碳化铬镍铬硬质合金及其零件.pdf

本发明涉及一种碳化铬镍铬硬质合金，基于所述碳化铬镍铬硬质合金的总量，包括大于等于50％且小于100％的碳化铬作为硬质相，以及大于0％且小于等于50％的镍铬合金作为粘结相，且所述碳化铬镍铬硬质合金的相对密度为85％以上。本发明还提供由所述碳化铬镍铬硬质合金制成的零件。本发明的碳化铬镍铬硬质合金致密度高、孔隙率低，并具有良好的抗氧化性能，适合在800℃以上的高温工况条件下使用。

1.  一种碳化铬镍铬硬质合金，基于所述碳化铬镍铬硬质合金的总量，由大于等于50％且小于100％的碳化铬作为硬质相，以及大于0％且小于等于50％的镍铬合金作为粘结相组成，且所述碳化铬镍铬硬质合金的相对密度为85％以上。

2.  根据权利要求1所述的碳化铬镍铬硬质合金，其中所述相对密度优选为90％以上。

3.  根据权利要求1所述的碳化铬镍铬硬质合金，所述碳化铬镍铬硬质合金的组成为3～23％的碳元素、2～65％的镍元素，余量为铬元素，各元素百分比之和等于百分之百。

4.  根据权利要求1所述的碳化铬镍铬硬质合金，所述碳化铬镍铬硬质合金的组成为6～14％的碳元素、5～50％的镍元素，余量为铬元素，各元素百分比之和等于百分之百。

5.  一种硬质合金零件，由根据权利要求1～4中任一项所述的碳化铬镍铬硬质合金制成。

6.  根据权利要求1～4中任一项所述的碳化铬镍铬硬质合金的应用，所述碳化铬镍铬硬质合金在800℃以上的高温工况条件下使用。

碳化铬镍铬硬质合金及其零件
技术领域
本发明涉及碳化铬镍铬硬质合金及由所述碳化铬镍铬硬质合金制得的零件。
背景技术
目前的硬质合金大都是以WC为硬质相，Co作为粘结相进行生产加工，然而在高温耐磨损耐腐蚀工况条件下，WC很容易被氧化，所以传统的硬质合金工作温度一般在500℃以下。传统的WC-Co硬质合金的制备工艺包括钨粉碳化、湿磨、干燥造粒、压制成型和烧结等步骤。
碳化铬镍铬是一种具备高温抗氧化、耐磨耐腐蚀的产品，但是常规的碳化铬镍铬通常利用金属合金混合粉形成的浆料通过喷雾干燥的方法加工为粉末，由此生产的碳化铬镍铬粉末致密度不高，孔隙率较大，从而相对密度较低，通常在55～65％之间。即使是通过特殊处理的粉末，其相对密度也只能达到80％左右，因而硬度和耐磨性有限，仅仅用于喷涂。
但是，在某些工矿条件下，需要硬质合金产品能在800℃以上工作，同时具备耐磨耐腐蚀性能，而目前传统的硬质合金都不能满足此需求。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种相对密度85％以上，优选为90％以上、工作温度在800℃以上、抗氧化性优异的碳化铬镍铬硬质合金，所述碳化铬镍铬硬质合金可在高温耐磨工矿条件下使用。
本发明的碳化铬镍铬硬质合金通过将碳化铬作为硬质相和镍铬合金作为粘结相经混合、造粒、压制后烧结而成。基于所述碳化铬镍铬硬质合金的总量，所述碳化铬镍铬硬质合金的组成由大于等于50％且小于100％的碳化铬硬质相，以及大于0％且小于等于50％的镍铬合金粘结相组成。
根据本发明的一个实施方式，本发明的碳化铬镍铬硬质合金的组成为3～23％的碳元素、2～65％的镍元素，余量为铬元素，各元素百分比之和等于百分之百。
优选地，本发明的碳化铬镍铬硬质合金的组成为6～14％的碳元素、5～50％的镍元素，余量为铬元素，各元素百分比之和等于百分之百。
本发明还提供了由上述碳化铬镍铬硬质合金制成的零件。同时，本发明的碳化铬镍铬硬质合金可以粉末状使用。
本发明还提供了上述碳化铬镍铬硬质合金在800℃以上的高温工况条件下的应用。
根据本发明的碳化铬镍铬硬质合金，采用碳化铬为硬质相，镍铬合金相作为高温粘结相进行压制成型、烧结而制备出一种新型碳化铬镍铬硬质合金。这种硬质合金相比传统的硬质合金来讲，工作温度可达800℃以上，具备优异的抗氧化性能。其次，这种新型的碳化铬镍铬硬质合金相比传统的碳化铬镍铬硬质合金喷涂粉末来说，致密度较高，相对密度可高达85％以上，孔隙率较低，具有较高的硬度。因而，本发明的碳化铬镍铬硬质合金具备良好的耐磨耐腐蚀性能，可在高温耐磨耐腐蚀工况条件下使用，且其生产方法简单可操作，使用前景广阔，经济效益显著。
附图说明
图1是表示根据本发明示例性实施方式的碳化铬镍铬硬质合金重量随温度升高的失重图。
具体实施方式
以下更具体地说明本发明。
本发明的碳化铬镍铬硬质合金包括碳化铬硬质相和镍铬合金粘结相；基于所述碳化铬镍铬硬质合金的总量，碳化铬硬质相含量为大于等于50％且小于100％，镍铬合金粘结相含量为大于0％且小于等于50％。随着碳化铬镍铬硬质合金内碳化铬含量增大，碳化铬镍铬硬质合金的抗氧化性增强，且耐磨耐腐蚀性能增强。镍铬合金的加入使得碳化铬与镍铬合金形成均质化程度高、质地均匀的碳化铬镍铬硬质合金。但随着镍铬合金含量的减少，产品的韧性降低，因而需要找到两者适宜的比例，使所述碳化铬镍铬硬质合金的抗高温性、耐磨耐腐蚀性达到最佳值。
根据本发明的具体实施方式，本发明的碳化铬镍铬硬质合金包括3～23％的碳元素、2～65％的镍元素，余量为铬元素，各元素百分比之和等于百分之百；优选包括6～14％的碳元素、5～50％的镍元素，余量为铬元素。
常规的碳化铬镍铬硬质合金喷涂粉通过将各合金粉组分混合后在粘结剂中制成浆料、通过喷雾造粒再经烧结后制备。经此方法制得的合金喷涂粉结构疏松、孔隙率大、相对密度较低，因而硬度较低。
本发明的碳化铬镍铬硬质合金可通过团聚造粒、压制成型和真空烧结等过程制得。
具体地，本发明的碳化铬镍铬硬质合金的制作过程包括：将碳化铬、镍铬合金粉按预定比例球磨混合，球磨时间为1小时以上；将所得混合合金粉经团聚造粒；随后用模具将合金粒料模压成型形成生坯；所得生坯经真空烧结后制成硬质合金，烧结温度为1100℃～1400℃，保温时间为1小时以上。由上述成型过程形成的碳化铬镍铬硬质合金具有的结构致密性高、孔隙率低，从而赋予碳化铬镍铬硬质合金以85％以上的相对密度及较高的硬度，从而使其具有良好的抗氧化性和耐磨耐腐蚀性。
文中，所称“相对密度”是指实际测得的密度值与按成分计算的理论密度值相比得到的百分比。
根据本发明的另一个实施方式，本发明的碳化铬镍铬硬质合金可压制烧结形成零件制品，并以零件制品在高温耐磨耐腐蚀工况条件下使用。
以下结合实施例更具体地说明本发明。
实施例
如以下表1中所列，将Cr₃C₂∶Ni∶Cr的质量比为15∶4∶1的3μm左右的碳化铬粉末(Cr₃C₂-1，长沙琅峰金属材料有限公司)、镍金属粉末(QJ&Ni，丹阳市求精合金钢有限公司)和铬金属粉末(优质超细铬粉，佛上市鑫镁金属粉末有限公司)加入球磨机中球磨混合24小时。然后，将混合后的合金粉末转移至可倾式制粒机(100L，湘潭新创粉末冶金设备有限公司)中进行团聚造粒。所制得的合金颗粒用多工位旋转式粉末压机(YD-12T)压制形成生坯，并把所得生坯转移至烧结炉中进行真空烧结，在5小时内将烧结炉温度由室温升至1280℃，并保温1小时，由此制得碳化铬镍铬硬质合金，并测定其相对密度，测定结果示于以下表1中。
对比例
如以下表1中所列，将Cr₃C₂∶Ni∶Cr的质量比为15∶4∶1的3μm左右的碳化铬粉末(Cr₃C₂-1，长沙琅峰金属材料有限公司)、镍金属粉末(QJ&Ni，丹阳市求精合金钢有限公司)和铬金属粉末(优质超细铬粉，佛上市鑫镁金属粉末有限公司)加入球磨机中球磨混合24小时。然后，将混合后的合金粉末与聚乙烯醇和水搅拌成浆料，并转移至喷雾干燥器中进行离心喷雾干燥制成颗粒。所制得的合金颗粒再转移至烧结炉中于1350℃进行真空烧结2小时，由此制得碳化铬镍铬喷涂粉Cr₃C₂-25NiCr，并测定其相对密度，测定结果示于以下表1中。
表1