[发明专利]低碳钢和硬质合金耐磨部件

说明书

技术领域和工业实用性

本公开内容涉及浇铸(cast)在低碳钢中的硬质合金(CC)粒子的具有独特产品设计和性能的耐磨部件(wear part)，和具有由浇铸的CC粒子和低碳钢制成的嵌件的耐磨部件。该复合材料概念尤其适用于在采矿和油气钻探中使用的钻头、岩石铣削工具、隧道掘进机刀具/阀盘(discs)、叶轮，以及在机械部件、仪器、工具等中使用的耐磨部件，和特别是在暴露于极大磨损的部件中使用的耐磨部件。

发明内容

一个实施方式的具有高耐磨性和强度的耐磨部件由与低碳钢合金浇铸的硬质合金粒子的复合体(compound body)组成，其中该低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量百分比的碳当量C_当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。

另一个实施方式的形成高耐磨、高强度的耐磨部件的方法包括以下步骤：提供一些硬质合金粒子并且将所述硬质合金粒子放置在模具中。将熔化的低碳钢合金输送入模具中，所述低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量％的碳当量C_当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。用熔化的低碳钢合金对硬质合金粒子进行封装以浇铸硬质合金粒子与低碳钢合金的基质。

提供又一个实施方式的具有高耐磨性和强度的耐磨部件。该耐磨部件包含如下主体(body)，其具有多个设置在所述主体中的浇铸在低碳钢合金中的硬质合金粒子的嵌件(insert)。所述低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量百分比的碳当量C_当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。

此外另一个实施方式的形成高耐磨、高强度的耐磨部件的方法包括以下步骤：形成多个硬质合金嵌件，通过用熔化的低碳钢合金对硬质合金粒子进行封装从而浇铸硬质合金粒子与低碳钢合金的基质而形成所述嵌件，所述低碳钢合金具有约1～约1.5重量百分比的碳含量。用至少一层氧化保护/耐化学材料对多个硬质合金嵌件中的每个进行涂布。将多个嵌件直接固定在与耐磨部件的形状相对应的模具上。用熔化的低碳钢合金对硬质合金嵌件进行封装，从而浇铸硬质合金嵌件与低碳钢合金。

附图说明

本发明的这些和其它目的、特征、方面和优点将从与附图有关的以下具体实施方式变得更加显而易见，在所述附图中：

图1为本发明的硬质合金粒子、低碳钢合金基质的示例性微观结构。

图2为本发明的放大的微观结构。

图3为本发明的涂布的耐磨部件的横截面。

图4为在浇铸、硬化、退火和喷砂(blasting)后，根据本发明的方法制造的耐磨部件。

图5A和5B为用于耐氧化性试验的部件。

具体实施方式

本发明的一方面涉及将硬质合金粒子/体浇铸在低碳钢中从而制造具有提高的耐磨性性能的独特产品和设计。该复合材料尤其适用于在采矿和油气钻探中使用的钻头、岩石铣削工具、TBM刀具/阀盘、叶轮、滑动耐磨部件，以及在机械部件、仪器、工具等中使用的耐磨部件，和特别是在暴露于极大磨损的部件中使用的耐磨部件。应理解，本发明还考虑到其它产品或部件。本发明的其它方面在各个方面提供工具、钻头、岩石铣削工具、TBM刀具/阀盘、叶轮和滑动部件，其各自包含如在本文中描述的耐磨部件，合适地包含两个或更多个耐磨部件。

参照图1，所述耐磨部件的主体10包含硬质合金粒子12和低碳钢合金14的粘结剂。所述硬质合金粒子可以与低碳钢合金14进行浇铸。低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量百分比的碳当量C_当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。

已知硬质合金粒子被用作耐磨材料并且可以使用多种技术形成。例如，硬质合金以块、破碎材料、粉末、压制体、粒子或一些其它形状存在。含有除粘结金属外的至少一种碳化物的硬质合金通常为可能添加有Ti、Ta、Nb或其它金属的碳化物的WC-Co-型，但含有其它碳化物和/或氮化物和粘结金属的硬质金属也可以是合适的。在特殊情况下，也可以使用纯的碳化物或其它硬质物(hard principle)，即无任何粘结相。根据耐磨应用，还可以由金属陶瓷代替硬质合金。金属陶瓷为通常在耐氧化性和耐腐蚀性要求高的耐磨部件中使用的较轻的金属基质材料。可以由另外的耐热合金例如Ni基合金、铬镍铁合金(Inconel)等代替所述低碳钢合金。