一種高碳化鈦鋼結硬質合金模具材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高碳化鈦鋼結硬質合金模具材料，包括碳化鈦和鐵基粘結相，碳化鈦的重量百分含量為55～65％，鐵基粘結相的重量百分含量為35～45％；其中鐵基粘結相的組分包括：C：0.2～0.6％，Cr：1.5～4％，Mn：0.8～1.8％，Mo：2.0～4.0％，Ni：2～8％，Cu：0.5～2.0％，合金添加劑：0～1.01％，余量為Fe；其制備方法，通過將原料粉末按優化的比例充分混合，得到混合粉末，經過濕磨→過濾干燥→冷等靜壓成形→真空燒結→熱處理，得到所需要的模具材料。本發明的高碳化鈦鋼結硬質合金只采用正火熱處理硬度達到HRA87以上，強度高，滿足常溫以及高溫模具材料的使用性能。
【專利說明】一種高碳化鈦鋼結硬質合金模具材料
【技術領域】
[0001] 本發明屬于粉末冶金制品用模具材料制備【技術領域】，具體涉及一種高碳化鈦鋼結 硬質合金模具材料。
【背景技術】
[0002] 隨著我國制造業的轉型升級，粉末冶金制品行業得到快速發展，特別是鐵基制品 已經達到年產量數十萬噸。鐵基制品主要以模壓成型為主，需要消耗大量模具材料。由于 合金工具鋼和合金模具鋼材料本身的限制，其耐磨性能較差，模具使用壽命短，導致粉末冶 金制品行業單位產品模具費用居高不下。目前常用的鎢鈷類硬質合金、鎢鈷鈦類硬質合金 具有硬度高、耐磨性好的特點，已廣泛用于粉末冶金制品行業，但是，由于其含鎢高，材料密 度大，材料成本和制造成本都使得粉末冶金制品這個大批量生產的微利行業難以承受。
[0003] 鋼結硬質合金是介于工模具鋼和硬質合金之間的新型工程材料，其硬度和耐磨性 與某些硬質合金牌號相近，又具有工模具鋼的可機械加工、熱處理、鍛造和焊接等特點。近 年來，鋼結硬質合金與硬質合金及高速鋼的界限在逐漸消失，并逐步占據普通硬質合金和 高速鋼之間的區間，市場份額越來越大。
[0004] 鋼結硬質合金按硬質相的種類主要分為WC系和Tie系兩大類合金。目前市場上 的碳化鈦鋼結合金模具材料，TiC含量一般在40%以下（如我國碳化鈦鋼結合金GT35和R5 兩種牌號的TiC含量分別為35%和45% )。這類合金燒結后必須經過鍛造和復雜的熱處理 工藝，而且成品率低、制造成本高，該材料的退火態硬度低于50HRC，難以滿足高溫需求，未 能廣泛推廣使用。
[0005] 對于TiC含量超過50%以上的鋼結合金，由于燒結孔隙率難以降低，強度低，脆性 大等原因，至今國內外尚未有得到模具材料上實際應用的報道。
【發明內容】
[0006] 本發明針對現有粉末冶金制品用模具材料存在的缺陷，旨在提供一種高碳化鈦鋼 結硬質合金模具材料。
[0007] 本發明所要解決的技術問題是，針對高碳化鈦鋼結硬質合金制備中存在的孔隙率 高，脆性大，強度低等技術難題，本發明以優質相圖和固溶理論為指導，通過鐵基粘結相的 合金設計，優選微量合金元素V、B和稀土元素配方，改善碳化鈦和鐵基粘結相潤濕性，抑制 燒結過程中碳化鈦晶粒長大，減少燒結體的孔隙率，提高了鐵基粘結相與碳化鈦的結合強 度，研究出一種性能優越的高碳化鈦鋼結硬質合金材料和制備方法。
[0008] 本發明通過以下技術方案實現：
[0009] -種高碳化鈦鋼結硬質合金模具材料，包括碳化鈦和鐵基粘結相，碳化鈦的重量 百分含量為55?65%，鐵基粘結相的重量百分含量為35?45% ;其中鐵基粘結相的組分 包括：C :0? 2?0? 6%，Cr :1. 5?4%，Mn :0? 8?1. 8%，Mo :2. 0?4. 0%，Ni :2?8%，Cu : 0? 5?2. 0%，合金添加劑：0?1. 01%，余量為Fe。
[0010] 所述的合金添加劑為B、V或稀土元素中的一種或幾種，其重量百分含量通常情況 下為B:0?0. 01%，V:0?0. 5%，稀土元素：0?0. 5%，所述的稀土元素為La、Ce、Nd、E 或Y中的一種或幾種。
[0011] 本發明碳化鈦鋼結硬質合金模具材料，所述的Fe為還原鐵粉和羰基鐵粉，還原鐵 粉與羰基鐵粉的質量比為4:1。
[0012] 本發明所述的碳化鈦鋼結硬質合金模具材料，其原料粉末為市售的碳化鈦粉、鐵 粉、猛鐵粉、絡鐵粉、鎮粉、鑰粉、電解銅粉、石墨粉、砸鐵粉、f凡鐵粉和稀土粉。
[0013] 本發明所述的碳化鈦鋼結硬質合金模具材料，其制備方法包括以下步驟：將原料 粉末按優化的比例充分混合，得到混合粉末，經過濕磨一過濾干燥一冷等靜壓成形一真空 燒結一熱處理，得到所需要的模具材料。
[0014] 本發明采用冷等靜壓成型的方法，其壓坯密度達到78%以上，用于解決高碳化鈦 鋼結合金混料粉的難成型以及大尺寸壓坯脫膠中增碳、變形問題。
[0015] 本發明所述的熱處理為正火處理，具體為加熱到奧氏體化溫度1020?1080°C后 空冷，獲得馬氏體或貝氏體基體組織，硬度達到HRA87以上。
[0016] 本發明的有益效果為：1)本發名的高碳化鈦鋼結合金燒結體不進行淬火處理即 可硬度達到HRA85以上，滿足高溫模具材料的使用性能；2)鋼中添加的微量合金元素，改善 碳化鈦和鐵基粘結相潤濕性，抑制燒結過程中碳化鈦晶粒長大，減少燒結體的孔隙率，提高 了鐵基粘結相與碳化欽的結合強度。在鋼結硬質合金中添加的B兀素，提_碳化欽與鐵基 粘結相晶界結合力，并提高鐵基粘結相的淬透性；V元素，降低高溫下TiC在液相中的固溶 度，抑制TiC晶粒長大，并提高鐵基粘結相的強度、屈服比和低溫韌性；稀土元素，改善碳化 鈦的潤濕性，減少合金燒結孔隙率；3)本發明的高碳化鈦鋼結合金，不需要鍛造和淬火處 理，成品率能達到90%以上，能達到硬質合金模具材料的力學性能，并且比鎢鈷類硬質合金 具有性價比高的優勢，因此可替代鎢鈷類硬質合金模具。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為實施例1所制備的高碳化鈦鋼結合金材料的1500倍金相圖；
[0018] 圖2為實施例2所制備的高碳化鈦鋼結合金材料的1500倍金相圖。
【具體實施方式】
[0019] 實施例1
[0020] 將重量百分比為55. 0 %的碳化鈦，45 %的鐵基粘結相按要求配料，鐵基粘結相成 分為C:0? 55%，Cr:3. 5%，Mn:0? 9%，Mo:3. 0%，Ni:3. 4%，Cu:0? 80%，Fe余量，其中Fe由80%還原鐵粉和20%羰基鐵粉組成。以軸承鋼球為研磨體，球料比4:1，濕磨36小時后 卸料，進行真空干燥，然后用冷等靜壓機壓制成型，在1420°C真空燒結1小時，最后1050°C 保溫1小時后空冷，得到所需要的TiC鋼結硬質合金材料。其金相圖見圖1，性能見表1。
[0021] 實施例2
[0022] 將重量百分比為55.0%的碳化鈦，45%的鐵基粘結相按要求配料，鐵基粘結相 成分為C:0? 55%，Cr:3. 5%，Mn:0? 9%，Mo:3. 0%，Ni:3. 4%，Cu:0? 80%，合金添加劑： 0. 63%，Fe余量，其中合金添加劑由0. 01%B、0. 25%V和0. 27%稀土組成，稀土由La、Ce、 Nd、E和Y組成，Fe由80%還原鐵粉和20%羰基鐵粉組成。以軸承鋼球為研磨體，球料比 4:1，濕磨36小時后卸料，進行真空干燥，然后用冷等靜壓機壓制成型，在1420°C真空燒結1 小時，最后1050°C保溫1小時后空冷，得到所需要的TiC鋼結硬質合金材料。其金相圖見圖 2,性能見表1。
[0023] 實施例3
[0024]將重量百分比為65. 0 %的碳化鈦，35 %的鐵基粘結相按要求配料，鐵基粘結相成 分為C:0? 4%，Cr:1. 5%，Mn:0? 9%，Mo:3. 6%，Ni:5. 4%，Cu:0? 8%，合金添加劑：0? 68%， Fe余量，其中合金添加劑由0.01%B、0. 25%V和0.42 %稀土組成，稀土La、Ce和Nd組 成，Fe由80%還原鐵粉和20%羰基鐵粉組成。以軸承鋼球為研磨體，球料比4:1，濕磨45 小時后卸料，進行真空干燥，然后用冷等靜壓機壓制成型，在1420°C真空燒結1小時，最后 1070°C保溫1小時后空冷，得到所需要的TiC鋼結硬質合金材料。其性能見表1。
[0025] 表1.實施例制備的TiC鋼結硬質合金的物理性能
[0026]
【權利要求】
1. 一種高碳化鈦鋼結硬質合金模具材料，包括碳化鈦和鐵基粘結相，其特征在于：所 述的碳化鈦的重量百分含量為：55?65%，鐵基粘結相的重量百分含量為35?45% ;所 述的鐵基粘結相的組分包括：C :0? 2?0? 6%，Cr :1. 5?4%，Mn :0? 8?1. 8%，Mo :2. 0? 4.0%，附：2?8%，，(：11:0.5?2.0%，合金添加劑：0?1.01%，余量為卩6。
2. 根據權利要求1所述的硬質合金模具材料，其特征在于：所述的合金添加劑為B、V 和稀土兀素中的一種或幾種，其重量百分含量為：B :0?0. 01 %，V :0?0. 5%，稀土兀素： 0 ?0? 5%。
3. 根據權利要求2所述的硬質合金模具材料，其特征在于：所述的稀土元素為La、Ce、 Nd、E或Y中的一種或幾種。
4. 根據權利要求1所述的硬質合金模具材料，其特征在于：所述的Fe為還原鐵粉和羰 基鐵粉，還原鐵粉與羰基鐵粉的質量比為4:1。
5. 根據權利要求1所述的硬質合金模具材料，其特征在于：該模具材料通過將原料粉 末按比例充分混合，得到混合粉末，經過濕磨一過濾干燥一冷等靜壓成形一真空燒結一熱 處理，得到所需要的模具材料。
6. 根據權利要求5所述的硬質合金模具材料，其特征在于：該模具材料壓坯密度 彡 78%。
7. 根據權利要求5所述的硬質合金模具材料，其特征在于：所述的熱處理為正火處理， 具體為加熱到奧氏體化溫度1020?1080°C后空冷，獲得馬氏體或貝氏體基體組織。
【文檔編號】C22C1/05GK104342592SQ201410513583
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】陳文 , 方哲成, 郭志猛 申請人:萊蕪市金威新材料有限公司