一种钛纤维韧化的钢结硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛纤维韧化的钢结硬质合金，按照质量百分比由以下组分组成，69.7％‑84.4％钨粉、6‑7％石墨粉、2.7‑15.2％钽粉或铌粉、2％‑5％钢粉和3.4％‑10％钛短纤维，以上各组分质量百分比之和为100％，钛短纤维的长度为480‑2000μm。本发明专利技术还公开了一种钛纤维韧化的钢结硬质合金的制备方法，采用该方法制备的钢结硬质合金具有良好的韧性和耐冲击性。

【技术实现步骤摘要】
一种钛纤维韧化的钢结硬质合金及其制备方法
本专利技术属于硬质合金
，涉及一种钛纤维韧化的钢结硬质合金及其制备方法。
技术介绍
钢结硬质合金是由一种或多种碳化物(如TiC、WC、TaC、NbC等)作为硬质相，用不锈钢、合金钢、高锰钢等作为黏结相，采用粉末冶金工艺制备的一种新型硬质合金。硬质相赋予硬质合金优异的耐磨性能和高的强度，黏结相提供韧性以及可热处理、可切削加工性、可锻性和可焊性等性能。因此，钢结硬质合金已成为替代传统WC-Co系硬质合金的潜在候选者之一。目前，国内很多科研机构已经开发了许多钢结硬质合金。例如，专利《WC系无磁性钢结硬质合金材料》(CN1548567A)公开了一种以高锰钢为粘结相的WC系钢结硬质合金材料，其硬质相WC的重量百分比为75-90％，烧结态硬度达到HRA81.5，经加工硬化后硬度可达HRA84。此外，专利《一种WC系钢结硬质合金》(CN104388797A)公开了一种以合金钢为粘结相的WC系钢结硬质合金材料，通过添加适量的Cr、Ni、Mo等元素，改善粘结相与硬质相之间的结合强度，而且适量的Cr固溶于粘结相中强化粘结相。该硬质合金的抗弯强度为2200MPa，硬度为HRA87，耐磨性为7.2cm-3。众所周知，相比于金属Co，Fe与硬质相之间的润湿性较差，导致钢结硬质合金存在界面结合不佳、微观孔隙多等缺陷，其抗弯强度一般不大于2500MPa、冲击韧性不大于15J/cm2。随着现代工业的高速发展，大量应用的硬质合金材料向高强度、高韧性、高耐磨方向升级更换，这使得传统的钢结硬质合金材料在某些冲击力较大，冲击速度较高的服役环境下，如在金属矿山、地质勘探等行业使用的耐冲击硬质破碎零部件，已无法胜任和满足应用要求。因此，为了扩大钢结硬质合金的应用范围，开发具有高强度、高韧性、高耐磨损性能的新型钢结硬质合金已经成为材料研究领域的焦点。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种钛纤维韧化的钢结硬质合金，解决了现有钢结硬质合金耐冲击性差的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种钛纤维韧化的钢结硬质合金的制备方法。本专利技术所采用的第一技术方案是一种钛纤维韧化的钢结硬质合金，按照质量百分比由以下组分组成，69.7％-84.4％钨粉、6-7％石墨粉、2.7-15.2％钽粉或铌粉、2％-5％钢粉和3.4％-10％钛短纤维，以上各组分质量百分比之和为100％，钛短纤维的长度为480-2000μm。本专利技术的技术特征还在于，钢粉的粒度为1-5μm，钢粉为不锈钢粉、高锰钢粉、合金钢粉或碳钢粉。钨粉的粒度为10μm-40μm，钽粉或铌粉的粒度为5-20μm，钨粉用于原位生成微米级WC颗粒，钽粉用于原位生成亚微米级TaC颗粒，铌粉用于原位生成亚微米级NbC颗粒。本专利技术所采用的第二技术方案是一种钛纤维韧化的钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，69.7％-84.4％钨粉、6-7％石墨粉、2.7-15.2％钽粉或铌粉、2％-5％钢粉和3.4％-10％钛短纤维，以上各组分质量百分比之和为100％；步骤2，混料，先将步骤1称取的所有粉末加入V型混料机中进行混料，混合均匀后，再将步骤1称取的钛短纤维加入V型混料机中进行混料，使钛短纤维均匀分散于混合粉末中；步骤3，采取冷等静压将步骤2得到的混合物料预压成型，制得压坯；步骤4，将压坯放置于压力烧结炉中烧结成型，包括将炉温升高至1450-1525℃，保温一段时间，随炉冷却至室温；再将炉温升至950-1130℃，保温一段时间后，使炉温以4-6℃/min冷却至750-850℃，保温一段时间，最后随炉冷却至室温，即制的一种钛纤维韧化的钢结硬质合金。步骤1中，钛短纤维的直径为120μm-500μm，长度为480μm-2000μm。步骤2中，将步骤1称取的所有粉末加入V型混料机中进行混料，混料过程中，V型混料机的转速为30-50r/min，混料时间为6h-10h；将步骤1称取的钛短纤维加入V型混料机中进行混料，混料过程中，V型混料机的转速为75-90r/min，混料时间为4h-8h。预压成型过程中，采用石蜡作为成形剂，根据压坯受压面积确定压制压力，单位压制压力为2.0-2.5t/cm2。步骤4中，在将炉温升高至1450-1525℃前，先对压坯进行预烧脱蜡，脱蜡温度为450-600℃，脱蜡时间为0.8h-1.5h。步骤4中，炉温在1450-1525℃下的保温时间为5-10min，预烧脱蜡、将炉温升至1450-1525℃以及保温过程中，烧结体单位面积压力保持在10～15MPa。步骤4中，炉温在950-1130℃下的保温时间为8h-20h，炉温在750-850℃下的保温时间为20min-150min，从将炉温升至950-1130℃到最后随炉冷却至室温的过程中，烧结体单位面积压力保持在20～30MPa。本专利技术的有益效果是，将韧性相钛短纤维引入钢结硬质合金中，能够改善硬质合金的韧性，提高硬质合金的耐冲击性和损伤容限；原位形成的微米级WC颗粒、亚微米级NbC颗粒或Ta颗粒、钛短纤维表面的TiC层使硬质合金呈现出多元多尺度的结构特征，可协同强韧化硬质合金；由于微米级WC颗粒、亚微米级NbC颗粒或Ta颗粒、TiC层的原位形成，使WC硬质相与粘结相以及TiC层与钛短纤维之间呈现出优异的界面结合强度，进而提高合金的强度和韧性。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的钛纤维韧化的钢结硬质合金的微观组织示意。图中，1.钢粘结相，2.钛短纤维，3.WC颗粒，4.NbC颗粒，5.TiC层。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种钛纤维韧化的钢结硬质合金，按照质量百分比由以下组分组成，69.7％-84.4％钨粉、6-7％石墨粉、2.7-15.2％钽粉或铌粉、2％-5％钢粉和3.4％-10％钛短纤维，以上各组分质量百分比之和为100％。其中，钛短纤维的长度为480-2000μm，钢粉的粒度为1-5μm，钢粉为不锈钢粉、高锰钢粉、合金钢粉或碳钢粉。钨粉的粒度为10μm-40μm，钽粉或铌粉的粒度为5-20μm，钨粉用于原位生成微米级WC颗粒，钽粉用于原位生成亚微米级TaC颗粒，铌粉用于原位生成亚微米级NbC颗粒。本专利技术一种钛纤维韧化的钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，69.7％-84.4％钨粉、6-7％石墨粉、2.7-15.2％钽粉或铌粉、2％-5％钢粉和3.4％-10％钛短纤维，以上各组分质量百分比之和为100％；钛短纤维的直径为120μm-500μm，长度为480μm-2000μm。步骤2，混料，先将步骤1称取的所有粉末加入V型混料机中进行混料，混料过程中，V型混料机的转速为30-50r/min，混料时间为6h-10h，混合均匀后，再将步骤1称取的钛短纤维加入V型混料机中进行混料，混料过程中，V型混料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛纤维韧化的钢结硬质合金，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成，69.7％-84.4％钨粉、6-7％石墨粉、2.7-15.2％钽粉或铌粉、2％-5％钢粉和3.4％-10％钛短纤维，以上各组分质量百分比之和为100％，所述钛短纤维的长度为480-2000μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛纤维韧化的钢结硬质合金，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成，69.7％-84.4％钨粉、6-7％石墨粉、2.7-15.2％钽粉或铌粉、2％-5％钢粉和3.4％-10％钛短纤维，以上各组分质量百分比之和为100％，所述钛短纤维的长度为480-2000μm。


2.根据权利要求1所述的一种钛纤维韧化的钢结硬质合金，其特征在于，所述钢粉的粒度为1-5μm，钢粉为不锈钢粉、高锰钢粉、合金钢粉或碳钢粉。


3.根据权利要求1所述的一种钛纤维韧化的钢结硬质合金，其特征在于，所述钨粉的粒度为10μm-40μm，钽粉或铌粉的粒度为5-20μm，钨粉用于原位生成微米级WC颗粒，钽粉用于原位生成亚微米级TaC颗粒，铌粉用于原位生成亚微米级NbC颗粒。


4.一种钛纤维韧化的钢结硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分，69.7％-84.4％钨粉、6-7％石墨粉、2.7-15.2％钽粉或铌粉、2％-5％钢粉和3.4％-10％钛短纤维，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，混料，先将步骤1称取的所有粉末加入V型混料机中进行混料，混合均匀后，再将步骤1称取的钛短纤维加入V型混料机中进行混料，使钛短纤维均匀分散于混合粉末中；
步骤3，采取冷等静压将步骤2得到的混合物料预压成型，制得压坯；
步骤4，将压坯放置于压力烧结炉中烧结成型，包括将炉温升高至1450-1525℃，保温一段时间，随炉冷却至室温；再将炉温升至950-1130℃，保温一段时间后，使炉温以4-6℃/min冷却至750-850℃，保温一段时间，最后随炉冷却至室温，即制的一种钛纤维韧化的钢结硬质合金。
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【专利技术属性】
技术研发人员：钟黎声，白海强，吕振林，曹保卫，许云华，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61