硬質合金雙金屬復合設備制造技術

本實用新型專利技術涉及硬質合金雙金屬復合設備，該設備由鑄型、電磁感應加熱器和水冷底座等組成。在鑄型的外部安裝有電磁感應加熱器，在鑄型的底部連接有水冷底座。在復合過程中采用電磁感應加熱器在型內直接對所需復合的硬質合金和基體金屬液進行加熱，有利于硬質合金的準確定位，具有加熱速度快，熱效率高，金屬不易氧化，且有利于上部金屬液對凝固金屬的流動補縮，可以實現各種成分的硬質合金與基體金屬的復合。（*該技術在2017年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及硬質合金及其復合材料，特別是一種含有Fe、 Ni、 Cr、 Mo、 Co等合金做粘接 劑的硬質合金和其雙金屬復合材料制造工藝及設備。
技術介紹
硬質合金作為一種高耐磨材料，由于所具有的高硬度、高強度和高的耐磨性而廣泛地應 用于刃具、模具、鑿具、地質鉆探和冶金軋輥等各種高抗磨塤的領域。傳統的硬質合金是用 鈷做粘接劑，經粉末冶金燒結工藝制造而成的。而鈷是稀缺的戰略物質，價格高。近年來， 由于世界工業的發展，對鈷的需求量越來越大，導致全球性鈷供不應求，鈷價及番暴漲，使 以鈷為主要原料的硬質合金價格也隨之大幅度上漲，使本來就昂貴的硬質合金的價格更加昂 貴。同時，由于硬質合金屬于高脆性材料，無法用于制作受沖擊力大的易磨垠件，且整體硬 質合金件還存在著造價高， 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，人們在不斷地開發硬質合金復合技術。但是由于使用鈷所制造的硬質合金基體WC 對鋼(鐵)的潤濕性不佳，且與鋼(鐵)的物理性能差異懸殊較大(如線膨脹系數二者之比 近于1: 2)，所以兩種材料間的結合往往不能充分接觸，從二給它們的復合帶來相當大的困 難。因線膨脹系數的差異所引起的較大的殘余應力，常導致復合工件的破裂，使其不能作為 復合件使用。雖然可以通過增加鈷的含量來改善線膨脹系數差，但是鈷的增加除提高產品價 格外，還由于過高的鈷含量使硬質合金的硬度降低，抗磨性減小，且抗氧化性能力低，易出 現龜裂。如何提高硬質合金的線膨脹系數，改善其性能是一個長期困擾材料工作者而難以根 治的癥結。文獻《硬質合金》雜志(1996年第4期第213—215頁〉中報導了《硬質合金輥環的試 制》，該報導中公開了幾種硬質合金復合軋輥的復合工藝，其中熱裝法是利用內層的過盈量， 通過加熱外層進行熱裝而使內外層固定在一起的。但硬質合金內外環必須有一定的厚度，以免在內環張力的作用下破裂。因而用此法生產的復合輥環其硬質合金的節約量是有限的；膠 結法是用環氧樹脂之類的強力膠把內外環粘結在一起。但用此法生產的復合輥不宜在高溫、 高壓力下使用；焊接法是通過真空加熱爐將內外環間預置的焊料熔融，把內外環結合為一體。 但焊接用硬質合金中WC的含量受到限制，因而外環的硬度較低，且氣孔率較高；熱等靜壓法 是通過裝入同一金屬包套內外層的鐵粉和硬質合金粉，在高壓高溫下經熱等靜壓成復合輥坯。 該工藝所制造的復合輥環存在著較大的內應力，需在熱等靜壓后緩慢降溫，并采用后續熱處 理加以消除。該工藝如果內外層間的膨脹系數相差過大還需在內外環間加一層過度材料而后 再壓。同時，該工藝還存在著設備投資大，制造工藝復雜，技術難度大，生產成本高等缺陷； 鑄造法(包括離心鑄造法)是在鑄造前先將需結合的硬質合金環的結合面上鍍上一層金屬鎳作為過渡層，內外環采用鑄鋼、鑄鐵材質，以澆注的方法與外環結合成一個整體。但由于受 鍍層厚度和鍍層質量的影響，仍然沒有徹底解決兩種材料間的線膨脹系數差的問題，使實際生產中的成功率很低，至今尚沒有成功應用于生產的報導。我國92101435.X號專利技術專利中公開了瑞典桑德維克公司所申請的一種《含有燒結硬質合 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或幾 各燒結硬質合金環。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硬質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，全部或部分轉變為主要是貝氏體的組織。然 而這種熱處理工藝復雜，成本高且費時，所需的鑲鑄比大(一般要大于10以上)，技術難度 大，難以掌握。且所使用的硬質合金仍然是以大量的鈷做粘結劑。因而仍然存在著硬質合金 的造價高，硬質合金基體wc與基體鋼(鐵)的潤濕性差，兩種材料間的線膨脹系數差異大，制造中易使兩種材料的結合面不能得到充分熔合等缺陷。目前，在上述各種硬質合金復合制造工藝中，較成功并在工業生產中有應用產品的方法 是鑄造法。但目前所采用的各種鑲鑄復合工藝為了防止硬質合金氧化和做到硬質合金的精確 定位，對硬質合金均不采用預熱工藝處理。由鑲鑄原理可知，兩種材料間如果要形成冶金結合層，其鑲鑄比必須大于10以上，當鑲鑄比小于10時，復合界面將不能形成完整的冶金結合層，從而限制了應用領域。目前所使用的硬質合金均使用大量的鈷做粘結劑或在粘結劑中添加部分鎳、鉻，致使硬質合金的價格昂貴，且還存在著硬質合金的基體wc與基體鋼(鐵)的潤濕性差，兩種材料間的線膨脹系數相差大，制造中易使兩種材料間的結合界面不能得到 充分熔合等缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種不含鈷或含有少量鈷的合金做粘結劑的新型低成本硬質合金，使其對基體鋼(鐵)有著較好的潤濕性和較小的膨脹差，能夠與基體鋼(鐵)實現良好復合；并提供一種具有復合工藝簡單，技術易于實現，設備造價低，復合產品性能好，生產成本低 的硬質合金雙金屬復合設備。解決其技術問題的設備方案是:該設備由鑄型、電磁感應加熱器和水冷底座組成，在鑄型 的外部安裝有電磁感應加熱器，在鑄型的底部連接有水冷底座、金屬底板，在水冷底座的任 一側面的底部安裝有進水管，上部安裝有出水管，在鑄型的內腔與硬質合金之間還根據需要 安裝有金屬隔套、板。當使用電磁感應加熱器時，鑄型材料可由耐火材料、石墨材料或導磁材料制作，當不使 用電磁感應加熱器時，鑄型材料可由耐火材料、石墨材料或耐熱鋼、耐熱鐵制作。 鑄型底部由耐火材料直接制作，不安裝在水冷底座上。鑄型即可以是圓形，亦可以是矩形、長方型各種幾何形狀的整體結構或雙開合哈復式結 構或組合式結構。解決其技術問題的方案是采用含C 1. 5—3. 8%， Cr 15—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%， V 0. 2—2%，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型高鉻鑄鐵合金代替目前國內外所廣泛采用的鈷或鈷、鎳、鉻混合合 金做硬質合金的粘結劑，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 劑與含量為90%~€0%的WC顆粒或TiC顆粒，或WC和TiC的混合體，或在上述硬質合金顆粒 中加入總量為8%以下的TaC或10%以下的NbC，或在上述硬質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合金中加入總量為0.1%—2%的硬質合金 和高鉻鑄鐵晶粒長大抑制劑VC、 Cr3G、 Mo2C，或其中的任何一種，共同混合后，采用通用的 各種粉末冶金燒結工藝制造成含有高鉻鑄鐵的硬質合金。實現上述硬質合金與鋼(鐵)兩種材料間復合成一體的工藝技術方案是將1個或多個 上述各成分中的任何一種硬質合金經表面清洗和去除氧化物后烘干，在其需復合的部位的表面上涂覆 一層1—4ram厚的鑄鐵粉或含有10%—50% WC等硬質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，將其固定在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硬質合金雙金屬復合設備，其特征是：該設備由鑄型、電磁感應加熱器和水冷底座組成，在鑄型的外部安裝有電磁感應加熱器，在鑄型的底部連接有水冷底座、金屬底板，在水冷底座的任一側面的底部安裝有進水管，上部安裝有出水管，在鑄型的內腔與硬質合金之間還根據需要安裝有金屬隔套、板。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁家偉，丁剛，
申請(專利權)人：丁家偉，丁剛，
類型：實用新型
國別省市：32[中國|江蘇]