[发明专利]一种纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金

说明书

技术领域

本发明公开了一种纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金，它是一种高强度的可以用作结构件的高耐磨性材料，可镶铸、镶焊或镶嵌成复合耐磨材料.属于粉末冶金制备技术领域。

背景技术

TiC基钢结硬质合金其特点是比重轻(或者说密度低)，硬度高，耐磨性好，被工程技术领域广泛用作结构件材料，镶铸、镶嵌成复合耐磨材料等。但该材料在强撞击高硬度物料时，显得强度和韧性不够，时有断裂和碎片情况发生，如焊接工艺处理不好，会出现显微裂纹，使用过程中就会产生碎片。另外，目前国内外制作该合金材料，还是采用系传统的合金配方，以价格高昂的镍钼贵金属含量来增强补韧，以传统的粉末冶金工艺烧结成合金毛坯，再经水韧处理或锻造热处理，机加工成耐磨材料，采用这种工艺成本很高，并且成品率也不高，造成了资源的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金，能够大大提高TiC基钢结硬质合金的强度和韧性，并且节约成本。

本发明要解决的问题所采用的技术方案是：

一种纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金，按质量百分比组成为：TiN0.5％～2.0％，TiC43％～49.5％，Ni粉1.0％～1.8％，Mo粉0.8％～1.5％，MnFe粉8.0％～13.0％，Cr0.1％～0.2％，C0.5％～2.0％，余量为Fe粉及其不可避免的杂质，且杂质在整个合金中的含量≤0.3％。

作为优选，本发明一种纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金，按质量百分比组成为：TiN1.5％，TiC46.5％，Ni粉1.6％，Mo粉1.2％，MnFe粉11％，Cr0.2％，C0.9％，余量为Fe粉及其不可避免的杂质，且杂质在整个合金中的含量≤0.3％。

本发明一种纳米TiN改性TiC基钢结硬质合金，采用粉末冶金方法，经湿磨混料、过滤烘干、掺胶制粒、压制成型、真空烧结制成钢结硬质合金。

本发明的特点：TiC和TiN都是具有面心立方点陈的氯化钠型晶体结构，并可按照休莫罗塞里(Hume Rothery)法则形成连续固溶体。而且它们的熔化温度(TiC为3430k，TiN为3220k)很相近，晶胞参数(TiC为0.4322nm，TiN为0.4242nm)也很相近，所以在Ti点阵中的C原子可以被N2原子以任何比例替代，形成一种连续固溶体，即TiC(C1-xNx)(0≤x≤1)。一般来说随x值的增大，材料的硬度降低，韧性提高。由此可见通过控制x的量也就是TiN的量来提高韧性而不降低硬度是可行的。

该研究的另一增强补韧的机理是纳米改性，一般认为作用有三种。

(1)晶粒细化作用，在微米级硬质相TiC中加纳米颗粒，可提高成核浓度。在减少晶粒尺寸的同时，促进晶粒大小均匀化，这种控制晶粒长大并使晶粒均匀化的显微结构，有利于提高材料的抗弯强度。

(2)“晶内型”结构作用，在纳米-微米基体复合材料中，由于颗粒大小存在着数量级的差异，可降低烧结温度。所以在一定的温度内，基体颗粒以纳米颗粒为核形成晶粒，将纳米颗粒包裹在基体颗粒中，形成“晶内型”结构。此结构中基体颗粒间的晶界称为主晶界，纳米与基体颗粒间的晶界称为次晶界或叫次界面，这种界面效应的作用减弱了晶界的作用，诱发穿晶断裂，抑制断裂过程中的位错运动，从而提高强度。

(3)微米晶粒间的潜在纳米效应，由于纳米与微米颗粒间的次界面处存在较大的残余应力，使基体晶粒产生大量的亚晶界，这种亚晶界的产生使基体更加细化，并使基体晶粒处于一种潜在的分化状态，人们把这种状态称为“纳米效应”，从而进一步提高强度。另一研究认为纳米改性后材料的增强补韧效果改变了断裂模式，因为纳米在阻止位错运动的过程中能吸收部分断裂能，对断裂点起到“钉扎”作用而提高强度。

研究开发用纳米TiN来改善钢结硬质合金性能的意义在于：其一是使钢结硬质合金的使用范围更加广泛，即既不局限于镶铸、镶嵌、镶焊成复合材料，也可单独用于结构件耐磨材料，且使用寿命会更长，使节能效果更显著，合金的抗弯强度由1600MPa提高到2000MPa以上，硬度不需热处理就可达到HRc≥62，密度≤6.2g/cm³，产品合格率从95％提高到98％以上。

具体实施方式

下面结合对照表和具体实施例对本发明作进一步介绍：