[发明专利]一种TiC高速钢基钢结硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiC高速钢基钢结硬质合金的制备方法，特别是用反应烧结法制取TiC高速钢基钢结硬质合金技术领域。

背景技术

钢结硬质合金（以下简称为钢结合金）是以钢为基体，碳化钨、碳化钛等为硬质相采用粉末冶金方法生产的介于硬质合金和合金工具钢、模具钢及高速钢之间的高寿命模具材料和工程材料。钢结合金钢基体粘结相与硬质相的配比范围相当广泛，这就决定了其具备如下优异性能：1）广泛的工艺性能，主要是可锻造性能和可切削加工性能以及可热处理性和可焊接性。2）良好的物理机械性能，主要表现在与高钴硬质合金相当的耐磨性；与钢相比较高的刚性、弹性模量、抗弯强度和抗压强度；与硬质合金相比较高的韧性；以及良好的自润滑性和高的阻尼特性等。3）优异的化学稳定性，如耐高温、抗氧化、抗各种介质腐蚀等。由于钢结合金的上述优异的综合性能，使得它在工模具材料、耐磨零件、耐高温和耐腐蚀构件材料等方面愈来愈占据重要的地位，且在金属加工、五金电子、汽车、机械、冶金、化工、船舶、航空航天以及核工业等领域得到广泛应用并得到良好效果。如与合金工具钢、模具钢及高速钢相比，钢结合金可使模具寿命数以十倍地大幅度提高，经济效益也极为显著。

碳化钛钢结硬质合金相比碳化钨钢结合金，其成本低，适合市场推广使用。但其合金的强韧性仍较低，远不能满足愈来愈多的承受冲击力较大，冲击速度较高情况下的使用。因此开发生产高性能、低成本的碳化钛钢结硬质合金很有必要。其中，提高碳化钛钢结合金的强韧性是重点的研究方向。

目前，制备TiC钢结硬质合金的方法主要是粉末冶金液相烧结法。液相烧结法可以根据实际应用需要选择适当的粘结相并能在较大范围内调整硬质相的含量，但由于粉末冶金液相烧结法的硬质相通常以外加方式引入，原材料成本高、颗粒粗大、硬质相碳化钛与粘结相的润湿性不良、界面易受污染等，因此通过液相烧结法制备的钢结硬质合金具有孔隙度高、性能低、成本高等缺点，对于要求较高的应用场合往往需经过锻造或热等静压处理，材料的性价比进一步降低。

近年来，国内外开展了采用原位合成法制备钢结硬质合金的研究。原位合成技术是一种借助合金设计，于一定条件下在基体金属内原位反应生成一种或几种热力学稳定的硬质相的新型复合材料制备技术。与传统的材料制备方法相比，该技术具有制备工艺简单、原位生产的增强相不受污染，界面结合强度高等特点，是钢结硬质合金制备技术发展的趋势。

但原位合成法也有诸多不足:增强颗粒只限于特定基体中的热力学稳定的粒了；生成的相比较复杂、不易控制；颗粒大小、形状受形核、长大过程的动力学控制，且原位颗粒形成以后，在铸造过程中常会偏析于枝晶问隙或晶粒边界，对材料组织和性能产生不良影响，而且工艺性差，制备成本比现有工艺高，不适于规模化生产。显然，原位合成技术实现产业化的关键是必须进一步研究合理的均匀化工艺，优化合成工艺、降低生产成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种TiC高速钢基钢结硬质合金的制备方法，用以提高TiC高速钢基钢结硬质合金的性能。

本发明的一种TiC高速钢基钢结硬质合金的制备方法，其采用以下技术方案：

(1)原材料：

所用原材料为钛粉，铬铁粉，钼铁粉，钒铁粉，钨铁粉，铁粉，硅铁粉，锰铁粉，胶体石墨，CeO₂、Y₃O₂、La₂O₃其中之一或三种，PVA，粉末粒度均在10～50μm以下；

 (2) 材料配制：

1）原位合成TiC混合粉末配制：将钛（Ti）粉和石墨粉按C/Ti原子比为0.7～1.1进行配制成原位合成TiC混合粉末；

2）粘接相基体合金粉末配制：粘接相金属材料化学成分质量百分比为：C0.7～1.0%，Cr3.6～4.5%，W5.0～6.5%，Mo4.5～5.5%，V1.5～2.5%，Si0.2～0.5%，Mn0.15～0.5%，S≤0.02，P≤0.02，CeO₂、Y₃O₂、La₂O₃其中之一或二种以上的组合≤0.8％、余量Fe，和不可避免的杂质元素；

3）TiC高速钢基钢结硬质合金材料配制：材料化学成分质量百分比为：原位合成TiC混合粉末30～50%，粘接相基体合金粉末70～50%；

 (3)制备工艺步骤是：