[發明專利]一種TiCp/M2高速鋼復合材料及其SPS制備方法

有效

• 申請號: 201310109911.3
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103182506A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 肖志瑜;李小峰;羅飛;吳苑標;張文
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C22C38/24;C22C32/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及粉末冶金技術，具體是指一種采用放電等離子燒結(SPS)技術低溫快速制備的TiC顆粒增強的高速鋼復合材料(TiC_p/M2)及其方法。

背景技術

高速鋼由于具有優良的力學性能和耐磨性能，而被廣泛的用于制造切削工具、成形工具及耐磨件。采用粉末冶金工藝生產的高速鋼(粉末冶金高速鋼)可以完全消除組織和成分的不均勻性，大大降低碳化物的顆粒尺寸(1～4μm)，因而比普通高速鋼具有更高的硬度、耐磨性和沖擊韌性，其制造的切削刀具使用壽命高于普通高速鋼(一般2～3倍)，而且在沖擊載荷大的場合又可以替代硬質合金刀具。為了拓展粉末冶金高速鋼的應用領域，改善其燒結性、提高韌性和抗磨性能，開發出高耐磨性同時兼具良好韌性的高速鋼復合材料一直是研究者追求的目標。

TiC由于具有高硬度、高溫力學性能穩定及耐磨性好，且與Fe基體之間具有良好的潤濕性，添加TiC是提高高速鋼耐磨性的有效方法。國內李德超于2007年在哈爾濱工業大學的碩士論文《添加TiC顆粒的M3/2粉末高速鋼的組織與磨損性能研究》中提出，添加TiC顆粒可以提高基體材料的耐磨性能，由于沒有采用高能球磨技術，TiC含量高于6％時，顆粒便發生了團聚，基體中TiC的有效含量較低，且采用真空燒結需在1300℃燒結1h才能獲得較好的相對密度，所得的組織晶粒較粗大，所得的復合材料性能提高不明顯。國外研究者提高高速鋼復合材料的性能方法主要集中在以下兩個方面：(1)加入添加劑，改善復合材料的燒結性，提高致密度。Torralba?J?M等，于1993年在《Powder?Metallurgy》第36卷第1部分上發表的論文《Sinterbility?study?of?PM?M2and?T15high?speed?steels?reinforced?with?tungsten?and?titanium?carbides》通過添加WC和TiC來提高高速鋼的耐磨性能，并研究了TiC和WC對高速鋼燒結性和力學性能的影響，其結果表明，添加TiC有助于抑制組織中晶粒長大，但其燒結中添加了Co來提高燒結致密度，且復合材料的橫向斷裂強度較低。Oliveira?M?M等，于1995年在《Powder?Metallurgy》第38卷第2部分上發表的論文《Sintering?of?M3/2high?speed?steel?modified?by?additions?of?copper?phosphide?and?titanium?based?ceramic?compounds》對不同TiC含量增強的M3/2高速鋼復合材料的燒結行為和性能進行了研究，但是采用真空燒結方法需加入Cu3P添加劑來提高燒結體的致密度，且TiC含量大于10％以后，復合材料的相對密度低于96％，所獲得的復合材料抗彎強度相對較低。(2)通過高能球磨技術，提高TiC與高速鋼基體的接觸面積，改善燒結性能。Z.Y.Liu等，于2001年在《Materials?Science?and?Engineering》第311卷中發表的論文《Mechanical?alloying?of?TiC/M2high?speed?steel?composite?powders?and?sintering?investigation》中提出，通過機械合金化制備的TiC/M2復合粉末，可以改善基體材料的燒結性，然而采用真空燒結致密化溫度較高、燒結時間較長，在1400℃需燒結1h才能達到98％的相對密度，造成了基體晶粒較粗大。

綜上所述，開發高性能的高速鋼基復合材料，采用傳統的燒結方法，由于燒結溫度高、燒結時間長，不利于得到高致密度、細小組織的燒結體，近十余年內快速發展起來的放電等離子燒結技術(spark?plasma?sintering，SPS)具有燒結時間短、燒結溫度低、燒結體致密度高、晶粒細小等特點，對制備高性能的高速鋼基復合材料具有重要的意義。迄今，尚無采用高能球磨技術和放電等離子燒結技術相結合的方法制備微細TiC顆粒增強的高速鋼復合材料的文獻報導。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種TiC顆粒增強的高速鋼細晶復合材料及其制備方法，在不加燒結助劑下實現微觀組織晶粒細小、增強顆粒分布均勻、近全致密、高硬度、高耐磨性、良好韌性的TiC顆粒增強的高速鋼復合材料的低溫快速制備。

本發明的目的可以通過如下措施來實現：

一種TiCp/M2高速鋼復合材料的SPS制備方法，包括如下步驟：

步驟一：配料和混料