[发明专利]一种碳化钛-碳化钨复合硬质合金

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金领域，涉及一种复合硬质相硬质合金。

背景技术

磨损是材料失效的原因之一。据相关数据统计，设备损坏和材料失效中有超过70%部分是由于磨损所致，每年全世界由于磨损所导致的直接和间接损失达到了数千亿元。因此高强度、高致密度、耐腐蚀、耐磨损等综合性能良好的结构部件成为了迫切需要。

在现有的热处理钢、奥氏体钢、高铬铁钢和硬质合金四类耐磨材料中，硬质合金具有最好的耐磨性，特别是WC-Co硬质合金兼具高耐磨性和良好的韧性已广泛的使用在切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领域。但由于WC-Co硬质合金的粘结相Co属于战略资源，价格不断上涨，因此寻找Co的代用材料和新型硬质合金的开发成为当务之急的任务。

TiC是过渡金属碳化物中的一种具有面心立方结构的间隙相，具有高硬度、高熔点、低密度、热稳定性以及烧结过程中晶粒长达趋势小等特点，是新型硬质合金的开发的材料之一。以TiC作为硬质相的合金和钢材相比具有钢材无法比拟的高硬度、高耐磨性和淬透性，和一般硬质合金相比具有可机械加工、可热处理和可焊接等优点。

但另一方面以TiC作为硬质相的合金性能上的好坏很大程度取决于粘结相溶化后对硬质相的润湿性。在实际应用中，TiC硬质合金尽管有高硬度、高熔点、低密度、热稳定性以及烧结过程中晶粒长达趋势小等优点，但是由于粘结相的对其润湿性差而限制了其发展。与之相反，WC则与粘结相有着良好的润湿性，所以应用范围反而更广。针对这一情况，期望开发一种新型TiC-WC复合硬质相硬质合金，寻找能够对TiC和WC都具有良好润湿性的粘结相，使其兼有钢材和硬质合金两种材料的特点与长处。

发明内容

技术问题：本发明提供一种以Fe₃Al+Mo为粘结相、可提高材料强度、致密度、耐腐蚀性、耐磨损性的碳化钛-碳化钨复合硬质合金。

技术方案：本发明的碳化钛-碳化钨复合硬质合金，包括作为硬质相的碳化钛合金-碳化钨合金混合物、作为粘结相的Fe₃Al合金和金属Mo，碳化钛-碳化钨合金混合物中，包括占硬质相质量百分比50%～90%、粒径5～8μm的碳化钨合金和占硬质相质量百分比10%～50%、粒径1～3μm的碳化钛合金；Fe₃Al合金占硬质合金的质量百分比为5.5%～15%，Mo占硬质合金的质量百分比为0.5%～1%，Fe₃Al合金的成分为：

Al  17%～20%；

Cr  1.3%～1.9%；

Nb  2.0%～2.4%；

Zr  0.3%～0.5%；

B   0.1%～0.3%；

Ce  0.2%～0.5%；

Fe  75%～79%。

本发明的硬质合金具有能够制成高强度、高致密度、耐腐蚀、耐磨损的结构部件，可采用机械加工、热处理和焊接的处理手段。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提出了一种以Fe₃Al+Mo为粘结相的TiC-WC复合硬质相新型硬质合金。通过用Fe₃Al+Mo作为新的粘结相替代传统粘结相Co，解决了液态粘结相与硬质相润湿性差的问题，同时提高硬质合金的硬度及耐磨性能，降低了硬质相与粘结相之间的线膨胀系数差。

TiC-WC复合硬质相也使合金兼有钢材的可机械加工、可热处理和可焊接等特点以及硬质合金的高强度、高致密度、耐腐蚀和耐磨损等特点。

经新粘结相真空烧结后制备的硬质合金，获得硬质相与粘结相的良好粘合，其SEM观察如图1所示，从图中可以看出，硬质相TiC-WC与粘结相Fe₃Al+Mo能良好粘合，大颗粒（颗粒大小在5～8μm）的WC颗粒很好地分布在TiC颗粒（颗粒大小在1～3μm）周围。通过这种方法获得的硬质合金，性能改进如下：

1）改善了粘结相与硬质相的润湿性差的问题。新粘结相Fe₃Al中添加1%的Mo后在1500℃真空下对TiC的润湿角为<15°，对WC的润湿角<1°。

2）提高硬度和耐磨性。粘结相Co的硬度为HB=125；粘结相Fe₃Al的硬度为HRC≥29。

3）缩小粘结相与硬质相之间热膨胀系数差，减少内应力。

硬质相WC热膨胀系数为：4.50×10^-6/K；