[发明专利]一种钢结TiCN基硬质合金及应用

说明书

本发明公开了一种钢结TiCN基硬质合金，所述的钢结TiCN基硬质合金以TiCN为硬质相，以钢基体为粘结相，以Fe—(20~30%)Ce—(8~20%)La中间合金为添加剂，所述的TiCN的重量百分比为30~40%、所述的钢基体的重量百分比为59.2~69.5%，所述的Fe—(20~30%)Ce—(8~20%)La中间合金的重量百分比为0.5~0.8%。本发明还公开了制备该材料的方法，先将Fe—(20~30%)Ce—(8~20%)La中间合金制备后，再配料、球磨混料、模压成型、烧结、热处理，本发明的TiCN钢结硬质合金材料致密度高、综合性能优异，性价比高。本发明的制备方法成本低、工艺简单、适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种钢结TiCN基硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金具有硬度高、耐磨性、耐热性良好等优点，被广泛用于工业生产的各个领域。普通钨钴类硬质合金的生产需使用大量的钨、钴等国家战略资源，如牌号为YG8的硬质合金中约含86%的钨元素、8%的钴元素，近年来钨、钴等原材料价格持续上涨。此外，硬质合金的粘结相成分—钴，因其毒性已被国际癌症研究机构列入致癌物质名单，引发人们对职业健康安全的高度重视。寻找一类能部分或完全替代硬质合金的新型复合材料的研究受到越来越多科研工作者的重视。钢结硬质合金是以钢为粘结相，以难溶金属碳化物、氮化物为硬质相的一种极具潜力的新型复合材料。其力学性能介于硬质合金和钢之间，与钢相比，有更高的硬度，耐磨性，弹性模量和抗压强度；与硬质合金相比，具有良好的抗弯强度和冲击韧性，体现出优异的综合性能。同时，钢结硬质合金还有着广泛的工艺特性，如可加工性，可热处理性和可锻性等。

钢结TiCN基硬质合金是以TiCN为硬质相、以钢为粘结相的钢结硬质合金，该类材料用铁替代钴作为合金的粘结相，且粘结相占比达到50~90%，极大地降低了原料成本，同时减少了钴等元素对操作者的职业健康安全的危害。TiCN中含有较高的氮含量，烧结过程中晶粒长大的倾向性小，硬质相组织均匀微细，钢结TiCN基硬质合金的韧性、抗塑性变形能力高于TiC基钢结硬质合金，强度高、密度低、摩擦系数低、耐磨性、耐腐蚀性好，具有优异的高温红硬性和抗氧化性等，是制作高速切削刀具和热成型模具的理想材料。制备钢结TiCN基硬质合金材料的方法主要有粉末冶金法、铸造法、原位合成法、浸渍法和热压法等，但目前该合金在国内并未能实现大规模的工业化生产。而粉末冶金法是工业化生产制备钢结硬质合金的常用方法，但目前采用该法生产TiC基钢结硬质合金时，由于TiCN硬质相和钢基体的相容性不佳，润湿性差，且表面易被附着物污染，使得硬质相TiCN颗粒与基体的界面结合状况不佳，TiCN颗粒的增强效果不能很好的发挥出来。

因此，在现有技术中，采用粉末冶金法制备钢结TiCN基硬质合金的工艺中，如何改善金属基体对增强相的润湿性，提高界面结合强度，如何通过热处理改善基体的微观组织结构，提高材料强韧性，一直是科研人员研究的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之不足，提供一种钢结TiCN基硬质合金，其具有比重小，致密度高，高温红硬性和抗氧化性好的优点。

本发明的另一目的在于提供一种钢结TiCN基硬质合金的生产方法，其具有生产成本低、工艺简单、原料无毒副作用、适合工业化生产的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种钢结TiCN基硬质合金，所述的钢结TiCN基硬质合金以TiCN为硬质相，以钢基体为粘结相，以Fe—(20~30%)Ce—(8~20%)La中间合金为添加剂，以钢结TiCN基硬质合金的总重量为基准，所述的TiCN的重量百分比为30~40%、所述钢基体的重量百分比为59.2~69.5%，所述的Fe—(20~30%)Ce—(8~20%)La中间合金的重量百分比为0.5~0.8%，所述钢基体的原料成分包括W粉、Mo粉、V粉、Cr粉、Ni粉、Cu粉、碳黑粉、羰基铁粉、还原铁粉。