專利名稱：TiC系無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于采用粉末冶金方法制取一種無磁性的TiC系高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。
目前，我國屬于TiC系列的高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金，在1982年冶金工業(yè)出版社出版的《鋼結(jié)硬質(zhì)合金》一書中的138頁記有兩個牌號(即TM60和TM52)。這類合金本屬于一種無磁性的單相奧氏體材料，它具有足夠的強(qiáng)韌性和硬度，有明顯的加工硬化效果，是一種需求量較大的抗沖擊、抗磨損材料，但按照原設(shè)計(jì)成分，在真空燒結(jié)的條件下，即使采用慢速升溫，延長燒結(jié)時間，也難以控制質(zhì)量。因此，用戶退貨量大，產(chǎn)品報(bào)廢嚴(yán)重。究其原因是合金中的高錳鋼粘結(jié)相揮發(fā)損失嚴(yán)重，使合金出現(xiàn)磁性。由于磁性的存在，合金的性能極為低劣，失去原有的強(qiáng)韌性，無加工硬化效果，導(dǎo)致焊接易產(chǎn)生裂紋，使用易碎片，為此對其進(jìn)行了創(chuàng)新研究，在完全區(qū)別于過去成分的前提下，對高錳鋼粘結(jié)相進(jìn)行了改型。
本發(fā)明的目的是，在原合金成分上難以生產(chǎn)合格產(chǎn)品的情況下，為滿足廣大用戶的要求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無磁性，解決合金的成批報(bào)廢問題，改革了TiC系高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相成分，使其性能達(dá)到或超過原成分。
本發(fā)明提供了一種TiC系無磁性高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的新成分，其硬質(zhì)相為，(wt％)TiC 40.0～60.0，粘結(jié)相高錳鋼60.0～40.0，其中Mn14.0～18.0，Ni1.5～3.0，Mo1.0～3.0，C0.7～1.2，F(xiàn)e為余量，在該發(fā)明中主要重新設(shè)計(jì)了粘結(jié)相高錳鋼的成分。
本發(fā)明TiC系無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料，是在對磁性形成的機(jī)理研究基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。按照本發(fā)明成分，在真空爐中燒結(jié)，可比原成分縮短燒結(jié)時間2小時，產(chǎn)品合格率達(dá)98％以上，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品無磁性。通過對有磁性和無磁合金的金相組織分析和相結(jié)構(gòu)分析(見照片1、2和

圖1)證明，按本發(fā)明成分制取的燒結(jié)態(tài)產(chǎn)品不需進(jìn)行水韌處理就能獲得單一奧氏體組織。加工硬化試驗(yàn)也證明，本發(fā)明成分具有明顯的加工硬化效果。如含TiC44％的合金，燒結(jié)態(tài)硬度值為HRc59～61，加工硬化后HRc為63～65，而原合金成分的燒結(jié)態(tài)合金硬度值，HRc高達(dá)69～70.5，加工硬化全部碎裂，即無法進(jìn)行加工硬化試驗(yàn)。由此進(jìn)一步對其TiC晶粒之間的粘結(jié)相進(jìn)行了多處能譜成分分析(見圖2和圖3)，發(fā)現(xiàn)有磁無磁合金的峰值完全不一樣，無磁性合金TiC晶粒間的粘結(jié)相Fe、Mn等元素要比有磁性合金高10％以上，說明磁性合金的粘結(jié)相流失或揮發(fā)嚴(yán)重。由此證明磁性是由合金內(nèi)部粘結(jié)相成分變化引起的。所以磁性檢測可作為該類合金適用性的一種表征值。在本發(fā)明中燒結(jié)態(tài)合金可直接用于鑲鑄、鑲嵌和焊接等。此外，本發(fā)明所用原材料為硬質(zhì)相可用市售的粒徑1～5μm的TiC粉末，粘結(jié)相可用市售的粒徑≤75μm的Fe、Mn、Ni、Mo、C等純金屬元素粉末，也可用錳鐵中間合金經(jīng)球磨制取的粒徑≤75μm的粉末。
本發(fā)明的工藝流程為①配料計(jì)算；②濕磨混料。在酒精保護(hù)下以球料比5∶1的比例球磨18～24小時；③過濾干燥。將酒精過濾然后烘干；④摻膠制粒。用丁鈉橡膠溶液為制粒劑，加入量以每公斤混合粉80～110mL為宜；⑤壓制成型。壓制壓力根據(jù)產(chǎn)品形狀或受壓面積計(jì)算，通常以每平方厘米800～1200公斤力為宜；⑥真空燒結(jié)。燒結(jié)按三個階段控制升溫速度和保溫時間，即從20℃～700℃升溫2h，保溫1h，700℃～1370℃升溫時間4h，保溫1h，從1370℃～1420℃升溫2h，保溫0.5h，全程燒結(jié)時間10.5h，最后是冷卻階段；⑦產(chǎn)品檢驗(yàn)包裝出廠。檢驗(yàn)可用簡單的磁性檢驗(yàn)初測判斷合金是否合格，即用磁能積≥6.0的永久磁鋼或釹鐵硼磁鋼測試，合金被吸住的判為不合格，不需再行其它項(xiàng)目檢驗(yàn)，反之易然。
實(shí)施例在配料計(jì)算時，首先確定合金牌號或根據(jù)用戶要求選擇合金牌號。如我國用量較大的挖掘工具材料(相當(dāng)于TM60)，其硬質(zhì)相TiC的含量為(重量比)44％，將所配料的總重量乘以該百分比，即為TiC的重量，然后將總重量減去硬質(zhì)相的重量，即為粘結(jié)相高錳鋼的重量，再用粘結(jié)相的重量去乘以各元素百分比即為各元素的重量，如果使用的原料為錳鐵中間合金，在配料計(jì)算時需將錳鐵合金中的Mn、Fe、C等元素的含量算入。然后將上述算好的物料稱好，裝入球磨筒內(nèi)球磨混料。球磨價質(zhì)酒精的加入量為350mL/kg，其它環(huán)節(jié)按上節(jié)的工藝流程和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行。
按本實(shí)施例制取的合金制品，無磁性，燒結(jié)態(tài)硬度值為HRc59～61，合金密度6.2g/cm3抗彎強(qiáng)度≥2100MPa/mm2是一種優(yōu)良的挖掘機(jī)齒和豎井鉆機(jī)楔齒材料。
權(quán)利要求
1.一種以TiC為硬質(zhì)相，高錳鋼為粘結(jié)相的無磁性鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料，其特征是硬質(zhì)相為，(wt％)TiC 40.0～60.0，粘結(jié)相高錳鋼60.0～40.0；其中Mn 14.0～18.0，Ni 1.5～3.0，Mo 1.0～3.0，C 0.7～1.2，F(xiàn)e為余量。
2.按照權(quán)利要求1所述，其特征是只要調(diào)整硬質(zhì)相TiC和C的含量，可以根據(jù)工況條件的要求，生產(chǎn)不同性能和用途的TiC系無磁性高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。
3.按照權(quán)利要求1所述，其特征是只要將粘結(jié)相成分控制在要求范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無磁性。并可由磁性檢驗(yàn)來判斷合金的適用性。
全文摘要
本發(fā)明公布了制造無磁性TiC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金的成分和工藝實(shí)施過程。按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的成分和技術(shù)，一般硬質(zhì)合金廠均能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)合格的合金材料。在本專利中只要調(diào)整硬質(zhì)相和碳的含量，可生產(chǎn)出不同性能和要求的無磁性的TiC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料。在本專利中指明了原材料的應(yīng)用可以是Fe、Mn、Ni、Mo等純金屬粉末，也可以是Mn、Fe中間合金粉末。同時還指明了燒結(jié)態(tài)的合格品不需進(jìn)行水韌處理，就可直接用于焊接鑲鑄、鑲嵌等。另外本專利特別點(diǎn)破了磁性是判斷此類合金適用性的一個表征值。
文檔編號C22C29/10GK1548568SQ0311835
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者賓建林, 張春友, 湯富山 申請人:湖南省冶金材料研究所