[发明专利]碳氮化钒钛基硬质合金及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳氮化钒钛基硬质合金及其生产方法，属于金属陶瓷领域。

背景技术

钛基硬质合金旨在节约和替代碳化钨基硬质合金，早期的钛基硬质合金以碳化钛(TiC)为基体。在此基础上又发展了TiC和TiN形成的无限固溶体碳氮化钛基硬质合金(Ti(C,N))，用这种硬质合金制作的刀具，虽然有较好的耐磨性，但还有韧性低，易于崩刀等问题。

为了发展(Ti(C,N))基硬质合金，公开号为CN102534340A0的中国专利申请公开了一种“基于多元复合碳氮化钛固溶体的含氮硬质合金”，它是由碳化钨(WC)和固溶体(Ti,M)(C,N)为主要成分(其中M为W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Hf、Y和镧系元素中的至少两种)，Co或Ni为粘结相构成的硬质合金。其中WC的质量百分数为45～96.9％，固溶体(Ti,M)(C,N)的质量百分数为0.1～30％，Co、Ni的质量百分数为3～25％。该申请公开的技术方案中虽然(Ti,M)(C,N)是基体相之一，但WC仍然是另一种基体相，且V为微量添加剂。

公开号为CN104129994A的中国专利申请公开了一种“碳化钒钛的制备方法”，它是由TiC和VC形成的连续固溶体((Ti,V)C)。由于(Ti,V)C密度低，硬度高，有望在耐磨零件、刀具、磨具等方面开发出一类新型硬质合金，替代传统的WC基硬质合金，有利于节约我国宝贵的钨钴资源。该申请公开的方案中虽然(Ti,V)C有取代WC的应用前景，但还没有N和其它有利金属元素(M)加入。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种碳氮化钒钛基硬质合金(Ti,V,M)(C,N))。

本发明碳氮化钒钛基硬质合金按质量百分比由以下组分制成：Ti:12.1～57.1wt％，V:6.7～51.5wt％，M:0～10wt％，C:7.6～14.3wt％，N:1.9～10wt％，Co≤20wt％，Ni≤20wt％；其中，M为Mo、Ta中至少一种。

其中，作为优选的技术方案，M含量为1～10wt％。

进一步的，本发明碳氮化钒钛基硬质合金，还优选按质量百分比由以下组分制成：Ti:30.7～50.2wt％，V:12～32.6wt％，Mo:1～2wt％，Ta:1.9～7.5wt％，C:7.7～11wt％，N:5～9wt％，Co:4～7wt％，Ni:1.3～16wt％。更优选按质量百分比由以下组分制成：Ti：46.4wt％，V：12.3wt％，Mo：2wt％，Ta:3.8wt％，C:10.4wt％，N:5.1wt％，Co:4wt％，Ni:16wt％。

本发明碳氮化钒钛基硬质合金的抗弯强度为1089～1437MPa，硬度为HV2000～HV2400。

本发明还提供了生产上述碳氮化钒钛基硬质合金的方法，其包括如下步骤：

a、配料：以TiVCN为主体，添加金属添加剂Co、M和Ni，得混合料；其中，各原料的用量按上述技术方案的质量百分比配置即可；

b、压制成型：将混合料压制成型，得到压块；

c、真空烧结：将压块在真空气氛下烧结，冷却，即得碳氮化钒钛基硬质合金。

进一步的，为了得到性能更好的碳氮化钒钛基硬质合金，上述a步骤混料是在球磨机内进行，其中混料介质为无水乙醇，所用的球为钨基硬质合球，球料比为5:1～10:1，液固比0.5～0.8g/ml，球磨时间为8～108h。

其中，上述生产碳氮化钒钛基硬质合金的方法，其b步骤中压制压力优选为120～550MPa，压块的密度优选为3.4～4.0g·cm^-3。所述b步骤中压制压力更优选为320～550MPa。

更进一步的，为了使生产的碳氮化钒钛基硬质合金性能更好，优选如下技术方案：上述c步骤真空烧结真空度＜5MPa，同时采用四段升温烧结，一段升温至300～350℃，保温1～1.5h；二段升温至800～1000℃，保温1～1.5h；三段升温至1100～1200℃，保温1～1.5h；四段升温至1430℃～1510℃，保温1～1.5h。更优选地，一段升温至320℃，保温1h；二段升温至800～1000℃，保温1h；三段升温至1100～1200℃，保温1h；四段升温至1450～1480℃，保温1h。

其中，上述方法生产的碳氮化钒钛基硬质合金粉体粒度为2～3um。

本发明和现有方法相比，有以下有益效果：

1、本发明中(Ti,V,M)(C,N)基硬质合金抗弯强度为1089～1437MPa，硬度为HV2000～HV2400。