[发明专利]一种钢结硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体的说是一种钢结硬质合金及其制备方法。

背景技术

钢结硬质合金是一种介于硬质合金和钢之间的材料，通常采用传统粉末冶金的方法制备。作为一种交叉材料，它综合了钢和硬质合金的性能，填补了它们之间的空白使用领域。与传统硬质合金相比，钢结硬质合金具备钢材的特征，具有可锻性、可加工性、可热处理性，上述特性使得钢结硬质合金产品可以广泛应用到模具材料、耐磨零件及矿山工具等领域。

现有的高耐磨性、高硬度的硬质合金大多采用WC和Co作为原材料。而钴作为一种战略资源和稀有金属，其供给基本靠进口，且储量有限，在价格上也较为昂贵。因此，寻找一种可替代Co的粘结相金属一直是硬质合金材料研究的热点问题。在现有的研究中，Fe和Ni是研究的较多并成功应用的粘结相金属，但是由于Fe的润湿性较差，造成其作为粘结相的硬质合金制品往往存在孔隙，导致强度不足的情况。

因此，如何通过改善组织特性，制备一种耐磨性、强度和韧性都较好的钢结硬质合金，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明通过添加改善组织合金性能的WB和辅以优化的热处理工艺，得到高耐磨性与高强韧于一体的钢结硬质合金材料，改变了传统钢结硬质合金强度低、应用领域窄的状况。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钢结硬质合金，以WC为硬质相，Fe为粘结相，合金中包括以下重量百分配比的组分：WC 40-80%、Fe 15%-55%、Cr₃C₂ 0.5%-4%、炭黑0.1%-0.5%和WB 0.5%-5%。

所述WC的粒度为0.2-30μm。

一种钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照钢结硬质合金的重量百分比，分别称取WC 40-80%、炭黑0.1%-0.5%、Fe 15%-55%、Cr₃C₂ 0.5%-4%和WB 0.5%-5%，备用；

步骤二、将步骤一称取的物料加入到球磨机中，按照（2-5）:1的球料比，以无水乙醇作为研磨介质，石蜡作为成型剂，进行球磨20-50h；

步骤三、对步骤二球磨后的物料进行喷雾干燥，制得混合粉料，之后，将所得混合粉料放入压料机中，在50MPa-300MPa的压力下压制成坯体，备用；

步骤四、将步骤三制得的坯体转置于烧结炉内，于1200-1500℃温度下进行烧结30-120min，之后冷却，得到合金坯体，备用；

步骤五、将步骤四制得的合金坯体置于真空环境下进行800-1200℃淬火和100-500℃回火，即得钢结硬质合金。

在步骤二中，所用的球磨机为可倾式球磨机。

在步骤二中，所述石蜡的添加量为步骤一所称取物料总质量的1%-4%。

在步骤三中，所述喷雾干燥的温度为160℃-240℃。

有益效果：

1、本发明在原料的球磨混合步骤中，以高强度、长时间的球磨工艺使各原料得到充分混合的同时，也将原料中的WC进行了一定程度的活化，保证了硬质相WC在后续的烧结步骤中能够与其他组分进行充分融合，提高成品硬质合金的均一性和强韧性；选择无水乙醇作为研磨介质能够有效避免球磨过程中的增氧；喷雾干燥步骤中相对密闭的干燥环境系统，确保了混合料粉末的洁净度；高温烧结步骤为实现合金致密化、消除微观孔隙提供了保障，高温淬火使合金组织硬度和强度提高，低温回火使合金组织更均匀，消除应力。

2、本发明制备的钢结硬质合金以WC为硬质相，Fe作为粘结相，通过添加改善合金硬度和韧性的WB，按照传统硬质合金生产工艺，并辅以优异的热处理工艺，经800-1200℃高温淬火和100-500℃低温回火，提高了合金制品的硬度。制得了一种钢结合金材料。该材料归属于硬质合金和钢材的交叉领域，产品孔隙率为A02B00C00，经过热处理后与同粘结相下的产品硬度相比达到甚至超过硬质合金水平，同时抗弯强度可达4000 N/mm²以上，在某些使用领域超过同样粘结相含量硬质合金的10%-30%，实现了高硬度、高耐磨性和高强韧性的统一。另外，采用Fe作为粘结相，性价比高，一方面减少了Co这种战略资源的耗费，降低了生产成本；另一方面也为终端用户提供了增值服务。方法本身工艺简单，过程控制简便，制备的硬质金属合金可广泛应用于模具材料、耐磨零件及矿山工具等对耐磨性和韧性要求都较高的工业领域。