一种碳化钛基粉末冶金材料及包含其的复合铸造产品制造技术

本发明专利技术公开了一种碳化钛基粉末冶金材料及包含其的复合铸造产品，属于硬质合金领域。该碳化钛基粉末冶金材料包括芯部耐磨层和与其冶金结合的包覆层，芯部耐磨层采用高硬度的碳化钛系粉末冶金材料，包覆层采用高韧性的碳化钛系粉末冶金材料，且芯部耐磨层和包覆层一起压制，一起烧结，形成界面应力梯度变化的碳化钛基粉末冶金材料。本发明专利技术碳化钛基粉末冶金材料通过改变和摸索碳化钛基粉末冶金产品中各原料成分的配比关系，使该冶金材料具有硬度和韧性梯度变化的复合结构，实现粉末冶金材料性能的梯度变化，既能满足产品的硬度、韧性要求，又增加冶金产品与基体材料的润湿性，适用于常规焊接或铸造工艺，耐磨性、牢固性高，使用寿命长。寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛基粉末冶金材料及包含其的复合铸造产品


[0001]本专利技术涉及硬质合金
，特别是涉及一种碳化钛基粉末冶金材料及包含其的复合铸造产品。

技术介绍

[0002]粉末冶金工艺制成的硬质合金材料，是目前广泛应用的超硬耐磨材料，由于其高硬度低韧性的特点，导致使用中经常发生开裂，疲劳断裂的事故，严重缩短硬质合金材料的服役寿命。粉末冶金材料的粉末颗粒特性，使其与钢铁基体材料结合界面存在物理性能的失配问题，由于热膨胀系数的差异，在高温载荷的作用下，界面应力集中区萌生裂纹和断裂，导致粉末冶金材料与钢铁基体材料结合困难，无法采用常规的焊接、铸造工艺实现与基体材料的冶金熔合。
[0003]目前粉末冶金材料与母体铁基材料复合的方法有：
[0004]1、机械结合式复合。将硬质合金块用螺丝固定在钢铁基体的工作部位，以达到提高耐磨性的目的。比如机床用车刀。这种结合牢固度差，易发生硬质合金脱落，影响零件的使用寿命。
[0005]2、铜钎焊粘合式复合。目前国内使用的各种型号的传统锻造钎焊截齿都是采用合金钢锻造成型，然后在锻件上钻孔，并将硬质合金用铜液钎焊方法固定，再经热处理等工序处理。该铜液钎焊复合方式只是两种材质间的粘合，而不发生扩散熔合，导致结合的不可靠。
[0006]煤矿采煤掘进机截齿、盾构机刀具、旋额挖钻机的钻齿等，在使用中受到高冲击震动和高磨损。其失效机理主要是由于冲击疲劳裂纹、冲击磨损和磨粒磨损，发生断裂。因此，产品的力学性能要求既要有高耐磨性，更需要具备高断裂韧性。
[0007]现有的粉末冶金复合产品，为提高耐磨性而增加外表硬度，多采用坚硬的耐磨相包覆在表层，忽略了提高其强度和断裂韧性的不足，在高冲击震动和高磨损并存的环境下，产品仍存在开裂断裂问题，严重影响了产品的使用寿命。如专利CN 106853532 A公开了一种复合结构的金属陶瓷和或硬质合金烧结体及其制备方法，是将已烧结的芯部基体材料成品，套入高硬度包覆材料的生坯内孔中，然后进行烧结。该专利技术较机械连接工艺有所改进，但仍是层状突变结构界面的机械结合，表层硬化的思路，不能根本解决产品开裂断裂的问题。
[0008]由此可见，上述现有的粉末冶金复合产品仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的碳化钛基粉末冶金材料及包含其的复合铸造产品，使其通过不同硬质相和粘合相的成分变化形成应力梯度变化的界面层，提高粉末冶金产品的冲击韧性、强度、硬度等综合力学性能，以满足工业生产需求，成为当前业界极需改进的目标。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是提供一种碳化钛基粉末冶金材料，使其通过不同硬质
相和粘合相的成分变化形成应力梯度变化的界面层，提高粉末冶金材料的冲击韧性、强度、硬度等综合力学性能，以满足工业生产需求，从而克服现有的粉末冶金复合产品的不足。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种碳化钛基粉末冶金材料，包括芯部耐磨层和与其冶金结合的包覆层，所述芯部耐磨层采用高硬度的碳化钛系粉末冶金材料，所述包覆层采用高韧性的碳化钛系粉末冶金材料，且所述芯部耐磨层和包覆层一起压制，一起烧结，形成界面应力梯度变化的所述碳化钛基粉末冶金材料。
[0011]进一步改进，所述芯部耐磨层包括如下按质量百分比计的原料：60
‑
85％TiC，1
‑
2％Mo，1
‑
3％Ni，6
‑
7％Mn，余量为Fe；所述包覆层包括如下按质量百分比计的原料：30
‑
40％TiC，1
‑
2％Mo，1
‑
3％Ni，8
‑
9％Mn，余量为Fe。
[0012]进一步改进，所述芯部耐磨层呈圆柱状结构，所述包覆层包覆在所述芯部耐磨层的圆柱状结构外周。
[0013]进一步改进，所述芯部耐磨层和包覆层呈层状叠合结构设置。
[0014]进一步改进，所述芯部耐磨层的硬度为HRA88
‑
92，所述包覆层的硬度为HRA80
‑
84，冲击韧度akv值为10
‑
15J。
[0015]进一步改进，所述碳化钛基粉末冶金材料的制备方法为：分别按所述芯部耐磨层和包覆层的原料比例混合，并将混合后的所述芯部耐磨层和包覆层的混合物根据需求定位，然后对定位后的所述芯部耐磨层和包覆层一起压制成复合材料生坯；最后将压制好的复合材料生坯放在1350
‑
1450℃高温下一起烧结，随着所述芯部耐磨层和包覆层中粘合元素的融化，在热膨胀力的驱动下，所述包覆层中的粘合元素向所述芯部耐磨层扩散，形成界面应力梯度变化的所述碳化钛基粉末冶金材料。
[0016]进一步改进，所述粘合元素为Mn、Ni、Fe。
[0017]作为本专利技术的又一改进，本专利技术还提供一种包含上述的碳化钛基粉末冶金材料的复合铸造产品，所述碳化钛基粉末冶金材料与基体材料通过熔铸工艺一次浇注成型，且所述碳化钛基粉末冶金材料与基体材料之间形成弥散性的冶金熔合，所述基体材料为铸钢或合金铸钢材料。
[0018]进一步改进，所述复合铸造产品的制备方法包括如下步骤：
[0019](1)将所述碳化钛基粉末冶金材料，放置在模具指定位置；
[0020](2)在负压环境下，向所述碳化钛基粉末冶金材料所在模具中浇注熔炼处理好的基体材料，浇注温度为1500
‑
1600℃；
[0021](3)浇注完成凝固后，先停止负压1
‑
2分钟，保持温度在2分钟内不低于1500℃；再迅速启动负压15
‑
20分钟，达到快速冷却，即生成所述碳化钛基粉末冶金材料与基体材料之间形成弥散性的冶金熔合的复合熔铸产品。
[0022]进一步改进，所述产品为铁路或矿山机械设备配件。
[0023]采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：
[0024]本专利技术碳化钛基粉末冶金材料通过改变和摸索碳化钛基粉末冶金产品中TiC、Mo、Ni、Mn、Fe各成分的配比关系，使该冶金材料具有硬度和韧性梯度变化的复合结构，实现了粉末冶金材料性能的梯度变化，既能满足产品的硬度要求，以及韧性要求，又增加粉末冶金产品与基体材料的润湿性，适用于常规的焊接或铸造工艺，实现该冶金产品与基体材料之间的冶金熔合，彻底解决现有碳化钛基粉末冶金产品无法与基体材料通过铸造、焊接工艺
结合的技术问题，增加了牢固度，满足设备的耐磨性、牢固性要求，延长设备使用寿命。
具体实施方式
[0025]本专利技术碳化钛基粉末冶金材料通过对原料成分比例和制备工艺的改进，制备出兼具高强度和高冲击韧性的冶金结合耐磨材料，其具体实施例如下。
[0026]实施例一
[0027]生产煤矿掘进设备的截齿
[0028]本实施例中截齿的齿头由碳化钛基粉末冶金材料制成，该碳化钛基粉末冶金材料包括如下按质量百分比计的原料成分：
[0029]芯部耐磨层原料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛基粉末冶金材料，其特征在于，包括芯部耐磨层和与其冶金结合的包覆层，所述芯部耐磨层采用高硬度的碳化钛系粉末冶金材料，所述包覆层采用高韧性的碳化钛系粉末冶金材料，且所述芯部耐磨层和包覆层一起压制，一起烧结，形成界面应力梯度变化的所述碳化钛基粉末冶金材料。2.根据权利要求1所述的碳化钛基粉末冶金材料，其特征在于，所述芯部耐磨层包括如下按质量百分比计的原料：60
‑
85％TiC，1
‑
2％Mo，1
‑
3％Ni，6
‑
7％Mn，余量为Fe；所述包覆层包括如下按质量百分比计的原料：30
‑
40％TiC，1
‑
2％Mo，1
‑
3％Ni，8
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9％Mn，余量为Fe。3.根据权利要求2所述的碳化钛基粉末冶金材料，其特征在于，所述芯部耐磨层呈圆柱状结构，所述包覆层包覆在所述芯部耐磨层的圆柱状结构外周。4.根据权利要求2所述的碳化钛基粉末冶金材料，其特征在于，所述芯部耐磨层和包覆层呈层状叠合结构设置。5.根据权利要求2所述的碳化钛基粉末冶金材料，其特征在于，所述芯部耐磨层的硬度为HRA88
‑
92，所述包覆层的硬度为HRA80
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84，冲击韧度akv值为10
‑
15J。6.根据权利要求2至5任一项所述的碳化钛基粉末冶金材料，其特征在于，所述碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙岗，张雷，韩云广，
申请(专利权)人：孙岗，
类型：发明
国别省市：