[发明专利]一种VC基体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VC基体钢基钢结硬质合金的制备方法，属于金属基复合材料制备领域。

背景技术

钢结硬质合金是一种以陶瓷相和以钢为粘结基体的复合材料，其性能介于普通硬质合金和钢铁之间，同时具有一系列其他优点，使其在许多领域得到广泛的使用。近年来，为获得钢结硬质合金的一些特殊组织与性能，并缓解由于传统硬质合金材料主要资源W、Co日益匮乏等问题，国内外对钢结硬质合金开展了更加广泛与深入的研究，特别是对添加不同新型硬质相的研究(如添加A1203，TiN，NbC，TiCN，TiB2，Mo2FeB2，Mo2C，Cr3C2，VC，NV等)。近年来，一些新型的硬质相钢结合金不断涌现。日本三菱金属公司利用TiCN硬度较低但耐磨性很强的特点，将高速钢粉与碳氮化钛添加剂混合、成形、脱蜡，然后通过热等静压、热处理和精加工方法制取的TiCN基钢结合金，具有显微结构均匀、无偏析、合金化程度高的特点。TiN与铁素体之间摩擦作用小，抗粘着能力比TiC的更强，自由能较小，抗氧化温度范围大。瑞典山特维克公司基于TiN已开发出一种新型钢结合金CORONlTE。他们采用一种特殊工艺，将极细(约0.1微米)的TiN粉末均匀地添加在可热处理的钢基体中，其体积含量可从35％到60％，由于TiN粉末细且性能及其稳定，通过这种方法制得的CORONITE合金兼有硬质合金的耐磨性和高速钢的韧性。

TiB2具有耐高温性好，密度和电阻率小，传导性好，且金属粘着性低及摩擦因数低，抗氧化性强等特点，被认为是一种理想的钢结合金硬质相。因Fe与TiB2之间的固溶度低，润湿性好，而Mo还可改善其润湿性，故综合TiB2与Fe、Mo的优点，制各了TiB．FeMo复合材料。

日本某公司开发出一种不含有W、Co而是含Cr的M02FeB2型硼化物基复合材料KMH。此类多元硼化物基合金是采用水雾化法制备的Fe-Cr-B合金粉末、硼化物粉末和Fe、Cr、Mo、Ni等金属粉末作原料，经湿磨混合、压制成形和真空烧结的方法制造。

除了上述新型钢结硬质合金外，日本一些公司还利用各种不同的硬质化合物(如TiC、VC、Cr3C2、SiC、ZrC、AlN等)及其混合化合物作硬质相，以各种钢或铁基合金作粘结剂，研制出一些新型复合材料。

同时，人们也在不断寻求新的硬质相和新的粘结相的结合，以便开发出具有最佳组织和性能的MC型颗粒增强复合材料。在钢结合金中，用作抗磨相的硬质颗粒碳化物种类比较多，有WC、TiC、Cr7C3、NbC、VC、SiC等陶瓷颗粒以及合金碳化物和渗碳体。MC型碳化物的热力学稳定性由高到低的排列顺序是：TiC＞NbC＞VC＞WC，其硬度的排列顺序是：TiC＞VC＞WC＞NbC。我们知道，TiC与Fe相溶性差。烧结温度高，强度比WC差，其优点是质轻，热稳定性、摩擦性好；WC高温与Fe相溶性不好，高温时容易溶解于Fe中，高温热稳定性、热强度差，在冷却过程中析出从而形成桥接，恶化合金的机械性能；作为强碳化物形成元素V元素，与Ti元素类似，V也是一种非常活泼的合金元素，与C、N等元素有很强的亲和力。V元素与C的亲和力大于Cr元素与C的亲和力，容易形成VC和V2C两种稳定碳化物。在碳化物陶瓷中，VC的硬度最高，并且有很好的热稳定性，是一种理想的硬质增强相。

VC极为稳定，通常以细小的颗粒状分布于合金基体中，一方面细化晶粒，提高基体合金的强度和耐磨性；另一方面，增加基体的高温持久强度和对蠕变的抗力。VC的显微硬度很高，达到2800MPa以上，是一种理想的特殊碳化物抗磨相。以VC为增强相的新型钢结硬质合金，VC与Fe具有非常好的相溶性，二者接合界面好，且高温热稳定性、红硬性好，是TiC、WC很好的替代增强体。VC的熔点和热膨胀系数也在TiC和WC之间，钒在低合金高强度钢中能形成细小碳化钒沉淀而有效促进钢的晶粒细化与强化；碳化钒相能钉扎位错与晶界，阻碍位错和晶界迁移，提高钢的强度；同时碳化钒相的存在还能提高材料的再结晶温度和高温性能。已有的研究表明：钢中添加碳化钒还能提高钢的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性，且起到消除夹杂物延伸等作用。因此，碳化钒在钢中得到广泛应用。