低碳钢和硬质合金耐磨部件制造技术

本公开内容涉及一种具有高耐磨性和强度的耐磨部件及其制造方法。该耐磨部件由与低碳钢合金浇铸的硬质合金粒子的复合体组成。该低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量百分比的碳当量C当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。在另一个实施方式中，该耐磨部件可以包含如下的主体，其具有设置在所述主体中的多个浇铸在低碳钢合金中的硬质合金粒子的嵌件。形成高耐磨、高强度的耐磨部件的方法包括如下步骤：通过用熔化的低碳钢合金对硬质合金粒子进行封装以浇铸硬质合金粒子与低碳钢合金的基质而形成多个硬质合金嵌件，该低碳钢合金具有约1-1.5重量百分比的碳含量。用至少一层氧化保护/耐化学材料对所述多个硬质合金嵌件中的每个进行涂布。将所述多个嵌件直接固定在与耐磨部件的形状相对应的模具上。然后用熔化的低碳钢合金对所述硬质合金嵌件进行封装，从而浇铸硬质合金嵌件与低碳钢合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低碳钢和硬质合金耐磨部件
本公开内容涉及浇铸(cast)在低碳钢中的硬质合金(CC)粒子的具有独特产品设计和性能的耐磨部件(wearpart)，和具有由浇铸的CC粒子和低碳钢制成的嵌件的耐磨部件。该复合材料概念尤其适用于在采矿和油气钻探中使用的钻头、岩石铣削工具、隧道掘进机刀具/阀盘(discs)、叶轮，以及在机械部件、仪器、工具等中使用的耐磨部件，和特别是在暴露于极大磨损的部件中使用的耐磨部件。
技术实现思路
一个实施方式的具有高耐磨性和强度的耐磨部件由与低碳钢合金浇铸的硬质合金粒子的复合体(compoundbody)组成，其中该低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量百分比的碳当量C当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。另一个实施方式的形成高耐磨、高强度的耐磨部件的方法包括以下步骤：提供一些硬质合金粒子并且将所述硬质合金粒子放置在模具中。将熔化的低碳钢合金输送入模具中，所述低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量％的碳当量C当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。用熔化的低碳钢合金对硬质合金粒子进行封装以浇铸硬质合金粒子与低碳钢合金的基质。提供又一个实施方式的具有高耐磨性和强度的耐磨部件。该耐磨部件包含如下主体(body)，其具有多个设置在所述主体中的浇铸在低碳钢合金中的硬质合金粒子的嵌件(insert)。所述低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量百分比的碳当量C当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。此外另一个实施方式的形成高耐磨、高强度的耐磨部件的方法包括以下步骤：形成多个硬质合金嵌件，通过用熔化的低碳钢合金对硬质合金粒子进行封装从而浇铸硬质合金粒子与低碳钢合金的基质而形成所述嵌件，所述低碳钢合金具有约1～约1.5重量百分比的碳含量。用至少一层氧化保护/耐化学材料对多个硬质合金嵌件中的每个进行涂布。将多个嵌件直接固定在与耐磨部件的形状相对应的模具上。用熔化的低碳钢合金对硬质合金嵌件进行封装，从而浇铸硬质合金嵌件与低碳钢合金。附图说明本专利技术的这些和其它目的、特征、方面和优点将从与附图有关的以下具体实施方式变得更加显而易见，在所述附图中：图1为本专利技术的硬质合金粒子、低碳钢合金基质的示例性微观结构。图2为本专利技术的放大的微观结构。图3为本专利技术的涂布的耐磨部件的横截面。图4为在浇铸、硬化、退火和喷砂(blasting)后，根据本专利技术的方法制造的耐磨部件。图5A和5B为用于耐氧化性试验的部件。具体实施方式本专利技术的一方面涉及将硬质合金粒子/体浇铸在低碳钢中从而制造具有提高的耐磨性性能的独特产品和设计。该复合材料尤其适用于在采矿和油气钻探中使用的钻头、岩石铣削工具、TBM刀具/阀盘、叶轮、滑动耐磨部件，以及在机械部件、仪器、工具等中使用的耐磨部件，和特别是在暴露于极大磨损的部件中使用的耐磨部件。应理解，本专利技术还考虑到其它产品或部件。本专利技术的其它方面在各个方面提供工具、钻头、岩石铣削工具、TBM刀具/阀盘、叶轮和滑动部件，其各自包含如在本文中描述的耐磨部件，合适地包含两个或更多个耐磨部件。参照图1，所述耐磨部件的主体10包含硬质合金粒子12和低碳钢合金14的粘结剂。所述硬质合金粒子可以与低碳钢合金14进行浇铸。低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量百分比的碳当量C当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。已知硬质合金粒子被用作耐磨材料并且可以使用多种技术形成。例如，硬质合金以块、破碎材料、粉末、压制体、粒子或一些其它形状存在。含有除粘结金属外的至少一种碳化物的硬质合金通常为可能添加有Ti、Ta、Nb或其它金属的碳化物的WC-Co-型，但含有其它碳化物和/或氮化物和粘结金属的硬质金属也可以是合适的。在特殊情况下，也可以使用纯的碳化物或其它硬质物(hardprinciple)，即无任何粘结相。根据耐磨应用，还可以由金属陶瓷代替硬质合金。金属陶瓷为通常在耐氧化性和耐腐蚀性要求高的耐磨部件中使用的较轻的金属基质材料。可以由另外的耐热合金例如Ni基合金、铬镍铁合金(Inconel)等代替所述低碳钢合金。由于两种材料间热导率的差异，压碎的碳化物粒子的粒径(particlesize)和含量将会影响钢的可湿性。在具有足够高比例钢水的预热模具中可以保持硬质材料与钢之间令人满意的润湿或冶金结合。为了提供最好的耐磨性，优选所述CC粒子具有如下的粒度(granularsize)：为了钢在CC粒子上的最好的可能的润湿，该粒度使得可获得关于钢与硬质合金粒子间热容量和热导率的良好平衡。CC粒子的体积大小应为约0.3cm3～约20cm3。为了保持硬质复合材料的最好耐磨性，所述CC粒子应暴露在耐磨部件的表面处。因此，粒子的形状对于保持大的耐磨平面区域和对与钢基质的良好粘结是重要的。粒子的厚度应为约5mm～约15mm。如在图1中所示，浇铸的硬质合金粒子(“CC粒子”)12被低碳钢合金14包围并封装从而形成基质。浇铸到低碳钢中的CC粒子与钢很好地匹配而无空隙。该钢的碳含量为约0.1～约1.5重量％的碳。在这一范围内的碳含量将使钢/合金的熔点上升到CC粒子中的粘结相的熔点之上。为了抑制CC粒子的溶出(dissolution)，用氧化铝对CC粒子进行涂布。如将会在本文中进一步描述的，将熔化的低碳钢14与CC粒子12进行浇铸从而形成基质。参照图2，CC粒子12涂布有氧化铝的薄涂层16。优选用CVD涂布技术施加氧化铝的保护涂层，且如果被施加在另一个硬质涂层例如TiN、(Ti,Al)N、TiC)上，则涂层厚度应非常薄。优选CC粒子的氧化铝涂层的厚度为约1μm～约8μm。所述涂层可以有多层，特别是对于具有粘结相成分Ni的CC粒子，重要的是要具有例如TiN的预涂层(pre-layer)，从而可以施加氧化铝涂层。应理解，可以使用例如微波、等离子体、PVD等的其它涂布技术。在浇铸工艺期间，氧化铝涂层16将会防止钢与CC反应且将CC的溶出限制在其中氧化铝涂层具有提供“渗漏”的孔的CC粒子部分。随着具有铁(Fe)成分的粘结相和来自钢的其它合金化元素例如Cr的合金化，受控的钢渗漏制成围绕CC粒子的表面区域18。在粒子的拐角处示出的中间反应区20被限制在钢中的其中氧化铝涂层中发现孔的部分。钢与CC粒子间体积膨胀系数的差异在CC粒子的周围提供了有利的压应力。在CC粒子外部区域中的粘结相的合金化也向CC例子的“核”提供了压应力。由于所述氧化铝涂层，控制了CC的溶出且在钢与CC间的氧化铝涂层具有孔的地方形成表面区域18。该表面区域保持易碎硬质相(η相/M6C碳化物，M＝W、Co、Fe和W合金的枝晶)的成分且不利于耐磨部件的耐磨性。只有一小部分CC在表面区域18、即CC粒子的其中氧化铝涂层中出现孔的约0.1mm～约0.3mm厚的区域处溶出。在氧化铝涂层与钢之间未观察到过渡“区域”。可以通过已知的浇铸技术形成本专利技术的耐磨部件。可以将CC粒子放置在与期望的部件形状相对应的模具内。优选将CC粒子放置在模具中以使得其在所得耐磨部件的表面处。在这一位置，CC粒子暴露于空气。然后将熔化的低碳钢合金输送到模具中从而形成粒子和合金的基质。将浇铸基质加热到约1550℃～约1600℃。在浇铸后，可以对其进行如本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高的耐磨性和强度的耐磨部件，其包含：由与低碳钢合金浇铸的硬质合金粒子组成的主体，其中所述低碳钢合金具有对应于约0.1～约1.5重量百分比的碳当量C当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.08 US 61/724,1221.一种具有高的耐磨性和强度的耐磨部件，其包含：由与低碳钢合金浇铸的硬质合金粒子组成的主体，其中所述低碳钢合金具有对应于0.1～1.5重量百分比的碳当量C当量＝重量％C+0.3(重量％Si+重量％P)的碳含量，其中至少一个氧化保护涂层设置在所述硬质合金粒子上。2.根据权利要求1所述的耐磨部件，其特征在于在浇铸期间通过所述低碳钢对所述主体的硬质合金粒子进行封装以形成基质。3.根据权利要求1或2所述的耐磨部件，其特征在于所述硬质合金粒子具有如下粒度，所述粒度促进所述低碳钢合金与所述硬质合金粒子间的热容量和热导率的平衡，从而获得所述钢合金在所述硬质合金粒子上的最大润湿。4.根据权利要求1或2所述的耐磨部件，其特征在于所述硬质合金粒子的体积为0.3cm3～20cm3。5.根据权利要求1或2所述的耐磨部件，其特征在于所述至少一个涂层为氧化铝。6.根据权利要求5所述的耐磨部件，其特征在于所述硬质合金粒子的氧化铝涂层的厚度为1μm～8μm。7.根据权利要求1或2所述的耐磨部件，其还包含在所述硬质合金粒子上的多层涂层。8.根据权利要求1或2所述的耐磨部件，其特征在于所述硬质合金粒子具有粘结相成分Ni。9.根据权利要求1或2所述的耐磨部件，其还包含涂布所述硬质合金粒子上的在所述氧化铝涂层下的TiN的预涂层。10.根据权利要求1或2所述的耐磨部件，其特征在于所述硬质合金粒子暴露在所述耐磨部件的表面处。11.根据权利要求1或2所述的耐磨部件，其特征在于所述硬质合金粒子的厚度为5mm～15mm。12.一种形成高耐磨、高强度的耐磨部件的方法，所述方法包括如下步骤：提供一些硬质合金粒子；用至少一层降低氧化的材料对所述硬质合金粒子进行涂布；将所述硬质合金粒子放置在模具中；将熔化的低碳钢合金输送入所述模具中，所述低碳钢合金具有1～1.5重量百分比的碳含量，以及用所述熔化的低碳钢合金对所述硬质合金粒子进行封装以浇铸硬质合金粒子与低碳钢合金的基质。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于对所述硬质合金粒子进行涂布的步骤包括施加氧化铝层。14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于所述涂布步骤包括对所述硬质合金粒子施加1μm～8μm厚度的氧化铝涂层。15.根据权利要求12或13所述的方法，所述方法还包括在所述硬质合金粒子上施加多层涂层的步骤。16.一种根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·埃德吕德，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE