[发明专利]涉及硬质合金元件的铸件

说明书

技术领域

本发明涉及铸造到低碳钢中的硬质合金元件。所述元件特别适合用于牙轮钻头、冲击式岩石粉碎机臂/叶轮、尖击工具、挖掘齿和滑动磨损部件。

背景技术

US 4,119,459公开了一种具有硬质合金和石墨铸铁基合金基质的复合材料，所述石墨铸铁基合金基质具有2.5-6％的碳含量。US 4,584,020和US 5,066,546公开了所述钢基质应该具有1.5至2.5％的碳含量。US 4,608,318公开了一种在将所述金属压块固相烧结和粘结到所述压块过程中用于获得复合材料体的粉末冶金方法。US 6,171,713描述了白铁合金与硬质合金颗粒的复合材料。所述的熔点为1480-1525℃。WO 03/049889描述了固结的硬质材料、制造方法和应用领域。使用快速全向压制(ROC)或热等静压(HIP)，所述固结在低于所述粘结剂金属的液相线温度下发生。

现有技术中使用的可锻铸铁通常具有约38HRC的低硬度，和低合金钢铸件具有40至53HRC的硬度。因此，低合金钢的基质的强度将是现有技术的相当的铸铁产品强度的约两倍。

由以上引用的现有技术可知，优选将硬质合金铸造在具有相对高的碳含量的铁合金中以形成物体，随后将该物体铸造到具有较低碳含量的铁合金中，例如US 4,584,020和US 5,066,546。

发明内容

本发明的目的在于提供一种物体，该物体由铸造在钢中的硬质合金组成，其具有改善的耐磨性。

本发明的目的还在于提供一种用于制造所述物体的铸造方法。

现已发现，如果通过在铸造过程中采用非常好的受控温度进行铸造和通过使用具有接近石墨构型的碳内含物的硬质合金而将硬质合金铸造在具有低碳含量的钢中，可得到具有改善性能的产品。

附图说明

图1为在用Murakami和Nital侵蚀之后过渡区硬质合金/钢的光学显微照片。

图2是相同的，只是放大倍数更高。

图3展示W、Co、Fe和Cr沿垂直于所述过渡区的线的分布。

在所述附图中，

A-钢，

B-η相区，

C-在所述硬质合金中的过渡区，

D-未受影响的硬质合金，和

E-在所述钢中的碳富集区。

发明详述

根据本发明，现提供一种耐磨元件，其由铸造在低合金碳钢中的硬质合金体组成，其具有多种不同的构造和形状。

所述钢具有如下组成：该组成具有小于0.9wt％，优选小于0.8wt％，但超过0.1，优选超过0.5wt％的碳当量Ceq＝wt％C+0.3(wt％Si+wt％P)。优选所述钢由熔点为约1450-1550℃的Cr、Ni、Mo低合金钢材料构成。所述钢的硬度为45至55HRC。

本发明适用于具有Co和/或Ni粘结剂相的WC基硬质合金，其优选具有接近游离石墨构型的碳内含物，如果硬质合金具有钴粘结剂相，则意味着磁性钴内含物为标称钻内含物的0.9-1.0倍。所述硬质合金的硬度为800-1750HV3。可存在最高至5wt％的元素Ti、Cr、Nb、Ta、V的碳化物。

在第一个具体实施方案中，该具体实施方案旨在用于运土工具，例如挖掘机的挖掘头，所述硬质合金具有的粘结剂相内含物为10-25wt％的Co和/或Ni，其中WC具有0.5至7μm的晶粒大小。

在第二个具体实施方案中，该具体实施方案旨在特别用于岩石磨铣钻头铣刀，例如用于旋转钻探的齿型三牙轮钻头，所述硬质合金具有的粘结剂相内含物为在WC中9至15wt％的Co和/或Ni，所述WC具有2至10μm的晶粒大小。

在第三个具体实施方案中，该具体实施方案旨在特别用于岩石磨铣工具，例如尖击工具，所述硬质合金具有的粘结剂相内含物为5至9wt％的Co和/或Ni，其中WC具有2至15μm的晶粒大小。

在第四个具体实施方案中，该具体实施方案旨在特别用于粉碎机中的粉碎机臂或桨，例如矿石和油砂的粉碎机，所述硬质合金具有的粘结剂相内含物为在WC中10至25wt％的Co和/或Ni，所述WC具有2至10μm的晶粒大小。

在所述硬质合金与所述钢之间的过渡区展现出基本无空隙和裂缝的良好结合。然而，在所述钢与所述硬质合金之间的区中的少许裂缝将不会严重影响产品性能。

在所述过渡区中，存在厚度为50至200μm的薄的η相区(B)。在邻近于所述η相区的硬质合金中，存在宽度为0.5至2mm的含铁过渡区(C)。在邻近于所述η相区的钢中，存在宽度为10-100μm的具有富集碳内含物的区(E)。