[发明专利]一种硬质合金预制体的制备方法及采用该硬质合金预制体制备复合耐磨件的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属耐磨材料加工领域，具体涉及一种硬质合金预制体的制备方法及用该硬质合金预制体制备复合耐磨件的方法。 

背景技术

传统的高锰钢、高铬铸铁等工业中应用广泛的耐磨材料，在复杂工况下并不能表现出优异的耐磨性能。例如水泥、矿山等工业中应用在破碎设备和粉磨设备上的磨损部件，需要同时具有高的耐磨性和冲击韧性等力学性能，传统的单一金属耐磨材料则难以满足这个条件。另一方面，磨损是耐磨件表面或局部材料损失的现象，只要提高了耐磨件表面和磨损部位的硬度，就能有效提高整个工件的耐磨性，制造成本也大大降低。其中，颗粒增强金属基表层复合材料表面的高硬度陶瓷颗粒或硬质合金起到抵抗磨损的作用，而金属基体良好的塑韧性也保证了耐磨件具有较长的使用寿命和较高的安全性。 

传统金属基表层复合耐磨件中的硬质相在磨损件表面呈整层分布，使得复合层的脆性大、韧性低，并且在受到高冲击时复合层易沿结合面开裂甚至剥落。因此应用于严苛工况下的金属基表层复合耐磨件要保证其服役安全性，则必须改变其整层复合的结构。 

陶瓷颗粒是工业制备金属基复合材料时广泛应用的增强相，例如氧化铝颗粒和碳化钨颗粒。碳化钨的硬度及韧性都高于氧化铝，并且与一般钢铁液润湿性很好，可以同金属基体形成牢固的结合。但碳化钨与钢铁的热匹配性较差，复合材料在浇铸和冷却过程中由于热应力容易在界面处产生裂纹。另一方面，氧化铝与钢铁的热膨胀系数差别不大，不会因热应力导致复合材料 中出现裂纹。但是氧化铝脆性较大并且与铁液不润湿，结合性能较差。因此，两种增强相复合材料的制备和工业应用都具有一定的难度。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种成品率高，铸造工艺简单且易控制的硬质合金预制体的制备方法及采用该硬质合金预制体制备复合耐磨件的方法。 

本发明的硬质合金预制体的制备方法，包括以下步骤： 

1）取200～300目的碳化钨粉末和还原铁粉混合得到混合粉末，向混合粉末中加入过程控制剂无水乙醇混匀均匀后得到混合浆料；所述碳化钨粉末的用量占混合粉末质量的50%～90%，所述过程控制剂的用量为每100g混合粉末中加入50～70ml； 

2）向混合浆料中加入混合粉末质量3%的有机成型剂酚醛树脂后预压，将预压成型的块体进行过筛造粒，将过筛造粒后的粉末装入模具中压制，脱模后得到压坯； 

3）将压坯进行真空烧结，升温至900～910℃时保温1小时，继续升温至1200～1240℃时保温1小时后，降温至900℃，随炉冷却，得到硬质合金预制体。 

步骤2）所述模具的形状为柱状、条状或蜂巢状。 

步骤3）所述的烧结升温速度为5～8℃/min，降温速度为4～6℃/min。 

一种采用权利要求1所述的方法得到的硬质合金预制体制备复合耐磨件的方法，包括以下步骤： 

1）根据预制备的耐磨件形状制作铸型，在铸型的磨损面或打击面放入若干块硬质合金预制体，硬质合金预制体之间的间距为5mm以上； 

2）熔炼作为支撑基体的金属材料，得到金属液，在1400～1450℃下将金属液浇入铸型，金属液与硬质合金预制体形成冶金结合，冷却后脱模得到铸态复合耐磨件。 

步骤1）所述的硬质合金预制体的厚度为3～15mm。 

步骤2）所述的作为支撑基体的金属材料采用高锰钢、高铬铸铁或球墨铸铁。 

所述的铸态耐磨件整体进行热处理，其处理工艺如下：采用高锰钢时，热处理在1050～1100℃下进行，保温2～6.5h，冷却得到复合耐磨件；采用高铬铸铁时，热处理为4小时内加热至940～1010℃，保温2～6h，并于400～500℃回火冷却得到复合耐磨件；采用球墨铸铁时，热处理为在820～900℃淬火，200～300℃回火冷却得到复合耐磨件。 

步骤3）所述的冷却方法为空冷或水冷。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果： 

本发明制备的硬质合金预制体中没有外加任何粘结剂或铸渗剂，与钢铁液润湿性好，发气量小；其中抵抗磨损的部分为硬质合金中的碳化钨粉末，加入的还原铁粉有效提高了硬质合金的热膨胀系数，克服了仅仅使用碳化钨颗粒制备预制体后浇铸复合材料时由于碳化钨与金属基体热匹配性差而导致的裂纹。该硬质合金预制体的制备方法简单，可批量生产，成品率高，预制体的形状可通过压坯所用的模具来控制，且能够根据产品需要控制预制体中碳化钨的比例以适时地节约成本。