專利名稱：稀土改性鋼結硬質合金及制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼結硬質合金及其制備方法，尤其涉及一種稀土改性鋼結硬質合金及制備方法。
背景技術：
鋼結硬質合金是以鋼作為粘結相、以難熔金屬碳化物為硬質相的復合材料。它既有硬質合金和鋼基體的各自優點，又兼有硬質合金的高硬度、高耐磨性和高強度，同時具有鋼的可加工性、可熱處理性、可鍛性和可焊接性，填補了兩者之間的空白。鋼結硬質合金構成了自己獨特的綜合性能優勢，這種優異的綜合性能，使得它在工模具材料、耐磨及減震零件、耐高溫及耐腐蝕構件、沖擊及破碎工具、刃具、量卡具等測量儀器、以及國防軍工材料、航海、航空航天材料等對材料比重和綜合性能有特殊要求的領域有著廣闊的應用前景。在金屬碳化物中，碳化鈦具有高硬度、抗氧化、耐腐蝕、比重小、熱穩定性好以及優異的物理化學性能，在燒結過程中晶粒長大傾向小，一般呈圓形，為合金提供優良的使用性能，是一種比較理想的硬質相。現有文獻報道的鋼結硬質合金致密度較低，抗彎強度較低，不能很好地應用于刀片和耐磨零件等標準件的工業生產中，制約了其應用領域的擴展。

發明內容
本發明的目的在于提供一種致密度高、抗彎強度高的稀土改性鋼結硬質合金。本發明的另一個目的在于提供一種工藝簡單、成本低的稀土改性鋼結硬質合金的制備方法。 本發明提供的稀土改性鋼結硬質合金，由按重量百分比的下述原料制備而成:TiC 粉 48-50%, Mn 粉 13-15%，Mo 粉 1.5-3.0%, Ni 粉 1.0-2.0%，石墨粉 1.0-1.3%, La2O3 粉
0.2-0.5%，余量為還原鐵粉。作為改進，本發明的稀土改性鋼結硬質合金，由按重量百分比的下述原料制備而成:TiC 粉 48-50%, Mn 粉 13-15%，Mo 粉 2.0-3.0%, Ni 粉 1.0-2.0%，石墨粉 1.2-1.3%, La2O3粉0.4-0.5%,余量為還原鐵粉。上述稀土改性鋼結硬質合金的制備方法，包括以下步驟:
(O配料，按所述組分和重量百分比配料；
(2)球磨混合，將配好的粉料放入球磨罐中進行球磨；
(3)壓制成型，將球磨好的粉末進行噴霧干燥制粒，在一定壓力下制成壓坯；
(4)真空燒結，在1400-1430°C下真空燒結并保溫1_3小時后，隨爐冷卻。作為改進,步驟(I)所述La2O3粉粒徑小于45mm,還原鐵粉粒徑小于75mm。作為改進，步驟(2)所述球磨罐為不銹鋼罐，以不銹鋼球為研磨體，以酒精為球磨介質，球料比為5:1。作為改進，步驟(2)所述球磨時間為18-20小時。
作為改進，步驟(3)所述壓制成型壓力為200_500MPa。作為改進，步驟(4)所述真空燒結在真空度低于0.5Pa下進行。本發明通過添加La2O3抑制了晶粒的長大，并起到彌散強化的作用。由于La2O3化學性質活潑，在燒結溫度下，La2O3能夠與金屬粉末界面上的雜質和氧化膜作用，起到凈化界面的作用，有助于潤濕性的改善，從而有利于致密化的進程，達到減小孔隙度的目的，而孔隙度的減小又必將有助于抗彎強度的提高。La2O3粉含量介于0.2%和0.5%之間，可起到稀土強化作用，因此本發明的鋼結硬質合金的強度和致密度得以提高，抗彎強度可達到1700MPa以上，致密度達到97.4%以上。本發明得到的稀土改性鋼結硬質合金孔隙度低，致密度高，晶粒細小，組織均勻，抗彎強度高，力學性能好。同時，本發明的制備方法工藝簡單、操作方便、燒結周期短、工藝成本低、適于工業化生產。


圖1是本發明的稀土改性鋼結硬質合金的典型金相組織照片(1500X)。
具體實施例方式本發明的稀土改性鋼結硬質合金由重量百分比為48-50%的TiC粉，13-15%的Mn粉，1.5-3.0% 的 Mo 粉，1.0-2.0% 的 Ni 粉，1.0-1.3% 的石墨粉，0.2-0.5% 的 La2O3 粉，其余為還原鐵粉制備而成。為了達到更好的致密度和抗彎強度，按下述重量百分比制備:TiC粉48-50%, Mn 粉 13-15%，Mo 粉 2.0-3.0%, Ni 粉 1.0-2.0%，石墨粉 1.2-1.3%, La2O3 粉 0.4-0.5%,其余為還原鐵粉。本發明的稀土改性鋼結硬質合金是通過下述步驟制備的。首先進行配料，其中La2O3粉粒徑最好小于4 5mm,還原鐵粉粒徑最好小于75mm,這樣在球磨過程中可以使粉末更好的達到合金化。球磨混合可以按常規方法進行，將配好的粉料放入球磨罐中進行球磨。最好使用不銹鋼球磨罐，以不銹鋼球為研磨體，以酒精為球磨介質，球料比為5:1。球磨時間最好為18-20小時，以使粉末更好的實現合金化并且粒度細小且均勻。按常規方法將球磨好的粉末進行噴霧干燥制粒，在一定壓力下制成壓坯。壓力最好為200-500MPa，使粉末壓坯密度進一步提高。在1400-1430°C下真空燒結并保溫1_3小時后，隨爐冷卻。燒結溫度是至關重要的。燒結溫度低于1400°C時，燒結體收縮不夠，無法獲得致密度較高的鋼結硬質合金；高于1430°C時則容易發生過燒，造成碳化物晶粒過分長大，影響鋼結硬質合金的性能。真空燒結最好在真空度低于0.5Pa下進行，可大大減少及避免金屬的揮發損失。在上述重量百分比范圍內和工藝條件下，本發明制備了如下稀土改性鋼結硬質合金，現以實施例具體說明。實施例1
按下述步驟制備本發明的稀土改性鋼結硬質合金:
Cl)配料:將純度大于99.99%、粒徑小于45mm的La2O3粉，純度大于98.5%、粒徑小于75mm的還原鐵粉，TiC粉，Mn粉，Mo粉，Ni粉和石墨粉，按下述重量百分比配料:TiC 48%，Mn 14%, Mo 1.5%, Ni 2.0%, C 1.0%, La2O3 0.2%，余量為 Fe ；
(2)球磨混合:以不銹鋼球為研磨體，球料比為5:1，以酒精為球磨介質，將配好的粉料放入不銹鋼球磨罐中進行球磨,球磨時間為18小時；
(3)壓制成型:將球磨好的粉末進行噴霧干燥制粒，在200MPa壓力下制成壓坯；
(4)真空燒結:真空燒結爐腔內真空度抽至低于0.5Pa后，在1400°C燒結并保溫I小時后隨爐冷卻。獲得的稀土改性鋼結硬質合金，其顯微組織明顯細化(如圖1)，晶粒細小，組織均勻，硬度值為HRC66.5，致密度為97.4%，抗彎強度為1700MPa。按實施例1的方法步驟制備實施例2-5的稀土改性鋼結硬質合金，其不同之處在于配料重量百分比、球磨時間、壓制成型壓力、燒結溫度和保溫時間，已在表I中列出，獲得的稀土改性鋼結硬質合金的硬度值、致密度、抗彎強度等參數見表I。表I
權利要求
1.一種稀土改性鋼結硬質合金，其特征在于由按重量百分比的下述原料制備而成:TiC 粉 48-50%, Mn 粉 13-15%，Mo 粉 1.5-3.0%, Ni 粉 1.0-2.0%，石墨粉 1.0-1.3%, La2O3 粉0.2-0.5%，余量為還原鐵粉。
2.根據權利要求1所述的稀土改性鋼結硬質合金，其特征在于由按重量百分比的下述原料制備而成=TiC粉48-50%, Mn粉13-15%，Mo粉2.0-3.0%，Ni粉1.0-2.0%，石墨粉1.2-1.3%，La2O3粉0.4-0.5%，余量為還原鐵粉。
3.權利要求1或2所述的稀土改性鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (O配料，按所述組分和重量百分比配料； (2)球磨混合，將配好的粉料放入球磨罐中進行球磨； (3)壓制成型，將球磨好的粉末進行噴霧干燥制粒，在一定壓力下制成壓坯； (4)真空燒結，在1400-1430°C下真空燒結并保溫1_3小時后，隨爐冷卻。
4.權利要求3所述的稀土改性鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于步驟(I)所述La2O3粉粒徑小于45mm,還原鐵粉粒徑小于75mm。
5.權利要求3所述的 稀土改性鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于步驟(2)所述球磨罐為不銹鋼罐，以不銹鋼球為研磨體，以酒精為球磨介質，球料比為5:1。
6.權利要求3所述的稀土改性鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于步驟(2)所述球磨時間為18-20小時。
7.權利要求3所述的稀土改性鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于步驟(3)所述壓制成型壓力為200-500MPa。
8.權利要求3所述的稀土改性鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于步驟(4)所述真空燒結在真空度低于0.5Pa下進行。
全文摘要
本發明公開了一種稀土改性鋼結硬質合金及其制備方法，由按重量百分比的下述原料制備而成TiC粉48-50%，Mn粉13-15%，Mo粉1.5-3.0%，Ni粉1.0-2.0%，石墨粉1.0-1.3%，La2O3粉0.2-0.5%，余量為還原鐵粉。制備時按上述百分比配料后經過球磨混合，噴霧干燥制粒，在一定壓力下壓制成型，在1400-1430℃下真空燒結并保溫1-3小時，最后隨爐冷卻。本發明的稀土改性鋼結硬質合金孔隙度低，致密度高、抗彎強度高，本發明的制備方法工藝簡單、燒結周期短、工藝成本低、適于工業化生產。
文檔編號C22C1/05GK103114232SQ20131009194
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者劉東華, 湯波, 賓建林, 湯富山 申請人:湖南省冶金材料研究所