[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。

背景技术

钢结硬质合金（简称钢结合金）作为一种新型工程材料，兼有碳化物的硬度和耐磨性以及钢的良好力学性能，是介于硬质合金与工具钢之间的工具材料。钢结合金的性能特点是在保持高硬度和耐磨性的基础上，较大幅度地提高了强度和韧性，综合性能好，适于较大冲击负荷条件下使用。钢结合金由于含有大量弥散分布的高硬度硬质相，其耐磨性可以与高钴硬质合金接近，但与硬质合金相比，具有较好的韧性，且成本低，适用范围更广；与高合金模具钢相比，其具有较高的弹性模量、耐磨性、抗压强度和抗弯强度。

钢结合金按硬质相种类主要分为WC系和TiC系两大类，并且硬质相正在向多样化的方向不断发展，粘结相的钢种也不断扩大，有合金钢、工具钢、高锰钢和不锈钢等多个钢种。传统钢结合金的硬质相含量一般不超过50%，来保证合金具有可加工性和热处理性的同时保证一定的耐磨性。但近年来，钢结合金硬质相范围不断扩宽，向硬质合金领域延伸，尽量提高硬质相的含量，在保证合金足够的强度的情况下尽量提高其耐磨性，目前硬质相含量最高可达94%，但是低粘结相WC系钢结硬质合金的研究存在较多技术难点，在硬度提高方面一直未能取得较大进展。

专利号分别为201310192940.0和200910242568.3的两项涉及钢粘结相的WC基钢结合金专利中，其硬质相的重量百分比含量≤50%，应用多为模具材料领域；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HRA84~86，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，无法胜任钎片和铲雪片等领域使用要求。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提供一种WC系钢结硬质合金，孔隙度低，具有更高的硬度和耐磨性。 

本发明的技术方案为：一种WC 系钢结硬质合金，硬质相WC为65～85 wt%，粘结相高锰钢为15～35 wt%，合金成分与重量百分比分别为：W 61～80wt%、Mn 2.2～5.1wt%、Ni 0.6～1.5wt%、Cr 0.5～1.5wt%、Mo 0.4～1.0wt%、C 4.0～6.0wt%，Fe为余量。

配料时选用WC粉、Cr₃C₂粉、Ni粉、Mo粉、锰铁粉和Fe粉。原料重量百分比为分别为：WC粉 65～85%，Cr₃C₂粉 0.6～1.6%，Ni 粉0.6～1.5%，Mo粉 0.4～1.0%，锰铁粉 2.8～6.5%，C粉 0.3～1.0%，余量为Fe粉。

优选原料重量百分比为分别为：WC粉70~80%，Cr₃C₂粉0.9~1.4%、Ni粉0.8~1.3%、Mo粉0.5~0.7%、锰铁粉3.7~5.5%、炭黑0.4~0.6%，余量为Fe粉。

优选所述Cr₃C₂粉的粒度≤1.0μm。

上述WC 系钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：按所述成分和重量百分比配料、球磨、压制成型、烧结。

产品烧结时的接触材料为氧化锆或氧化铝，其可以做成板材，也可以涂层在石墨舟皿上使用，烧结温度1290～1360℃，保证烧结产品的表面质量，变形量小。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用WC作为硬质相，高锰钢为粘结相，通过添加Cr、Mo等合金元素强化粘结相，净化晶界，提高两相间的结合强度，从而达到提高合金强度和硬度的目的，实现了合金性能的提升，制得的钢结硬质合金孔隙率低（孔隙度可达A02B00）、强度高（抗弯强度＞1950MPa）、硬度高（烧结态硬度即可达HRA86以上），表面质量好，具有很好的耐磨性。

2.本发明的钢结合金采用锰铁粉和Fe粉来作为粘结相，在确保合金性能的同时，降低了生产成本，且锰铁粉的加入百分比为2.8～6.5%，Mn含量不高，不影响合金的孔隙度。

3.本发明的钢结合金产品比重轻，兼具钢结合金的耐磨性、和硬质合金的高硬度，在钎片、铲雪片等领域可替代硬质合金。