專利名稱：一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金及其復(fù)合材料，特別是一種含有Fe、 Ni、 Cr、 Mo、 Co等合金做粘接 劑的硬質(zhì)合金和其雙金屬?gòu)?fù)合材料制造工藝及設(shè)備。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金作為一種高耐磨材料，由于所具有的高硬度、高強(qiáng)度和高的耐磨性而廣泛地應(yīng) 用于刃具、模具、鑿具、地質(zhì)鉆探和冶金軋輥等各種高抗磨塤的領(lǐng)域。傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金是用 鈷做粘接劑，經(jīng)粉末冶金燒結(jié)工藝制造而成的。而鈷是稀缺的戰(zhàn)略物質(zhì)，價(jià)格高。近年來， 由于世界工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鈷的需求量越來越大，導(dǎo)致全球性鈷供不應(yīng)求，鈷價(jià)及番暴漲，使 以鈷為主要原料的硬質(zhì)合金價(jià)格也隨之大幅度上漲，使本來就昂貴的硬質(zhì)合金的價(jià)格更加昂 貴。同時(shí)，由于硬質(zhì)合金屬于高脆性材料，無(wú)法用于制作受沖擊力大的易磨塤件，且整體硬 質(zhì)合金件還存在著造價(jià)高， 一次性投資大的弊端。因此，從降低成本，提高工作性能和使用 壽命考慮，人們?cè)诓粩嗟亻_發(fā)硬質(zhì)合金復(fù)合技術(shù)。但是由于使用鈷所制造的硬質(zhì)合金基體WC 對(duì)鋼(鐵)的潤(rùn)濕性不佳，且與鋼(鐵)的物理性能差異懸殊較大(如線膨脹系數(shù)二者之比 近于1: 2)，所以兩種材料間的結(jié)合往往不能充分接觸，從二給它們的復(fù)合帶來相當(dāng)大的困
難。因線膨脹系數(shù)的差異所引起的較大的殘余應(yīng)力，常導(dǎo)致復(fù)合工件的破裂，使其不能作為 復(fù)合件使用。雖然可以通過增加鈷的含量來改善線膨脹系數(shù)差，但是鈷的增加除提高產(chǎn)品價(jià) 格外，還由于過高的鈷含量使硬質(zhì)合金的硬度降低，抗磨性減小，且抗氧化性能力低，易出 現(xiàn)龜裂。如何提高硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)，改善其性能是一個(gè)長(zhǎng)期困擾材料工作者而難以根 治的癥結(jié)。
文獻(xiàn)《硬質(zhì)合金》雜志(1996年第4期第213—215頁(yè))中報(bào)導(dǎo)了《硬質(zhì)合金輥環(huán)的試 制》，該報(bào)導(dǎo)中公開了幾種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥的復(fù)合工藝，其中熱裝法是利用內(nèi)層的過盈量， 通過加熱外層進(jìn)行熱裝而使內(nèi)外層固定在一起的。但硬質(zhì)合金內(nèi)外環(huán)必須有一定的厚度，以 免在內(nèi)環(huán)張力的作用下破裂。因而用此法生產(chǎn)的復(fù)合輥環(huán)其硬質(zhì)合金的節(jié)約量是有限的；膠 結(jié)法是用環(huán)氧樹脂之類的強(qiáng)力膠把內(nèi)外環(huán)粘結(jié)在一起。但用此法生產(chǎn)的復(fù)合輥不宜在高溫、 高壓力下使用；焊接法是通過真空加熱爐將內(nèi)外環(huán)間預(yù)置的焊料熔融，把內(nèi)外環(huán)結(jié)合為一體。 但焊接用硬質(zhì)合金中WC的含量受到限制，因而外環(huán)的硬度較低，且氣孔率較高；熱等靜壓法 是通過裝入同一金屬包套內(nèi)外層的鐵粉和硬質(zhì)合金粉，在高壓高溫下經(jīng)熱等靜壓成復(fù)合輥坯。 該工藝所制造的復(fù)合輥環(huán)存在著較大的內(nèi)應(yīng)力，需在熱等靜壓后緩慢降溫，并采用后續(xù)熱處 理加以消除。該工藝如果內(nèi)外層間的膨脹系數(shù)相差過大還需在內(nèi)外環(huán)間加一層過度材料而后 再壓。同時(shí)，該工藝還存在著設(shè)備投資大，制造工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，生產(chǎn)成本高等缺陷； 鑄造法(包括離心鑄造法)是在鑄造前先將需結(jié)合的硬質(zhì)合金環(huán)的結(jié)合面上鍍上一層金屬鎳 作為過渡層，內(nèi)外環(huán)采用鑄鋼、鑄鐵材質(zhì)，以澆注的方法與外環(huán)結(jié)合成一個(gè)整體。但由于受
鍍層厚度和鍍層質(zhì)量的影響，仍然沒有徹底解決兩種材料間的線膨脹系數(shù)差的問題，使實(shí)際 生產(chǎn)中的成功率很低，至今尚沒有成功應(yīng)用于生產(chǎn)的報(bào)導(dǎo)。
我國(guó)92101435. X號(hào)發(fā)明專利中公開了瑞典桑德維克公司所申請(qǐng)的一種《含有燒結(jié)硬質(zhì)合 金和鑄鐵軋輥及其制備方法》，該方法是通過離心鑄造法鑄入鐵的合金的軋輥主體的一個(gè)或幾 各燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)。該鑄造合金主要包括石墨鑄鐵，在鑄造后含有殘余奧氏體。為了減少或 完全消除由于鑄造后冷卻引起的鑄鐵和燒結(jié)硬質(zhì)合金之間的局部收縮，該殘余奧氏體在隨后 的一次或多次熱處理中，在體積增加的情況下，全部或部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕秦愂象w的組織。然 而這種熱處理工藝復(fù)雜，成本高且費(fèi)時(shí)，所需的鑲鑄比大(一般要大于10以上)，技術(shù)難度 大，難以掌握。且所使用的硬質(zhì)合金仍然是以大量的鈷做粘結(jié)劑。因而仍然存在著硬質(zhì)合金 的造價(jià)高，硬質(zhì)合金基體WC與基體鋼(鐵)的潤(rùn)濕性差，兩種材料間的線膨脹系數(shù)差異大， 制造中易使兩種材料的結(jié)合面不能得到充分熔合等缺陷。
目前，在上述各種硬質(zhì)合金復(fù)合制造工藝中，較成功并在工業(yè)生產(chǎn)中有應(yīng)用產(chǎn)品的方法 是鑄造法。但目前所采用的各種鑲鑄復(fù)合工藝為了防止硬質(zhì)合金氧化和做到硬質(zhì)合金的精確 定位，對(duì)硬質(zhì)合金均不采用預(yù)熱工藝處理。由鑲鑄原理可知，兩種材料間如果要形成冶金結(jié) 合層，其鑲鑄比必須大于10以上，當(dāng)鑲鑄比小于10時(shí)，復(fù)合界面將不能形成完整的冶金結(jié) 合層，從而限制了應(yīng)用領(lǐng)域。目前所使用的硬質(zhì)合金均使用大量的鈷做粘結(jié)劑或在粘結(jié)劑中 添加部分鎳、鉻，致使硬質(zhì)合金的價(jià)格昂貴，且還存在著硬質(zhì)合金的基體WC與基體鋼(鐵) 的潤(rùn)濕性差，兩種材料間的線膨脹系數(shù)相差大，制造中易使兩種材料間的結(jié)合界面不能得到 充分熔合等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不含鈷或含有少量鈷的合金做粘結(jié)劑的新型低成本硬質(zhì)合金， 使其對(duì)基體鋼(鐵)有著較好的潤(rùn)濕性和較小的膨脹差，能夠與基體鋼(鐵)實(shí)現(xiàn)良好復(fù)合； 并提供一種具有復(fù)合工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)備造價(jià)低，復(fù)合產(chǎn)品性能好，生產(chǎn)成本低 的新型硬質(zhì)合金雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備。
解決其技術(shù)問題的設(shè)備方案是:該設(shè)備由鑄型、電磁感應(yīng)加熱器和水冷底座等組成。在鑄
型的外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器，在鑄型的底部連接有水冷底座(或金屬底板)，在水冷底座 的任一側(cè)面的底部安裝有進(jìn)水管，上部安裝有出水管，在鑄型的的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金之間還根 據(jù)需要安裝有金屬隔套(板)。
解決其技術(shù)問題的方案是采用含C 1. 5—3. 8%， Crl5—27%，余Fe，或含C 1.5—3.8%， Cr 15—27%, Ni 0.4—2. 5%，余Fe，或C 1.5—3.8%， Cr 15—27%， Co 0.5—3%， Mo 0.4— 3%， V0.2—2L余Fe，或在上述各成分的合金中加入適量鈰或鑭或釔等成分的稀土及稀土 合金的高鉻鑄鐵和改進(jìn)型高鉻鑄鐵合金代替目前國(guó)內(nèi)外所廣泛采用的鈷或鈷、鎳、鉻混合合 金做硬質(zhì)合金的粘結(jié)劑，將含量為10%—40%的上述各成分中的任何一種成分的高鉻鑄鐵粘結(jié)
劑與含量為90%—60%的WC顆?；騎iC顆粒，或WC和TiC的混合體，或在上述硬質(zhì)合金顆粒 中加入總量為柳以下的TaC或10%以下的NbC，或在上述硬質(zhì)合金顆粒中加入總量為4%以下 的VC、或硼化物或氮化物，或在上述各成分中的硬質(zhì)合金中加入總量為0. 1%—2%的硬質(zhì)合金 和高鉻鑄鐵晶粒長(zhǎng)大抑制劑VC、 Cr3C2、 Mo2C，或其中的任何一種，共同混合后，采用通用的 各種粉末冶金燒結(jié)工藝制造成含有高鉻鑄鐵的硬質(zhì)合金。
實(shí)現(xiàn)上述硬質(zhì)合金與鋼(鐵)兩種材料間復(fù)合成一體的工藝技術(shù)方案是將1個(gè)或多個(gè) 上述各成分中的任何一種硬質(zhì)合金經(jīng)表面清洗和去除氧化物后烘干，在其需復(fù)合的部位的表 面上涂覆一層l一4咖厚的鑄鐵粉或含有10%—50% WC等硬質(zhì)合金顆粒的鐵粉或含有2%—10% 鎳的鐵粉或含有10%—50% WC等硬質(zhì)合金顆粒、2%—10%鎳、2%—15%鉻及1%—5%的鉬和 其它合金的鐵粉，將其固定在外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器的鑄型中的所需位置尺寸上，將鑄 型安裝在水冷底座(或金屬底板)上(或不安裝在水冷底座上)，在鑄型的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金之 間安裝一金屬隔套(板)，在鑄型內(nèi)的硬質(zhì)合金與隔套(板)之間設(shè)有澆注口和保溫冒口，在 鑄型的中心設(shè)有另一澆注保溫冒口，打開進(jìn)水閥門將冷卻水通過進(jìn)水管8進(jìn)入水冷底座6, 然后通過出水管7流出，啟動(dòng)電磁感應(yīng)加熱器，對(duì)鑄型內(nèi)的硬質(zhì)合金和隔套(板)進(jìn)行感應(yīng) 加熱，當(dāng)加熱到400—1250度時(shí)，將熔化好的含有C 1.5—3.8%， Cr 15—25%,余為鐵，或 含有C 1.5—3. 8%， Cr 15—25%, Ni 2—5. 5%，余為鐵的高鉻鑄鐵和含有C 2. 5—3. 8%, Si 1. 5 一2.5%， Mn 0.2—0.6%, Ni 3—5. 5%， Mo 0. l—O. 4%， Mg 0.04—0. 06%，余為鐵的球墨鑄鐵 分別加熱到1400—1550度后，分別通過各自的澆注口澆入到鑄型中，使基體形成梯度復(fù)合， 以便于后續(xù)的機(jī)械加工。也可以在鑄型內(nèi)不安裝隔套(板)，直接將上述基體金屬中的任何一 種直接澆入鑄型內(nèi)，在澆注過程中電磁感應(yīng)加熱器不停止加熱，鑄型充滿后，電磁感應(yīng)加熱 器再繼續(xù)加熱3—20分鐘后停止加熱，以獲得硬質(zhì)合金與基體金屬材料之間l一5mm寬的過度 層，使兩種材料間形成冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩種材料直接復(fù)合成一體。待鑄型冷卻后，將鑄型整 體吊出，脫模，取出硬質(zhì)合金復(fù)合坯體，送入熱處理爐中進(jìn)行球化退火處理，以消除鑄造應(yīng) 力和轉(zhuǎn)變基體金屬的鑄態(tài)組織。
本復(fù)合工藝除適合本專利所述成分的硬質(zhì)合金外，亦同時(shí)也適合于傳統(tǒng)的含有鈷或鈷、 鎳、鉻的混合物做粘結(jié)劑的硬質(zhì)合金的復(fù)合，其復(fù)合效果相同。
有益效果上述方案中，使用該發(fā)明成分的硬質(zhì)合金具有生產(chǎn)成本低，性能好，與WC— Co的硬質(zhì)合金基本相同，甚至超過其性能。該成分的硬質(zhì)合金與鋼(鐵)有較好的潤(rùn)濕性， 線膨脹系數(shù)比Wdo的硬質(zhì)合金高3(^以上，和鐵接近，有利于與鋼(鐵)的復(fù)合，兩種材 料間有著良好的熔合性。使用該發(fā)明的雙金屬?gòu)?fù)合工藝制造硬質(zhì)合金雙金屬?gòu)?fù)合材料時(shí)，生 產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易于操作，生產(chǎn)效率高，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單投資小，由于采用電磁感應(yīng)加熱器 在型內(nèi)直接對(duì)所需復(fù)合的硬質(zhì)合金進(jìn)行加熱，有利于硬質(zhì)合金的準(zhǔn)確定位，減少了由于型外 加熱所來回移動(dòng)工件的工序，具有加熱速度快，熱效率高，金屬不易氧化，有利于界面的冶
金結(jié)合；澆注過程中繼續(xù)加熱，可以利用電磁攪拌作用，增加液態(tài)金屬對(duì)硬質(zhì)合金表面的沖 刷，促進(jìn)兩者之間的物質(zhì)和能量交流，從而可以大大提高界面的冶金結(jié)合；在鑄型底部使用 水冷底座(金屬板)可以加快復(fù)合基體金屬的冷卻速度，實(shí)現(xiàn)至下而上的順序凝固，結(jié)晶組 織優(yōu)良，通過感應(yīng)加熱有利于上部金屬液對(duì)凝固金屬的流動(dòng)補(bǔ)縮，可以實(shí)現(xiàn)各種成分的硬質(zhì)
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圖l為本發(fā)明第一實(shí)施例。 圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例。 圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例。 圖4為本發(fā)明第四實(shí)施例。 圖5為本發(fā)明第五實(shí)施例。 圖6為本發(fā)明第六實(shí)施例。 圖7為本發(fā)明第七實(shí)施例。 圖8為本發(fā)明第八實(shí)施例。 圖9為本發(fā)明第九實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:在圖1中，將10%_40%的含有以下成分和百分比的高鉻鑄鐵或改進(jìn)型高鉻鑄 鐵作為硬質(zhì)合金的粘結(jié)劑
(1) C 1.5—3.8%， Cr 15—27%,余Fe;
(2) C 1.5—3.8%， Cr 15—27%， Ni 0.4—2.5%，余Fe;
(3) C 1.5—3.8%， Cr 15—27%， Co 0.5—3%， Mo 0.4—3%， V 0. 2_2%，余Fe;
(4) 在上述各成分的合金中還可以加入適量鈰或鑭或釔等成分的稀土及稀土合金的高鉻 鑄鐵和改進(jìn)型高鉻鑄鐵合金。
將含量為90%_60%的含有以下成分和百分比的硬質(zhì)合金顆粒作為硬質(zhì)相。
(1) WC顆粒100%;
(2) TiC顆粒100%;
(3) WC顆粒7(m—90yo; TiC顆粒30%—10%;
(4) 在上述硬質(zhì)合金顆粒中還可以加入總量為8%以下的TaC或10%以下的NbC;
(5) 在上述各成分中的硬質(zhì)合金顆粒中加入總量為4W以下的VC、或硼化物或氮化物顆 粒，或在上述各組分中的硬質(zhì)合金中還可以加入總量為0. 1%—2%的硬質(zhì)合金和高鉻鑄鐵晶粒 長(zhǎng)大抑制劑VC、 Cr3C2、 Mo2C，或其中的任何一種。
將上述組分的粘結(jié)劑按所需百分比和上述組分的硬質(zhì)合金顆粒按所需百分比進(jìn)行配比，
其兩種材料的合計(jì)組成比為100%。將所配制好的上述組分的硬質(zhì)合金經(jīng)濕磨、參蠟(或參膠)、 烘干、壓制成型、高溫?zé)Y(jié)(保護(hù)氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、等靜壓燒結(jié))后制造成所需形狀和 尺寸的硬質(zhì)合金。
實(shí)施例2:在圖2中，該設(shè)備由用耐火材料制成的鑄型4，在鑄型4的外部安裝有電磁感 應(yīng)加熱器5，鑄型4的底部連接有水冷箱底座6，在水冷箱底座6的任一側(cè)面的底部安裝有進(jìn) 水管8，在水冷箱底座6的任一側(cè)面的頂部安裝有出水管7，在鑄型4的頂部連接有澆注保溫 冒口 1。
工作開始時(shí)，將上述各成分中的任何一種硬質(zhì)合金3經(jīng)表面清洗和去除氧化物后烘干， 在其需復(fù)合的部位的表面上涂覆一層l一4ram厚的鑄鐵粉9或含有2%—10%的鎳的鐵粉9或 含有10%_50% WC等硬質(zhì)合金顆粒的鐵粉或含有2%—10%鎳的鐵粉或含有10%—50% WC等硬 質(zhì)合金顆粒、2%—10%鎳、2%—15%鉻及1%—5%的鉬和其它合金的鐵粉9 (或不涂覆上述各 成分的鐵粉9)，固定在外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器5的鑄型4中的所需位置尺寸上，將鑄型 4安裝在水冷底座(或金屬底板)6上，在鑄型4的中心設(shè)有一澆注保溫冒口 1，打開進(jìn)水閥 門將冷卻水通過進(jìn)水8進(jìn)入水冷底座6，然后通過出水管7流出，啟動(dòng)電磁感應(yīng)加熱器5，對(duì) 鑄型4內(nèi)的硬質(zhì)合金3進(jìn)行感應(yīng)加熱，當(dāng)加熱到400—1250度時(shí)，將熔化好的含有C 1. 5— 3.8%， Cr 15—25%，余為鐵，或含有C 1.5—3.8%, Cr 15—25%， Ni 2—5.5%，余為鐵的高 鉻鑄鐵2，或含有C 2. 5—3. 8%， Si 1.5—2.5%， Mn 0. 2—0. 6%， Ni 3—5. 5%， Mo 0. 1~0. 4%， Mg 0. 04—0. 06%，余為鐵的球墨鑄鐵2，加熱到1400—1550度后，經(jīng)澆注保溫冒口 1澆入到 鑄型4中，電磁感應(yīng)加熱器5繼續(xù)加熱，鑄型4充滿后，電磁感應(yīng)加熱器5在繼續(xù)加熱3— 20分鐘后停止加熱，以獲得硬質(zhì)合金3與基體金屬材料2之間l一5mm寬的過度層21，實(shí)現(xiàn) 兩種材料間的冶金結(jié)合。待鑄型4冷卻后，將鑄型4整體吊出，脫模，取出硬質(zhì)合金復(fù)合坯 體，送入熱處理爐中進(jìn)行球化退火處理，以消除鑄造應(yīng)力和轉(zhuǎn)變基體金屬的鑄態(tài)組織。
采用上述工藝同時(shí)還可以對(duì)各種用鈷或鈷和鎳、鉻合金的混合體做粘結(jié)劑的硬質(zhì)合金或 其它各種金屬材料進(jìn)行雙金屬?gòu)?fù)合。
實(shí)施例3:在圖3中，與圖2的不同點(diǎn)為在鑄型4內(nèi)安裝了2個(gè)或多個(gè)硬質(zhì)合金10,重 復(fù)上述工藝過程，即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)硬質(zhì)合金的同時(shí)復(fù)合。其它過程及設(shè)備與實(shí)施例2相同。略。
實(shí)施例4:在圖4中，與圖2的不同點(diǎn)為鑄型4的底部是采用耐火材料直接制作，在鑄 型4的底部不安裝水冷底座6。其它過程及設(shè)備與實(shí)施例2相同。略。
實(shí)施例5:在圖5中，與圖3的不同點(diǎn)為鑄型4的底部是采用耐火材料直接制作，在鑄 型4的底部不安裝水冷底座6。其它過程及設(shè)備與實(shí)施例3相同。略。
實(shí)施例6:在圖6中，與圖4的不同點(diǎn)為在鑄型4的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金3和IO之間安裝一 金屬隔套(板)11，在鑄型內(nèi)的硬質(zhì)合金3和IO與隔套(板)ll之間設(shè)有澆注口 14和保溫 冒口 13，在鑄型的中心設(shè)有另一澆注保溫冒口 1，鑄型4的底部直接由耐火材料直接制作(也可安裝在水冷底座6的上面)，啟動(dòng)電磁感應(yīng)加熱器5，對(duì)鑄型4內(nèi)的硬質(zhì)合金3和10和隔 套(板)ll進(jìn)行感應(yīng)加熱，當(dāng)加熱到400—500度時(shí)，將熔化好的含有C 1.5—3.8%, Cr 15 —25%，余為鐵，或含有C 1.5—3.8%， Cr 15—25%, Ni 2—5. 5%，余為鐵的高鉻鑄鐵12和 含有C 2.5—3.8%， Si 1.5—2.5%， Mn 0,2—0.6%， N i3—5. 5%， Mo 0.1—0,4%， Mg 0.04— 0. 06%，余為鐵的球墨鑄鐵2分別過熱到50—100度后，將高鉻鑄鐵12通過澆注口 14澆入到 鑄型4中并通過保溫冒口 13進(jìn)行保溫，將球墨鑄鐵2通過澆注保溫冒口 1澆入到鑄型4中， 在澆注過程中電磁感應(yīng)加熱器5不停止加熱，鑄型4充滿后，電磁感應(yīng)加熱器5再繼續(xù)加熱 3—20分鐘后停止加熱，以獲得硬質(zhì)合金3和10與基體金屬材料12之間1—5mm寬的過度層 21和高鉻鑄鐵12和球墨鑄鐵2之間的冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三種材料間的冶金結(jié)合，同時(shí)使基體 形成梯度復(fù)合，以便于后續(xù)的機(jī)械加工。其它過程及設(shè)備與實(shí)施例3相同。略。
實(shí)施例7:在圖7中，與圖5的不同點(diǎn)為鑄型5的外部不安裝電磁感應(yīng)加熱器5，工作開 始時(shí)，將實(shí)施例2中的各成分的基體金屬2中的任何一種熔化過熱到50度一100度后直接澆 入到己經(jīng)固定好硬質(zhì)合金3和10的鑄型4內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金3和10與基體金屬2的冶 金結(jié)合。其它過程及設(shè)備與實(shí)施例2相同。略。
實(shí)施例8:在圖8中，與圖7的不同點(diǎn)為在鑄型4的頂部安裝有壓力機(jī)19，在壓力機(jī)19 的下面連接有擠壓頭20，工作開始后，當(dāng)基體金屬2澆注完畢后，啟動(dòng)壓力機(jī)19，將壓力機(jī) 19下面所連接的擠壓頭20壓入鑄型4內(nèi)，對(duì)鑄型4內(nèi)的基體金屬2和硬質(zhì)合金4共同擠壓， 以增加基體金屬2的致密度，減少和控制基體金屬2的收縮量，實(shí)現(xiàn)兩種金屬間的冶金結(jié)合。 其它過程及設(shè)備與實(shí)施例2相同。略。
實(shí)施例9:在圖9中，與圖7的不同點(diǎn)為鑄型4安裝在離心機(jī)上，硬質(zhì)合金3和10經(jīng)實(shí) 施例2工藝處理后，安裝在鑄型4內(nèi)，啟動(dòng)離心機(jī)帶動(dòng)鑄型4旋轉(zhuǎn)，將實(shí)施例2中的任何一 種成分的基體金屬2通過澆注口 1和流道16澆入鑄型4內(nèi)，在鑄型4內(nèi)的基體金屬2凝固后 脫模。如需生產(chǎn)實(shí)體的復(fù)合坯，僅需在鑄型4內(nèi)的基體金屬2凝固后將鑄型4吊出立起，將 基體金屬2直接澆入鑄型4內(nèi)即可，或直接采用立式離心機(jī)進(jìn)行澆注。其它過程及設(shè)備與實(shí) 施例2相同。略。
權(quán)利要求
1、一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備，其特征是硬質(zhì)合金的粘結(jié)相為高鉻鑄鐵或改進(jìn)型高鉻鑄鐵，各元素百分比組成為(1)C 1.5-3.8％，Cr 15-27％，余Fe；(2)C 1.5-3.8％，Cr 15-27％，Ni 0.4-2.5％，余Fe；(3)C 1.5-3.8％，Cr 15-27％，Co 0.5-3％，Ni0.4-4％，Mo 0.4-3％，V 0.2-2％，余Fe；(4)在上述各成分的合金中還可以加入適量鈰或鑭或釔等成分的稀土及稀土合金；上述各組分中的任何一種組分的高鉻鑄鐵或改進(jìn)型高鉻鑄鐵在硬質(zhì)合金中所占的百分比為10％-40％；硬質(zhì)合金的硬質(zhì)相各元素百分比組成為(1)WC顆粒100％；(2)TiC顆粒100％；(3)WC顆粒70％-90％，TiC顆粒30％-10％；(4)在上述硬質(zhì)合金顆粒中加入總量為8％以下的TaC或10％以下的NbC；(5)在上述各成分中的硬質(zhì)合金顆粒中可以加入總量為4％以下的VC、或硼化物或氮化物，或在上述各成分中的硬質(zhì)合金中加入總量為0.1％-2％的硬質(zhì)合金和高鉻鑄鐵晶粒長(zhǎng)大抑制劑VC、Cr3C2、Mo2C，或其中的任何一種；上述各組分中的任何一種成分的硬質(zhì)相在硬質(zhì)合金中所占的百分比為為90％-60％；將上述組分中的任何一種高鉻鑄鐵粘結(jié)劑按所需百分比和上述組分中的任何一種硬質(zhì)相顆粒按所需百分比進(jìn)行配比，其兩種材料的合計(jì)組成比為100％，將所配制好的上述組分的硬質(zhì)合金經(jīng)濕磨、參蠟(或參膠)、烘干、壓制成型、高溫?zé)Y(jié)(保護(hù)氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、等靜壓燒結(jié))后制造成所需形狀和尺寸的硬質(zhì)合金；將1個(gè)或多個(gè)上述各成分中的任何一種硬質(zhì)合金經(jīng)表面清洗和去除氧化物后烘干，在其需復(fù)合的部位的表面上涂覆一層1-4mm厚的鐵粉或含有10％-50％WC等硬質(zhì)合金顆粒的鐵粉或含有2％-10％鎳的鐵粉或含有10％-50％WC等硬質(zhì)合金顆粒、2％-10％鎳、2％-15％鉻及1％-5％的鉬和其它合金的鐵粉，將其固定在外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器的鑄型中的所需位置尺寸上，將鑄型安裝在水冷底座(或金屬底板)上，在鑄型的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金之間安裝一金屬隔套(板)，在鑄型內(nèi)的硬質(zhì)合金與隔套(板)之間設(shè)有澆注口和保溫冒口，在鑄型的中心設(shè)有另一澆注保溫冒口，打開進(jìn)水閥門將冷卻水通過進(jìn)水8進(jìn)入水冷底座6，然后通過出水管7流出，啟動(dòng)電磁感應(yīng)加熱器，對(duì)鑄型內(nèi)的硬質(zhì)合金和隔套(板)進(jìn)行電磁感應(yīng)加熱，當(dāng)加熱到400-1250度時(shí)，將熔化好的含有C 1.5-3.8％，Cr 15-25％，余為鐵，或含有C 1.5-3.8％，Cr 15-25％，Ni 2-5.5％，余為鐵的高鉻鑄鐵和含有C 2.5-3.8％，Si 1.5-2.5％，Mn 0.2-0.6％，Ni 3-5.5％，Mo 0.1-0.4％，Mg 0.04-0.06％，余為鐵的球墨鑄鐵分別加熱到1400-1550度后，分別通過各自的澆注口澆入到鑄型中，以使基體形成梯度復(fù)合。在澆注過程中電磁感應(yīng)加熱器不停止加熱，鑄型充滿后，電磁感應(yīng)加熱器再繼續(xù)加熱3-20分鐘后停止加熱，以獲得硬質(zhì)合金與基體金屬材料之間1-5mm寬的過度層，使兩種材料間形成冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩種材料直接復(fù)合成一體，待鑄型冷卻后，將鑄型整體吊出，脫模，取出硬質(zhì)合金復(fù)合坯體，送入熱處理爐中進(jìn)行球化退火處理，以消除鑄造應(yīng)力和轉(zhuǎn)變基體金屬的鑄態(tài)組織。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備,其特征是可以在其 需復(fù)合的部位的表面上不涂覆一層鑄鐵粉或含鎳鐵粉而直接進(jìn)行澆注復(fù)合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備,其特征是鑄型內(nèi)不 安裝隔套(板)，直接將上述基體金屬中的任何一種直接澆入鑄型內(nèi)，與硬質(zhì)合金直接形成復(fù) 合體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備,其特征是:當(dāng)使用電磁 感應(yīng)加熱器時(shí)，鑄型材料可由耐火材料或?qū)Т挪牧现谱?，?dāng)不使用電磁感應(yīng)加熱器時(shí)，鑄型 材料可由耐火材料或耐熱鋼、耐熱鐵制作。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備，其特征是:鑄型底部由 耐火材料直接制作，不安裝在水冷底座上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備,其特征是:所復(fù)合的硬 質(zhì)合金的數(shù)量即可以是1個(gè)，也可以是幾個(gè)的組合，其形狀即可以為環(huán)形形狀，亦可以為矩 形等任何幾何形狀。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備,其特征是:所復(fù)合的硬 質(zhì)合金的基體金屬即可以是整體金屬，也可以是管狀或環(huán)狀的空心體金屬，其復(fù)合產(chǎn)品外型 即可以是圓形，亦可以是矩形等任何幾何形狀。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備，其特征是權(quán)利要求 1所述的雙金屬?gòu)?fù)合工藝除適合權(quán)利要求1所述成分的硬質(zhì)合金雙金屬材料的復(fù)合外，亦同 時(shí)也適合于含有鈷或鈷、鎳、鉻的混合物等合金做粘結(jié)劑的硬質(zhì)合金雙金屬材料及其它各種 金屬材料雙金屬間的復(fù)合。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備，其特征是在復(fù)合過 程中，可以不使用電磁感應(yīng)加熱器對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行加熱，而采用耐火材料鑄型直接進(jìn)行復(fù)合。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備,其特征是:在復(fù)合過 程中使用壓力機(jī)進(jìn)行擠壓復(fù)合。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備，其特征是在復(fù)合過 程中通過各種機(jī)型的離心機(jī)直接進(jìn)行離心鑄造復(fù)合。
12、 一種實(shí)現(xiàn)一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝的設(shè)備,其特征是該設(shè)備由鑄型、電磁感 應(yīng)加熱器和水冷底座等組成，在鑄型的外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器，在鑄型的底部連接有水 冷底座(或金屬底板)，在水冷底座的任一側(cè)面的底部安裝有進(jìn)水管，上部安裝有出水管，在 鑄型的的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金之間還根據(jù)需要安裝有金屬隔套(板)，電磁感應(yīng)加熱器的電源為工 頻點(diǎn)源或中頻電源或高頻電源。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝的設(shè)備，其特征是:復(fù)合設(shè)備 還可以使用常規(guī)的壓力機(jī)和臥式離心機(jī)、立式離心機(jī)進(jìn)行復(fù)合。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝的設(shè)備,其特征是:鑄型即可 以是圓形，亦可以是矩形、長(zhǎng)方型等幾何形狀的整體結(jié)構(gòu)或雙開合哈復(fù)式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金和雙金屬?gòu)?fù)合工藝及設(shè)備，它由含量為10％-40％的C 1.5-3.8％，Cr 15-27％，余Fe的高鉻鑄鐵做粘結(jié)劑，與含量為90％-60％的WC或TiC顆粒用粉末冶金工藝制造成硬質(zhì)合金。將所制造的硬質(zhì)合金在外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器的鑄型中與含有C 1.5-3.8％，Cr 15-25％，余為鐵的高鉻鑄鐵和球墨鑄鐵進(jìn)行復(fù)合鑄造。在澆注過程中通過感應(yīng)加熱器直接對(duì)硬質(zhì)合金和基體金屬液加熱，實(shí)現(xiàn)兩種材料的復(fù)合。該發(fā)明所制造的硬質(zhì)合金對(duì)基體金屬有著較好的潤(rùn)濕性和較小的膨脹差，能夠與基體金屬實(shí)現(xiàn)良好復(fù)合；復(fù)合工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，復(fù)合產(chǎn)品性能好，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)B22D19/16GK101168190SQ200710133219
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者剛 丁, 丁家偉 申請(qǐng)人:丁家偉;丁 剛