[发明专利]一种WC系钢结硬质合金

说明书

  

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种WC 系钢结硬质合金及其制备方法。 

背景技术

钢结硬质合金作为一种新型工程材料，其介于工具钢和硬质合金之间的优异性能以及可加工和良好的热处理特性，使其广泛应用于模具、耐磨零件以及地矿行业。近年来，钢结硬质合金的发展正在向两头延伸：一头向硬质合金领域延伸；另一头向粉末冶金铁基制品领域延伸。钢结硬质合金与传统WC-Co类硬质合金及钢材的界限在逐步消失，并逐步占据传统硬质合金和高速钢之间的区间，市场份额越来越大。 

钢结硬质合金按硬质相种类主要分为WC系和TiC系两大类，粘结相有工具钢、高锰钢等多个钢种。以高锰钢作为粘结相的TiC系钢结硬质合金以其优良的性能广泛应用于矿山工具、工程机械等领域，其主要成分为TiC、Mn-Fe、Ni、Mo和铁，代表牌号为TM52、TM60钢结硬质合金。如专利“TiC系无磁钢结硬质合金材料”（CN 1548568A）、“TiC系钢结硬质合金及其制备方法”（CN 102230119A）等均是以TiC为硬质相、高锰钢为粘结相的钢结硬质合金，其区别主要在于硬质相TiC含量的不同。由于烧结过程中，粘结相Fe对硬质相TiC的润湿性不佳，导致TiC系钢结硬质合金存在微观孔隙多、强度不高等缺陷，无法用于对合金综合性能要求较高的地矿产品如钎片、截齿、球齿、柱钉、铲雪片等，不利于其使用领域的扩展。 

传统WC-Co类硬质合金具有高硬度高耐磨性的优点，可以很好的用于地矿领域，但其粘结相Co属于稀有战略资源，合金成本相对较高。寻找粘结相Co的替代材料的研究一直是传统硬质合金的一大发展方向，但低粘结相WC系钢结硬质合金的研究存在较多技术难点，一直未能取得较大进展。专利“WC系无磁性钢结硬质合金材料”（CN 1548567A）公开了一种以高锰钢为粘结相的WC系钢结硬质合金材料，其硬质相WC重量百分比为75~90%，粘结相高锰钢25.0~10.0%；其中Mn:14.0~18.0%，Ni:3.0~6.0%，C:0.9~1.9%，Fe为余量。该合金属于高锰钢基钢结硬质合金，具有较高的硬度，烧结态硬度达到HRA81.5~ 82.5，经加工硬化后硬度可达HRA84~86。但高锰钢粘结相存在着Mn元素在烧结过程中挥发多的缺点，极易导致合金内部组织不均、孔隙率高，影响合金综合性能；且该发明材质硬度偏低，与传统WC-Co类硬质合金存在较大差距，无法胜任钎片、截齿、球齿、柱钉、铲雪片等领域使用要求。 

发明内容

本发明旨在提供一种以WC作为硬质相，合金钢作为粘结相，采用粉末冶金方式制备的耐磨性高、孔隙率低的钢结硬质合金。 

本发明的技术方案为：一种WC系钢结硬质合金，以WC为硬质相，合金钢为粘结相，该合金的成分与重量百分比分别为：W 65.71～79.79wt%、Cr 0.59～1.17wt%、Mo 0.35～0.69wt%、Ni 0.65～1.29wt%、C 5.2～5.56wt%，Fe为余量。 

本发明在配料时选用WC粉、Cr₃C₂粉或Cr粉、Ni粉、Mo粉、炭黑和Fe粉，各原料重量百分比为分别为：WC粉 70～85wt%；Cr₃C₂粉 0.68～1.35wt%、炭黑 0.21～0.42wt%，或者是Cr 粉0.59～1.17wt%、炭黑 0.30～0.60wt%；Ni粉 0.65～1.29wt%；Mo 粉0.35～0.69wt%；余量为Fe粉。 

配料时选用所述WC粉末粒度为2~5μm。WC粉末可以是原生WC粉末，或是采用回收料制成的再生WC。 

上述WC系钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：配料、球磨、干燥、压制成型、烧结。  

优选烧结温度为1290℃～1380℃。烧结时的接触材料最好为氧化锆或氧化铝，可以做成板材，也可以涂层在石墨舟皿上使用。

本发明钢结合金以70%及以上中颗粒WC作为硬质相，合金钢为粘结相，适量添加了Cr、Ni、Mo等元素。Ni、Mo合金元素可使得粘结相得到强化，改善粘结相与硬质相的润湿性，提高了两相的结合强度；适量Cr固溶于粘结相中，强化粘结相，提高合金的强度、硬度和耐磨性。获得的产品孔隙率低，实现了钢结合金强度、硬度和耐磨性的大幅提高（经产品测试：孔隙度A02B00，抗弯强度≥2200MPa，硬度＞87HRA，耐磨性＞7.2（1/cm³）），拓展了钢结硬质合金应用领域，以其优良的性价比替代部分硬质合金。 

附图说明