[发明专利]一种TiCp-M2高速钢复合材料在审

专利信息
申请号: 201611117994.0 申请日: 2016-12-07
公开(公告)号: CN108165885A 公开(公告)日: 2018-06-15
发明(设计)人: 常理 申请(专利权)人: 常理
主分类号: C22C38/04 分类号: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/28;C22C33/02
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摘要:
搜索关键词: 复合材料 高速钢 放电等离子烧结 磨损量 粉末冶金高速钢 不规则形状 晶粒 粉末形态 复合粉末 高能球磨 基体材料 颗粒增强 耐磨性能 显微组织 椭球形 抗弯 球磨 制备 近似
【说明书】:

一种TiCp‑M2高速钢复合材料采用高能球磨法制备了TiCp/M2高速钢复合粉末,并利用放电等离子烧结(SPS)技术制备出TiC颗粒增强M2粉末冶金高速钢复合材料(TiCp/M2)。球磨20h后,粉末形态由近似椭球形转变为不规则形状;放电等离子烧结后复合材料的显微组织均匀细小,晶粒平均尺寸小于2μm。M6C型碳化物平均尺寸小于1μm;致密度、抗弯强度随TiC含量的提高而有所降低,硬度在TiC含量为10%时达到最大值59HRC;TiCp/M2试样的磨损量随着TiC含量的增加呈现先下降后上升的趋势,当TiC含量为10%时复合材料具有最佳的耐磨性能,其磨损量约为基体材料的1/3。

所属技术领域

发明涉及-种粉末冶金材料,尤其涉及一种TiCp-M2高速钢复合材料。

背景技术

高速钢因具有高硬度、高耐磨性、高切削韧性以及良好的红硬性,已在切削工具、成形模具及耐磨结构零件(汽车发动机的阀座和传动轴等)得到了广泛应用。为了拓展烧结高速钢的应用领域,使其既能作为传统的切削材料,又能作为传统的耐磨材料,在其基体中加入硬质陶瓷颗粒是-种有效途径。

添加增强颗粒的种类主要有氧化物(Al2O3),氮化物(TiN),碳化物(TaC、NbC、TiC)及碳氮化物(TiCN)。其中TiC具有较高的热力学稳定性,且与Fe基体具有良好的润湿性。添加TiC颗粒是-种有效提高粉末冶金高速钢性能的方法,TiC颗粒有助于抑制烧结体中组织粗化和晶粒长大;对基体硬度的提高效果明显优于其他难熔化合物。

发明内容

本发明的目的是为了改善M2粉末冶金高速钢的硬度、耐磨性,设计了一种TiCp-M2高速钢复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

TiCp-M2高速钢复合材料的制备原料包括:水雾化M2高速钢粉末,粒度<147μm,成分为(质量百分数):C-0.83%;Mn-0.27%;Si-0.32%;W-5.12%;Mo-5.0%;Cr-3.13%;V-1.97%;余量为Fe,TiC粉末平均粒度为1-3μm。

TiCp-M2高速钢复合材料的制备步骤为:按TiC颗粒体积分数分别为5%、10%、15%、20%的含量称量TiC及M2高速钢粉末,复合粉末混合2h后,利用QM-2SP20型行星式球磨机进行高能球磨,磨球为直径10mm的不锈钢球,球料比为10:1,球磨机转速为260r/min。将球磨20h的复合粉末放人SPS-825型放电等离子烧结设备中进行烧结,烧结温度为1040℃,压强为50MPa,保温10min。

TiCp-M2高速钢复合材料的检测步骤为:烧结试样密度采用阿基米德排水法测量;硬度在HR-150A型全洛式硬度计上测试;采用三点弯曲法在CMT5105型的万能试验机上测试复合材料的抗弯强度,试样尺寸为16mm×4mm×2mm,跨距为lOmm,加载速度为0.05mm/min;摩擦磨损试验在M-2000型滑块磨损试验机上进行,磨损试样尺寸为10mm×10mm×3mm,对磨材料为直径47mm的GCrl5,硬度为60-62HRC,试验在干摩擦条件下进行,摩擦载荷为300N,速度为214r/min,磨损时问为30min。试样的显微组织及磨损表面形貌通过NovaNanoSEM430型扫描电镜进行观察,采用VHX-600E超景深三维显微镜来测量试样磨痕的平均宽度。

所述的TiCp-M2高速钢复合材料,随着球磨时间的延长,TiCp/M2复合粉末不断被细化,球磨20h后粉末的形态由原始的近似椭球形转变为不规则形状,颗粒平均尺寸由120μm减小到20μm。

所述的TiCp-M2高速钢复合材料,SPS烧结后,复合材料显微组织中基体晶粒平均尺寸小于2lμm,碳化物平均尺寸小于1μm;复合材料的致密度、抗弯强度均随着TiC含量提高而有所降低,硬度在TiC含量为10%时达到最大值59HRC。

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