[發(fā)明專利]一種VC?VN高合金熱作模具鋼基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710074659.5
• 申請日: 2017-02-11
• 公開（公告）號: CN106801179A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設計）人: 王愛華;丁家偉;丁剛;耿德英;鹿薇薇;鹿策;施孟達;陳志和;朱堅
• 申請（專利權(quán)）人: 丹陽惠達模具材料科技有限公司
• 主分類號: C22C29/02
• 分類號: C22C29/02;C22C30/00;C22C33/02;C22C32/00;C22C1/05;C22C1/10;B22F1/00;B22F3/22
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技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種VC-VN高合金熱作模具鋼基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，屬于金屬基復合材料制備領域。

背景技術(shù)

鋼結(jié)硬質(zhì)合金是一種以陶瓷相和以鋼為粘結(jié)基體的復合材料，其性能介于普通硬質(zhì)合金和鋼鐵之間，同時具有一系列其他優(yōu)點，使其在許多領域得到廣泛的使用。近年來，為獲得鋼結(jié)硬質(zhì)合金的一些特殊組織與性能，并緩解由于傳統(tǒng)硬質(zhì)合金材料主要資源W、Co日益匱乏等問題，國內(nèi)外對鋼結(jié)硬質(zhì)合金開展了更加廣泛與深入的研究，特別是對添加不同新型硬質(zhì)相的研究(如添加A1203，TiN，NbC，TiCN，TiB2，Mo2FeB2，Mo2C，Cr3C2，VC，NV等)。近年來，一些新型的硬質(zhì)相鋼結(jié)合金不斷涌現(xiàn)。日本三菱金屬公司利用TiCN硬度較低但耐磨性很強的特點，將高速鋼粉與碳氮化鈦添加劑混合、成形、脫蠟，然后通過熱等靜壓、熱處理和精加工方法制取的TiCN基鋼結(jié)合金，具有顯微結(jié)構(gòu)均勻、無偏析、合金化程度高的特點。TiN與鐵素體之間摩擦作用小，抗粘著能力比TiC的更強，自由能較小，抗氧化溫度范圍大。瑞典山特維克公司基于TiN已開發(fā)出一種新型鋼結(jié)合金CORONlTE。他們采用一種特殊工藝，將極細(約0.1微米)的TiN粉末均勻地添加在可熱處理的鋼基體中，其體積含量可從35％到60％，由于TiN粉末細且性能及其穩(wěn)定，通過這種方法制得的CORONITE合金兼有硬質(zhì)合金的耐磨性和高速鋼的韌性。

TiB2具有耐高溫性好，密度和電阻率小，傳導性好，且金屬粘著性低及摩擦因數(shù)低，抗氧化性強等特點，被認為是一種理想的鋼結(jié)合金硬質(zhì)相。因Fe與TiB2之間的固溶度低，潤濕性好，而Mo還可改善其潤濕性，故綜合TiB2與Fe、Mo的優(yōu)點，制各了TiB．FeMo復合材料。

日本某公司開發(fā)出一種不含有W、Co而是含Cr的M02FeB2型硼化物基復合材料KMH。此類多元硼化物基合金是采用水霧化法制備的Fe-Cr-B合金粉末、硼化物粉末和Fe、Cr、Mo、Ni等金屬粉末作原料，經(jīng)濕磨混合、壓制成形和真空燒結(jié)的方法制造。

除了上述新型鋼結(jié)硬質(zhì)合金外，日本一些公司還利用各種不同的硬質(zhì)化合物(如TiC、VC、Cr3C2、SiC、ZrC、AlN等)及其混合化合物作硬質(zhì)相，以各種鋼或鐵基合金作粘結(jié)劑，研制出一些新型復合材料。

同時，人們也在不斷尋求新的硬質(zhì)相和新的粘結(jié)相的結(jié)合，以便開發(fā)出具有最佳組織和性能的MC型顆粒增強復合材料。在鋼結(jié)合金中，用作抗磨相的硬質(zhì)顆粒碳化物種類比較多，有WC、TiC、Cr7C3、NbC、VC、SiC等陶瓷顆粒以及合金碳化物和滲碳體。MC型碳化物的熱力學穩(wěn)定性由高到低的排列順序是：TiC＞NbC＞VC＞W(wǎng)C，其硬度的排列順序是：TiC＞VC＞W(wǎng)C＞NbC。我們知道，TiC與Fe相溶性差。燒結(jié)溫度高，強度比WC差，其優(yōu)點是質(zhì)輕，熱穩(wěn)定性、摩擦性好；WC高溫與Fe相溶性不好，高溫時容易溶解于Fe中，高溫熱穩(wěn)定性、熱強度差，在冷卻過程中析出從而形成橋接，惡化合金的機械性能；作為強碳化物形成元素V元素，與Ti元素類似，V也是一種非常活潑的合金元素，與C、N等元素有很強的親和力。V元素與C的親和力大于Cr元素與C的親和力，容易形成VC和V2C兩種穩(wěn)定碳化物。在碳化物陶瓷中，VC的硬度最高，并且有很好的熱穩(wěn)定性，是一種理想的硬質(zhì)增強相。

VC極為穩(wěn)定，通常以細小的顆粒狀分布于合金基體中，一方面細化晶粒，提高基體合金的強度和耐磨性；另一方面，增加基體的高溫持久強度和對蠕變的抗力。VC的顯微硬度很高，達到2800MPa以上，是一種理想的特殊碳化物抗磨相。以VC為增強相的新型鋼結(jié)硬質(zhì)合金，VC與Fe具有非常好的相溶性，二者接合界面好，且高溫熱穩(wěn)定性、紅硬性好，是TiC、WC很好的替代增強體。VC的熔點和熱膨脹系數(shù)也在TiC和WC之間，釩在低合金高強度鋼中能形成細小碳化釩沉淀而有效促進鋼的晶粒細化與強化；碳化釩相能釘扎位錯與晶界，阻礙位錯和晶界遷移，提高鋼的強度；同時碳化釩相的存在還能提高材料的再結(jié)晶溫度和高溫性能。已有的研究表明：鋼中添加碳化釩還能提高鋼的耐磨性、耐腐蝕性、韌性、延展性和硬度以及抗熱疲勞性等綜合機械性能，并使鋼具有良好的可焊性，且起到消除夾雜物延伸等作用。因此，碳化釩在鋼中得到廣泛應用。