％)，鎢(9～20％)，鉬(5～15％)其余鐵。鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金滲金屬、固溶、時(shí)效之后的組織，內(nèi)層因所選基材不同而不同，表層組織分別為合金鐵素體和分布于基體上的金屬間化合物、低碳合金馬氏體和殘留的少量奧氏體和部分未溶金屬間化合物、回火馬氏體和大量析出的細(xì)小金屬間化合物和原先未溶金屬間化合物。
利用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)進(jìn)行表面合金化，其滲金屬工藝為滲金屬溫度θ1150～1260℃，滲金屬時(shí)間t≥4小時(shí)，工作氣體工業(yè)純氬，爐內(nèi)氣壓P:30～100Pa，源極電壓V:900～1400v，源極電流面密度σ:2.5～4mA/cm2,陰極電壓V:350～600v，陰極電流面密度σ:1.3～3mA/cm2。鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金滲金屬之后進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，其熱處理工藝為固溶溫度θ:1200～1260℃，加熱時(shí)間隨工件尺寸而定，油中冷卻；時(shí)效溫度θ:500～560℃，加熱時(shí)間20～60分鐘，鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金通過(guò)固熔和時(shí)效處理發(fā)生強(qiáng)烈的時(shí)效硬化。其硬化特征是通過(guò)析出彌散的金屬間化合物而發(fā)生硬化，時(shí)效后硬度由固溶態(tài)的400Hv0.2左右上升到1000～1200Hv0.2,700℃加熱2小時(shí)表層硬度仍在600～700Hv0.2。
本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下1．源極制作利用鎢、鉬、鈷的原子量，利用原子百分比與重量百分比的轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用鎢、鉬、鈷在1kev能量下的濺射率等數(shù)據(jù)進(jìn)行源極成分設(shè)計(jì)，用粉末冶金方法或其它冶金方法制做源極。源極成分為鈷37～45％，鎢28～35％，鉬25～35％。根據(jù)要求，源極可制成各種形狀，如板狀，條狀，刷狀等。
2．工件選擇根據(jù)需要，工件可以是低碳鋼、工業(yè)純鐵、高碳鋼或合金鋼。當(dāng)碳量大于0.2％時(shí)，在表面合金化之前，先進(jìn)行表層一定深度的脫碳處理，以保證時(shí)效時(shí)表層主要發(fā)生金屬間化合物的析出強(qiáng)化。
3．雙層輝光離子滲金屬在雙層輝光離子滲金屬爐中，以制作的源極板為源極，以所選工件為陰極，以工業(yè)純Ar為工作氣體進(jìn)行表面合金化。具體滲金屬工藝如前所述。
4．固溶、時(shí)效處理將滲金屬試樣在高溫鹽爐中加熱，然后油中冷卻。將固溶試樣在回火爐中進(jìn)行時(shí)效處理，具體熱處理工藝如前所述。時(shí)效時(shí)通過(guò)析出(FeCo)3(WMo)2,(FeCo)7(WMo)6,(FeCo)2(WMo)等彌散相發(fā)生強(qiáng)烈的時(shí)效硬化作用。
表面鐵、鎢、鉬、鈷型時(shí)效硬化合金與普通鐵、鎢、鉬、鈷型時(shí)效硬化合金相比具有如下優(yōu)點(diǎn)①由于表面合金是通過(guò)固態(tài)冶金方法獲得，所以合金中不存在一次金屬間化合物，金屬間化合物極其細(xì)小彌散，這樣在固溶時(shí)，絕大部分金屬間化合物都溶解于基體中，即大部分合金元素都參與了析出強(qiáng)化，提高了硬化效果。通過(guò)維氏硬度與洛氏硬度對(duì)照可知，表面鐵、鎢、鉬、鈷型時(shí)效硬化合金的時(shí)效硬度超過(guò)70HRC，即硬度大大超過(guò)普通鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金68.5HRC的水平。②由于是表面合金化，因而節(jié)約了大量合金元素，特別是鈷，節(jié)省了資源，降低了成本，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。③實(shí)驗(yàn)證明，與普通鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金相比，表面合金在較寬的成分范圍和較寬的工藝范圍獲得滿(mǎn)意的性能，因而滲金屬工藝和熱處理工藝都易于執(zhí)行。④由于表面合金具有梯度成分，與普通合金相比，它不但具有高的強(qiáng)度，而且還具有優(yōu)良的韌性。
表面鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金與表面高速鋼相比具有如下優(yōu)點(diǎn)①熱處理工藝簡(jiǎn)單。表面鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金的熱處理工藝是固溶處理+時(shí)效處理。而表面高速鋼的熱處理工藝是固溶處理+滲碳處理+淬火處理+回火處理。從熱處理工藝可看出，表面鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金的熱處理工藝比表面高速鋼的熱處理工藝要簡(jiǎn)單的多，這樣，它可以節(jié)省能源，降低成本，減少熱處理變形，提高產(chǎn)品的合格率。②性能優(yōu)良。表面鐵、鎢、鋁、鈷時(shí)效硬化合金經(jīng)固溶處理后硬度為400Hv0.2左右，經(jīng)時(shí)效處理后硬度達(dá)到1000～1200Hv0.2，而表面高速鋼的熱處理后的最高硬度在750Hv0.2左右。因此，表面鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金的性能遠(yuǎn)優(yōu)于表面高速鋼的性能。高溫抗軟化試驗(yàn)表明表面鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金在700℃保溫2小時(shí)，硬度仍保持600～700Hv0.2，而表面高速鋼700℃保溫2小時(shí)，硬度卻只有350Hv0.2左右。說(shuō)明表面鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金的抗高溫軟化能力遠(yuǎn)優(yōu)于表面高速鋼的抗高溫軟化能力。表面鐵、鎢、鉬、鈷時(shí)效硬化合金不僅可用于切削刃具而且也可用于高耐磨領(lǐng)域。
實(shí)施例1，以鎢35％，鋁20％，鈷45％的合金為源極，以工業(yè)純鐵為工件，用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)按下列工藝進(jìn)行滲金屬V陰=-450v,陰極電流面密度σ=1.65mA/cm2,V源=-1100v，源極電流面密度σ=3.42mA/cm2，滲金屬溫度θ=1240℃，滲金屬時(shí)間t=6小時(shí)，氣壓P=40Pa。滲金屬后，表層的合金成分為鈷25％，鎢12％，鉬9％其余鐵。
實(shí)施例2，以實(shí)施例1的表面合金進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，工藝為固溶溫度θ=1240℃，鹽爐中加熱5分鐘，然后油中冷卻。將固溶試樣在540℃的回火爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間40分鐘。固溶后硬度420Hv0.2，時(shí)效后硬度達(dá)到1200Hv0.2。時(shí)效時(shí)通過(guò)析出(FeCo)3(WMo)2,(FeCo)7(WMo)6,(FeCo)2(WMo)等彌散相發(fā)生強(qiáng)烈的時(shí)效硬化作用。
權(quán)利要求
1．鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金其特征在于采用鎢、鉬、鈷源，源成分為鈷(37-45％)，鎢(28-35％)，鉬(25-35％)，利用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)或其它表面冶金技術(shù)在低碳鋼、工業(yè)純鐵、高碳鋼或低合金鋼基材表面形成鐵、鎢、鈷、鐵、鉬、鈷或鐵、鎢、鋁、鈷高合金層的一種合金。其表面合金表層的成分范圍是鈷(18～30％)，鎢(9～20％)，鉬(5～15％)其余鐵；鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金滲金屬、固溶、時(shí)效之后表層組織分別為合金鐵素體和分布于基體上的金屬間化合物、低碳合金馬氏體和殘留的少量奧氏體和部分未溶金屬間化合物、回火馬氏體和大量析出的細(xì)小金屬間化合物和原先未溶金屬間化合物，內(nèi)層組織因所選基材不同而不同。
2．按照權(quán)利1鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金所屬的低碳鋼、高碳鋼或低合金鋼基材碳含量大于0.2％時(shí)，在表面合金化之前先進(jìn)行表層深脫碳處理。
全文摘要
本發(fā)明鐵、鎢、鉬、鈷型表面時(shí)效硬化合金屬固態(tài)表面冶金范疇,具體涉及一種表面鐵、鎢、鉬、鈷合金的制備及固溶時(shí)效處理工藝。本發(fā)明的技術(shù)特征是制備鎢、鉬、鈷源,利用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)在選定基材表面形成鐵、鎢、鉬、鈷高合金層,通過(guò)固溶和時(shí)效處理,產(chǎn)生顯著的時(shí)效硬化。本合金具有熱處理工藝簡(jiǎn)單,熱處理后工件必須變形小,處理后獲得非常高的硬度的特點(diǎn)。滲金屬后通過(guò)固溶時(shí)效處理,硬度就從固溶態(tài)的400Hv
文檔編號(hào)C23C10/06GK1214375SQ9811906
公開(kāi)日1999年4月21日 申請(qǐng)日期1998年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月14日
發(fā)明者李忠厚, 劉小平, 蘇永安, 高原, 徐重 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)