[發明專利]一種TiCp-M2高速鋼復合材料

在審

• 申請號: 201611117994.0
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN108165885A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 常理
• 申請（專利權）人: 常理
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/28;C22C33/02
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一種TiCp?M2高速鋼復合材料采用高能球磨法制備了TiCp/M2高速鋼復合粉末，并利用放電等離子燒結(SPS)技術制備出TiC顆粒增強M2粉末冶金高速鋼復合材料(TiCp/M2)。球磨20h后，粉末形態由近似橢球形轉變為不規則形狀；放電等離子燒結后復合材料的顯微組織均勻細小，晶粒平均尺寸小于2μm。M₆C型碳化物平均尺寸小于1μm；致密度、抗彎強度隨TiC含量的提高而有所降低，硬度在TiC含量為10%時達到最大值59HRC；TiCp/M2試樣的磨損量隨著TiC含量的增加呈現先下降后上升的趨勢，當TiC含量為10%時復合材料具有最佳的耐磨性能，其磨損量約為基體材料的1/3。

所屬技術領域

本發明涉及-種粉末冶金材料，尤其涉及一種TiCp-M2高速鋼復合材料。

背景技術

高速鋼因具有高硬度、高耐磨性、高切削韌性以及良好的紅硬性，已在切削工具、成形模具及耐磨結構零件(汽車發動機的閥座和傳動軸等)得到了廣泛應用。為了拓展燒結高速鋼的應用領域，使其既能作為傳統的切削材料，又能作為傳統的耐磨材料，在其基體中加入硬質陶瓷顆粒是-種有效途徑。

添加增強顆粒的種類主要有氧化物(Al₂O₃)，氮化物(TiN)，碳化物(TaC、NbC、TiC)及碳氮化物(TiCN)。其中TiC具有較高的熱力學穩定性，且與Fe基體具有良好的潤濕性。添加TiC顆粒是-種有效提高粉末冶金高速鋼性能的方法，TiC顆粒有助于抑制燒結體中組織粗化和晶粒長大；對基體硬度的提高效果明顯優于其他難熔化合物。

發明內容

本發明的目的是為了改善M2粉末冶金高速鋼的硬度、耐磨性，設計了一種TiCp-M2高速鋼復合材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

TiCp-M2高速鋼復合材料的制備原料包括：水霧化M2高速鋼粉末，粒度<147μm，成分為(質量百分數)：C-0.83%；Mn-0.27%；Si-0.32%；W-5.12%；Mo-5.0%；Cr-3.13%；V-1.97%；余量為Fe，TiC粉末平均粒度為1-3μm。

TiCp-M2高速鋼復合材料的制備步驟為：按TiC顆粒體積分數分別為5%、10%、15%、20%的含量稱量TiC及M2高速鋼粉末，復合粉末混合2h后，利用QM-2SP20型行星式球磨機進行高能球磨，磨球為直徑10mm的不銹鋼球，球料比為10：1，球磨機轉速為260r/min。將球磨20h的復合粉末放人SPS-825型放電等離子燒結設備中進行燒結，燒結溫度為1040℃，壓強為50MPa，保溫10min。

TiCp-M2高速鋼復合材料的檢測步驟為：燒結試樣密度采用阿基米德排水法測量；硬度在HR-150A型全洛式硬度計上測試；采用三點彎曲法在CMT5105型的萬能試驗機上測試復合材料的抗彎強度，試樣尺寸為16mm×4mm×2mm，跨距為lOmm，加載速度為0.05mm/min；摩擦磨損試驗在M-2000型滑塊磨損試驗機上進行，磨損試樣尺寸為10mm×10mm×3mm，對磨材料為直徑47mm的GCrl5，硬度為60-62HRC，試驗在干摩擦條件下進行，摩擦載荷為300N，速度為214r/min，磨損時問為30min。試樣的顯微組織及磨損表面形貌通過NovaNanoSEM430型掃描電鏡進行觀察，采用VHX-600E超景深三維顯微鏡來測量試樣磨痕的平均寬度。

所述的TiCp-M2高速鋼復合材料，隨著球磨時間的延長，TiCp/M2復合粉末不斷被細化，球磨20h后粉末的形態由原始的近似橢球形轉變為不規則形狀，顆粒平均尺寸由120μm減小到20μm。

所述的TiCp-M2高速鋼復合材料，SPS燒結后，復合材料顯微組織中基體晶粒平均尺寸小于2lμm，碳化物平均尺寸小于1μm；復合材料的致密度、抗彎強度均隨著TiC含量提高而有所降低，硬度在TiC含量為10%時達到最大值59HRC。