一种VC‑VN工具钢基钢结硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种VC‑VN工具钢基钢结硬质合金的制备方法，包括如下步骤：按照比例称量碳化钛粉和钢基体粉，将合金粉放入球磨机中进行混合及破碎，其中添加无水乙醇为过程控制剂，球磨后将湿混合粉放入真空干燥箱中进行干燥，干燥后备用。把有机单体和引发剂加入到溶剂中制备预混液；加入提高浆料流动性和分散性的添加剂；加入催化剂和pH调节剂并搅拌均匀，得到浆料；将浆料注入注凝模抽真空或震动除气，浆料固化成型后将坯体放入真空干燥箱中进行干燥，将干燥后的坯体在真空烧结炉中进行一体化脱胶和烧结，制备钢结硬质合金。本发明专利技术在保证了钢结硬质合金宏观性能的基础上，具有工艺简单、成本较低、易于制备大尺寸、复杂形状零部件的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种VC-VN工具钢基钢结硬质合金的制备方法
本专利技术涉及一种VC-VN工具钢基钢结硬质合金的制备方法，属于金属基复合材料制备领域。
技术介绍
钢结硬质合金是一种以陶瓷相和以钢为粘结基体的复合材料，其性能介于普通硬质合金和钢铁之间，同时具有一系列其他优点，使其在许多领域得到广泛的使用。近年来，为获得钢结硬质合金的一些特殊组织与性能，并缓解由于传统硬质合金材料主要资源W、Co日益匮乏等问题，国内外对钢结硬质合金开展了更加广泛与深入的研究，特别是对添加不同新型硬质相的研究(如添加A1203，TiN，NbC，TiCN，TiB2，Mo2FeB2，Mo2C，Cr3C2，VC，NV等)。近年来，一些新型的硬质相钢结合金不断涌现。日本三菱金属公司利用TiCN硬度较低但耐磨性很强的特点，将高速钢粉与碳氮化钛添加剂混合、成形、脱蜡，然后通过热等静压、热处理和精加工方法制取的TiCN基钢结合金，具有显微结构均匀、无偏析、合金化程度高的特点。TiN与铁素体之间摩擦作用小，抗粘着能力比TiC的更强，自由能较小，抗氧化温度范围大。瑞典山特维克公司基于TiN已开发出一种新型钢结合金CORONlTE。他们采用一种特殊工艺，将极细(约0.1微米)的TiN粉末均匀地添加在可热处理的钢基体中，其体积含量可从35％到60％，由于TiN粉末细且性能及其稳定，通过这种方法制得的CORONITE合金兼有硬质合金的耐磨性和高速钢的韧性。TiB2具有耐高温性好，密度和电阻率小，传导性好，且金属粘着性低及摩擦因数低，抗氧化性强等特点，被认为是一种理想的钢结合金硬质相。因Fe与TiB2之间的固溶度低，润湿性好，而Mo还可改善其润湿性，故综合TiB2与Fe、Mo的优点，制各了TiB．FeMo复合材料。日本某公司开发出一种不含有W、Co而是含Cr的M02FeB2型硼化物基复合材料KMH。此类多元硼化物基合金是采用水雾化法制备的Fe-Cr-B合金粉末、硼化物粉末和Fe、Cr、Mo、Ni等金属粉末作原料，经湿磨混合、压制成形和真空烧结的方法制造。除了上述新型钢结硬质合金外，日本一些公司还利用各种不同的硬质化合物(如TiC、VC、Cr3C2、SiC、ZrC、AlN等)及其混合化合物作硬质相，以各种钢或铁基合金作粘结剂，研制出一些新型复合材料。同时，人们也在不断寻求新的硬质相和新的粘结相的结合，以便开发出具有最佳组织和性能的MC型颗粒增强复合材料。在钢结合金中，用作抗磨相的硬质颗粒碳化物种类比较多，有WC、TiC、Cr7C3、NbC、VC、SiC等陶瓷颗粒以及合金碳化物和渗碳体。MC型碳化物的热力学稳定性由高到低的排列顺序是：TiC＞NbC＞VC＞WC，其硬度的排列顺序是：TiC＞VC＞WC＞NbC。我们知道，TiC与Fe相溶性差。烧结温度高，强度比WC差，其优点是质轻，热稳定性、摩擦性好；WC高温与Fe相溶性不好，高温时容易溶解于Fe中，高温热稳定性、热强度差，在冷却过程中析出从而形成桥接，恶化合金的机械性能；作为强碳化物形成元素V元素，与Ti元素类似，V也是一种非常活泼的合金元素，与C、N等元素有很强的亲和力。V元素与C的亲和力大于Cr元素与C的亲和力，容易形成VC和V2C两种稳定碳化物。在碳化物陶瓷中，VC的硬度最高，并且有很好的热稳定性，是一种理想的硬质增强相。VC极为稳定，通常以细小的颗粒状分布于合金基体中，一方面细化晶粒，提高基体合金的强度和耐磨性；另一方面，增加基体的高温持久强度和对蠕变的抗力。VC的显微硬度很高，达到2800MPa以上，是一种理想的特殊碳化物抗磨相。以VC为增强相的新型钢结硬质合金，VC与Fe具有非常好的相溶性，二者接合界面好，且高温热稳定性、红硬性好，是TiC、WC很好的替代增强体。VC的熔点和热膨胀系数也在TiC和WC之间，钒在低合金高强度钢中能形成细小碳化钒沉淀而有效促进钢的晶粒细化与强化；碳化钒相能钉扎位错与晶界，阻碍位错和晶界迁移，提高钢的强度；同时碳化钒相的存在还能提高材料的再结晶温度和高温性能。已有的研究表明：钢中添加碳化钒还能提高钢的耐磨性、耐腐蚀性、韧性、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性，且起到消除夹杂物延伸等作用。因此，碳化钒在钢中得到广泛应用。同时，这种新型硬质合金的在汽车、冶金、矿山、建材及模具等行业可替代传统的耐磨材料，大幅度提高零部件使用寿命，节约资源，具有良好的社会经济效益。此外，随着工业生产的大量需求及不可避免的人为浪费，我国乃至世界范围内的W、Co资源已经相当贫乏，价格不断上涨，各国都大力开展寻求W、Co的代用材料的研究开发。而我国V矿资源丰富，用V代替W在资源上具有很高的可行性。因此，研究开发VC基钢结硬质合金无论是工程应用方面，还是在技术经济方面都具有重大的意义。VN是一种新型的微合金化添加剂，具有更出色的合金化性能。氮化钒中的钒元素同钢中的碳和氮起作用，生成硬的金属碳化物和氮化物微小颗粒。这些化合物在钢中起到细化晶粒和沉淀析出强化的作用，能够优化钢的性能，可明显改善含钒微合金钢的组织，提高钢的强度、韧性和耐磨性、耐腐蚀性以及抗热疲劳性，并使钢材具备优异的可焊接性能。氮化钒合金添加剂更有利于钢中碳化钒、氮化钒的析出，从而更有效地强化和细化晶粒。与使用钒铁相比，氮化钒合金添加剂提高了钒的使用效率，使钢材生产企业可以节约20%～40%的钒消耗，使钢材用户节约10%～15%的钢材用量。目前制备此种材料的方法主要是粉末冶金方法，包括压制成形、冷等静压成形、注射成形等，随后进行真空烧结作为最终成形。利用压制成形和冷等静压成形制备较大零件所需较大压力而无能为力，制备复杂形状的零部件较困难，同时对于制备陶瓷晶粒尺寸较小和含量较高的复合材料的时候，成形较困难且晶粒易长大；利用注射成形方法生产此种材料的小零部件，但此种方法不适用于较大尺寸的零部件的制备，同时此种工艺中掺杂的胶体较多，脱胶时间较长，同时坯体材料的致密度较低，不利于快速进行生产和致密度的提高；还有利用自蔓延燃烧合成反应方法制备此类材料，但制备的材料往往具有较低的致密度。一些以热等静压烧结等作为最终烧结工艺，但是成本昂贵。
技术实现思路
本专利技术是针对现有的钢结硬质合金在成形和烧结方面存在难以快速、经济的制备晶粒尺寸较小及含量较高、较大尺寸、复杂形状零件等方面的困难，提供一种制备大尺寸、复杂形状且生产工艺简单、成本较低的VC-VN工具钢基钢结硬质合金的制备方法。本专利技术提供一种VC-VN工具钢基钢结硬质合金的制备方法，包括以下过程：（1）按照比例称量20～50%碳化钒粉、2～10％氮化钒粉和28～58%工具钢基体粉，0.03～0.3%Ce,0.05～0.3%Nb，0.1～0.8％SiMgRe，0.2～0.6％石墨粉，5～10％羰基铁粉，将所述粉末和稀土、Nb粉末放入球磨机中进行混合及破碎，其中添加无水乙醇为过程控制剂，将混合粉放入真空干燥箱中进行干燥，干燥后备用；（2）把有机单体和引发剂加入到溶剂中制备预混液；（3）将干燥的混合粉加入到预混液中并搅拌均匀，在搅拌过程中加入体积百分数为浆料的1～3%的油酸，以提高浆料流动性和分散性；（4）加入催化剂和pH调节剂并搅拌均匀，得到浆料；将浆料注入模具并用抽真空或震动法除气泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种VC‑VN工具钢基钢结硬质合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）按照比例称量30～60%碳化钒粉和33～60%工具钢基体粉，0.03～0.3% Ce, 0.05～0.3% Nb，0.1～0.8％ SiMgRe，0.2～0.6％石墨粉，5～10％羰基铁粉，将所述粉末和稀土、Nb粉末放入球磨机中进行混合及破碎，其中添加无水乙醇为过程控制剂，将混合粉放入真空干燥箱中进行干燥，干燥后备用；（2）把有机单体和引发剂加入到溶剂中制备预混液；（3）将干燥的混合粉加入到预混液中并搅拌均匀，在搅拌过程中加入体积百分数为浆料的1～3%的油酸，以提高浆料流动性和分散性；（4）加入催化剂和pH调节剂并搅拌均匀，得到浆料；将浆料注入注凝模具并用抽真空或震动法除气泡，浆料固化成形，反应一定的时间后脱模，即得坯体；（5）将坯体放入真空干燥箱中进行干燥，将干燥后的坯体进行脱胶和最终的烧结。

【技术特征摘要】
1.一种VC-VN工具钢基钢结硬质合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）按照比例称量30～60%碳化钒粉和33～60%工具钢基体粉，0.03～0.3%Ce,0.05～0.3%Nb，0.1～0.8％SiMgRe，0.2～0.6％石墨粉，5～10％羰基铁粉，将所述粉末和稀土、Nb粉末放入球磨机中进行混合及破碎，其中添加无水乙醇为过程控制剂，将混合粉放入真空干燥箱中进行干燥，干燥后备用；（2）把有机单体和引发剂加入到溶剂中制备预混液；（3）将干燥的混合粉加入到预混液中并搅拌均匀，在搅拌过程中加入体积百分数为浆料的1～3%的油酸，以提高浆料流动性和分散性；（4）加入催化剂和pH调节剂并搅拌均匀，得到浆料；将浆料注入注凝模具并用抽真空或震动法除气泡，浆料固化成形，反应一定的时间后脱模，即得坯体；（5）将坯体放入真空干燥箱中进行干燥，将干燥后的坯体进行脱胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱华，丁家伟，丁刚，耿德英，鹿薇薇，鹿策，施孟达，陈志和，朱坚，
申请(专利权)人：丹阳惠达模具材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32