一种TiC钢结硬质合金及其制备方法

摘要

本发明公开了一种TiC钢结硬质合金，其中，新型TiC钢结硬质合金，其包括如下成分：TiC、Cr3C2、Mo2C、Fe、C。本发明提供了一种TiC钢结硬质合金，制得的合金在结构上较为紧密，具备良好的硬度。

权利要求

1.一种TiC钢结硬质合金的制备方法，其特征在于： 包括如下成分：TiC、Cr3C2、Mo2C、Fe、C；

包括如下步骤：

骨架处理：Cr3O2、Mo、C经过真空还原碳化、混合料塑化、骨架成型、骨架烧结制得成型的骨架；

渗剂成型：Fe和C经过混合、渗剂成型后制得渗剂；

熔渗烧结：所述骨架和渗剂互相配合，进行熔渗烧结；

热处理：熔渗烧结的产物经过热处理得到成品合金;所述骨架处理中，骨架烧结的条件为骨架在负压的环境下室温加热到1350 1450℃;~

包括如下重量百分比的组分：TiC30~40%、Cr3C23~5%、Mo2C2~5%、Fe50~60%、C2~5%；

将Cr3C2和Mo2C混合后压团，装炉进行加热，加热的温度为从常温升高逐渐升高至1250~

1350℃并保持温度，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa；添加细TiC和添加剂，按照重量比

68:32的重量比加入，再添加浓度3.33%聚丙烯作为活化剂，Φ8 12硬质合金球作为研磨体，~

再在滚动式球磨机中湿磨24h，随后加入粗TiC加入到球磨筒内，完成球磨制得骨架料，将Fe和C作为渗剂进行渗剂混合，渗剂内部放入对应的刚玉作为支撑，渗剂按照模压的方式成型，将研磨完成的骨架料在室温逐步加热到1350 1450℃，初始真空度为20Pa的条件下进行~

骨架烧结，将渗剂和骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1400 1450℃，初始真空度20Pa，中~

途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退= 770℃+（50~100 ℃），过共析钢钢结合金的退火温度T退= 740℃+（50~100 ℃），淬火工艺为800~850 ℃预热30分钟；960~980 ℃加热保温，采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸mm分钟，回火温度为

450 550 ℃。

~

2.根据权利要求1所述的一种TiC钢结硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：TiC33.80%、Cr3C23.34%、Mo2C3.08%、Fe56.49%、C3.29%。

3.根据权利要求1所述的TiC钢结硬质合金的制备方法，其特征在于：所述热处理中，渗剂和骨架相互耦合，耦合方式分为夹层式和夹套式。

4.根据权利要求1所述的TiC钢结硬质合金的制备方法，其特征在于：所述热处理中，熔渗烧结为负压下常温加热到1400 1450℃。

~

5.根据权利要求1~4中任一所述的TiC钢结硬质合金的制备方法，其特征在于：将Cr3C2和Mo2C混合后压团，装炉进行加热，加热的温度为从常温升高逐渐升高至1300℃并保持温度，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa；添加细TiC和添加剂，按照重量比68:32的重量比加入，再添加浓度3.33%聚丙烯作为活化剂，Φ8 12硬质合金球作为研磨体，再在滚动式球~

磨机中湿磨24h，随后加入粗TiC加入到球磨筒内，完成球磨制得骨架料，将Fe和C作为渗剂进行渗剂混合，渗剂内部放入对应的刚玉作为支撑，渗剂按照模压的方式成型，将研磨完成的骨架料在室温逐步加热到1400℃，初始真空度为20Pa的条件下进行骨架烧结，将渗剂和骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1430℃，初始真空度20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退= 770℃+（50 100 ℃），过共析钢钢结合金的退火温度T退= 740℃+（50~ ~

100 ℃），淬火工艺为800 850 ℃预热30分钟；960 980 ℃加热保温，采用盐浴炉预热和加~ ~

热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸mm分钟，回火温度为450 550 ℃。

~

说明书

一种TiC钢结硬质合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及粉末冶金法制备硬质合金技术领域，特别是涉及一种TiC 钢结硬质合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 钢结硬质合金是以硬质化合物(碳化物、氮化物、硼化物等)为硬质相、以钢为黏结金属的硬质合金。钢结硬质合金既具有碳化物的硬度和耐磨性，又具有钢的良好力学性能，
使用范围处于高速钢和硬质合金之间。钢结硬质合金的耐磨性及塑性优于硬质合金。特别
是钢结硬质合金含有大量的钢体(合金体积的50％以上)，因此合金可进行热处理和机械加
工。在当前主要使用于耐磨零件、切削工具的过程中。

[0003] 传统的硬质合金加工技术通常把全部原料以粉末的形态进行配料、湿磨混料、添加成型剂、混合料压制成型，然后通过液相烧结最终得到硬质合金制品。对于TiC钢结硬质
合金，传统的制备方法不可避免产生大量的脆性相M6C和 M23C6。因为Cr和Mo成分没能溶入
TiC中而是固溶进α‑Fe中形成铬钼钛钢，在固相烧结温度下铬钼钛钢形成M6C，其中的金属
原子Fe约占一半，造成降低了硬质合金中的粘结相含量，硬质合金的硬度和韧性的下降，同
时在烧结过程中M6C起晶核作用，结晶长大成脆性相M23C6并桥接TiC妨碍TiC晶粒重排移动，
降低了液相烧结对体积收缩的促进作用，使最终的烧结体组织变得比较疏松。

发明内容

[0004] 本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部
分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

[0005] 鉴于上述和/或现有钢结硬质合金制作中存在的问题，提出了本发明。

[0006] 因此，本发明其中一个目的是，克服现有钢结硬质合金制作中的不足，提供一种TiC钢结硬质合金，其包括如下成分：TiC、Cr3C2、Mo2C、Fe、C。

[0007] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：包括如下重量百分比的组分：TiC 30～40％、Cr3C2 3～5％、Mo2C 2～5％、Fe 50～60％、C 2～
5％。

[0008] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：包括如下重量百分比的组分：TiC 33.80％、Cr3C2 3.34％、Mo2C 3.08％、Fe 56.49％、C 3.29％。

[0009] 本发明另一个目的是，提供一种TiC钢结硬质合金制备方法，包括如下步骤：

[0010] 骨架处理：Cr3O2、Mo、C经过真空还原碳化、混合料塑化、骨架成型、骨架烧结制得成型的骨架。

[0011] 渗剂成型：Fe和C经过混合、渗剂成型后制得渗剂。

[0012] 整体加热：所述骨架和渗剂互相配合，经过熔渗烧结、热处理制得成品。

[0013] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：骨架处理中，原料混合装炉后，在负压下室温加到1250～1350℃

[0014] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：骨架处理中骨架烧结的条件为骨架在负压的环境下室温加热到 1350～1450℃。

[0015] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：整体热处理中，渗剂和骨架相互耦合，耦合方式分为夹层式和夹套式。

[0016] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：整体热处理中，熔渗烧结为负压下常温加热到1400～1450℃。

[0017] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：将Cr3C2和Mo2C混合后压团，装炉进行加热，加热的温度为从常温升高逐渐升高至1250～1350
℃并在保持温度，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa；添加细TiC和添加剂，按照重量比
68:32的重量比加入，再添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，Φ8～12硬质合金球作为研磨
体，再在轨滚动式球磨机中湿磨 24h，随后加入粗TiC加入到球磨筒内，完成球磨制得骨架
料，将Fe和C作为渗剂进行渗剂混合，渗剂内部放入对应的刚玉作为支撑，渗剂按照模压的
方式成型，将研磨完成的骨架料在室温逐步加热到1350～1450℃，初始真空度为 20Pa的条
件下进行骨架烧结，将渗剂和骨架料进行耦合，从室温逐步加热到 1400～1450℃，初始真
空度20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理
的退火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100℃)，过共析钢钢结
合金的退火温度T退＝740℃ +(50～100℃)，淬火工艺为800～850℃预热30分钟；960～980
℃加热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸(mm) 
分钟，回火温度为450～550℃。

[0018] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：将Cr3C2和Mo2C混合后压团，装炉进行加热，加热的温度为从常温升高逐渐升高至1300℃并在
保持温度，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa；添加细 TiC和添加剂，按照重量比68:32的
重量比加入，再添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，Φ8～12硬质合金球作为研磨体，再在
轨滚动式球磨机中湿磨24h，随后加入粗TiC加入到球磨筒内，完成球磨制得骨架料，将Fe和
C作为渗剂进行渗剂混合，渗剂内部放入对应的刚玉作为支撑，渗剂按照模压的方式成型，
将研磨完成的骨架料在室温逐步加热到1400℃，初始真空度为20Pa的条件下进行骨架烧
结，将渗剂和骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1430℃，初始真空度20Pa，中途充入氩气
进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退火温度设置为：亚共
析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+ (50～100℃)，过共析钢钢结合金的退火温度T退＝
740℃+(50～100℃)，淬火工艺为800～850℃预热30分钟；960～980℃加热保温。采用盐浴
炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，回火温度为450～
550℃。

[0019] 本发明提供了一种TiC钢结硬质合金，将硬质合金的硬质相成分做成烧结坯体，将高碳的粘结相成分作为熔渗剂并依附在坯体的表面，把两者烧结到粘结金属处于固液共存
的较低温度下，使熔融的那部分高碳熔液自表至里迁移扩散。自始至终保持表层具有足够
高的碳势，维持粘结相内聚迁移，直到硬质合金致密化。采用熔渗法制备优质的硬质合金的
充分条件是：利用含表面活性剂的水溶液作湿磨介质，使坯体粉料发生机械化学合金化，提
高硬质合金成分的化学相容性，降低烧结温度，防止脆性相出现。最后进行加压烧结，制取
性能优异的TiC钢结硬质合，制得的合金在结构上较为紧密，具备良好的硬度。

附图说明

[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本
领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它
的附图。其中：

[0021] 图1为GT35材料平衡状态平衡相图示意图(Ti(Cr、Mo)—Fe—C伪三元系状态图通过碳角的垂直截面)。

[0022] 图2为本发明中制备方法超固相烧结粘结相平衡状态时碳的等活度线。

[0023] 图3为本发明中固相熔渗烧结时渗碳熔渗时碳势(μc)及界面能(γ)变化示意图。

[0024] 图4为本发明超固相烧结物料的吸附扩散反应示意图。

[0025] 图5为本发明超固相烧结工艺流程简易图，以GT35材料为例。

[0026] 图6本发明超固相烧结渗剂/骨架的装舟耦合方式。

具体实施方式

[0027] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0028] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的
情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0029] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指
同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

[0030] 实施例1

[0031] 总质量33.80％TiC、3.34％Cr3C2、3.08％Mo2C、56.49％Fe、3.29％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度从
常温升高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa，制得添
加剂，添加剂中包括质量百分数 45.0805％的Cr、45.1540％的Mo和9.7655％的C；所使用的
TiC包括粗TiC和细TiC两种，质量比为粗TiC：细TiC＝66:34，将细TiC和添加剂按照质量比 
68:32的比例进行混合后添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，使用Φ8～12硬质合金球作为
研磨体，再在轨滚动式球磨机中湿磨24h，研磨完成后加入粗TiC 放入球磨筒内并搅拌均
匀，最终过80目筛，得到骨架料；将骨架料在室温逐步加热到1400℃，初始真空度为20Pa的
条件下进行骨架烧结；将Fe和C进行混合，在对应的刚玉维持形状的情况下制得成型的渗
剂；将渗剂和骨架烧结完成后的骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1430℃，初始真空度
20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退
火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100℃)，过共析钢钢结合金
的退火温度T退＝740℃+(50～100℃)，淬火工艺为 800～850℃预热30分钟；960～980℃加
热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，
回火温度为 450～550℃。

[0032] 实施例2

[0033] 总质量33.80％TiC、3.34％Cr3C2、3.08％Mo2C、56.49％Fe、3.29％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度从
常温升高逐渐升高至1250℃并在1250℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa，制得添
加剂，添加剂中包括质量百分数 45.0805％的Cr、45.1540％的Mo和9.7655％的C；所使用的
TiC包括粗TiC和细TiC两种，质量比为粗TiC：细TiC＝66:34，将细TiC和添加剂按照质量比 
68:32的比例进行混合后添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，使用Φ8～12硬质合金球作为
研磨体，再在轨滚动式球磨机中湿磨24h，研磨完成后加入粗TiC 放入球磨筒内并搅拌均
匀，最终过80目筛，得到骨架料；将骨架料在室温逐步加热到1400℃，初始真空度为20Pa的
条件下进行骨架烧结；将Fe和C进行混合，在对应的刚玉维持形状的情况下制得成型的渗
剂；将渗剂和骨架烧结完成后的骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1430℃，初始真空度
20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退
火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100℃)，过共析钢钢结合金
的退火温度T退＝740℃+(50～100℃)，淬火工艺为 800～850℃预热30分钟；960～980℃加
热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，
回火温度为 450～550℃。

[0034] 实施例3

[0035] 总质量33.80％TiC、3.34％Cr3C2、3.08％Mo2C、56.49％Fe、3.29％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度从
常温升高逐渐升高至1350℃并在1350℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa，制得添
加剂，添加剂中包括质量百分数 45.0805％的Cr、45.1540％的Mo和9.7655％的C；所使用的
TiC包括粗TiC和细TiC两种，质量比为粗TiC：细TiC＝66:34，将细TiC和添加剂按照质量比 
68:32的比例进行混合后添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，使用Φ8～12硬质合金球作为
研磨体，再在轨滚动式球磨机中湿磨24h，研磨完成后加入粗TiC 放入球磨筒内并搅拌均
匀，最终过80目筛，得到骨架料；将骨架料在室温逐步加热到1400℃，初始真空度为20Pa的
条件下进行骨架烧结；将Fe和C进行混合，在对应的刚玉维持形状的情况下制得成型的渗
剂；将渗剂和骨架烧结完成后的骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1430℃，初始真空度
20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退
火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100℃)，过共析钢钢结合金
的退火温度T退＝740℃+(50～100℃)，淬火工艺为 800～850℃预热30分钟；960～980℃加
热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，
回火温度为 450～550℃。

[0036] 实施例4

[0037] 总质量33.80％TiC、3.34％Cr3C2、3.08％Mo2C、56.49％Fe、3.29％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度从
常温升高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa，制得添
加剂，添加剂中包括质量百分数 45.0805％的Cr、45.1540％的Mo和9.7655％的C；所使用的
TiC包括粗TiC和细TiC两种，质量比为粗TiC：细TiC＝66:34，将细TiC和添加剂按照质量比 
68:32的比例进行混合后添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，使用Φ8～12硬质合金球作为
研磨体，再在轨滚动式球磨机中湿磨24h，研磨完成后加入粗TiC 放入球磨筒内并搅拌均
匀，最终过80目筛，得到骨架料；将骨架料在室温逐步加热到1450℃，初始真空度为20Pa的
条件下进行骨架烧结；将Fe和C进行混合，在对应的刚玉维持形状的情况下制得成型的渗
剂；将渗剂和骨架烧结完成后的骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1430℃，初始真空度
20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退
火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100℃)，过共析钢钢结合金
的退火温度T退＝740℃+(50～100℃)，淬火工艺为 800～850℃预热30分钟；960～980℃加
热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，
回火温度为 450～550℃。

[0038] 实施例5

[0039] 总质量33.80％TiC、3.34％Cr3C2、3.08％Mo2C、56.49％Fe、3.29％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度从
常温升高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa，制得添
加剂，添加剂中包括质量百分数 45.0805％的Cr、45.1540％的Mo和9.7655％的C；所使用的
TiC包括粗TiC和细TiC两种，质量比为粗TiC：细TiC＝66:34，将细TiC和添加剂按照质量比
68:32的比例进行混合后添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，使用Φ8～12硬质合金球作为
研磨体，再在轨滚动式球磨机中湿磨24h，研磨完成后加入粗TiC 放入球磨筒内并搅拌均
匀，最终过80目筛，得到骨架料；将骨架料在室温逐步加热到1350℃，初始真空度为20Pa的
条件下进行骨架烧结；将Fe和C进行混合，在对应的刚玉维持形状的情况下制得成型的渗
剂；将渗剂和骨架烧结完成后的骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1430℃，初始真空度
20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退
火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100℃)，过共析钢钢结合金
的退火温度T退＝740℃+(50～100℃)，淬火工艺为 800～850℃预热30分钟；960～980℃加
热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，
回火温度为 450～550℃。

[0040] 实施例6

[0041] 总质量33.80％TiC、3.34％Cr3C2、3.08％Mo2C、56.49％Fe、3.29％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度为
从常温升高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa；将Fe
和C作为渗剂进行渗剂混合，渗剂内部放入对应的刚玉，添加细TiC和添加剂，按照重量比
68:32的重量比加入，再添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，Φ8～12硬质合金球作为研磨
体，再在轨滚动式球磨机中湿磨24h，渗剂按照模压的方式成型，将骨架料在室温逐步加热
到1400℃，初始真空度为 20Pa的条件下进行骨架烧结，将渗剂和骨架料进行耦合，从室温
逐步加热到 1400℃，初始真空度20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂
和骨架料进行热处理，热处理的退火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃
+(50～100℃)，过共析钢钢结合金的退火温度T退＝740℃+ (50～100℃)，淬火工艺为800～
850℃预热30分钟；960～980℃加热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间
为0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，回火温度为450～550℃。

[0042] 实施例7

[0043] 总质量33.80％TiC、3.34％Cr3C2、3.08％Mo2C、56.49％Fe、3.29％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度从
常温升高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa，制得添
加剂，添加剂中包括质量百分数 45.0805％的Cr、45.1540％的Mo和9.7655％的C；所使用的
TiC包括粗TiC和细TiC两种，质量比为粗TiC：细TiC＝66:34，将细TiC和添加剂按照质量比 
68:32的比例进行混合后添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，使用Φ8～12硬质合金球作为
研磨体，再在轨滚动式球磨机中湿磨24h，研磨完成后加入粗TiC 放入球磨筒内并搅拌均
匀，最终过80目筛，得到骨架料；将骨架料在室温逐步加热到1400℃，初始真空度为20Pa的
条件下进行骨架烧结；将Fe和C进行混合，在对应的刚玉维持形状的情况下制得成型的渗
剂；将渗剂和骨架烧结完成后的骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1450℃，初始真空度
20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退
火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100℃)，过共析钢钢结合金
的退火温度T退＝740℃+(50～100℃)，淬火工艺为 800～850℃预热30分钟；960～980℃加
热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，
回火温度为 450～550℃。

[0044] 实施例8

[0045] 总质量29.01％TiC、5％Cr3C2、4.61％Mo2C、58％Fe、3.38％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度从常温升
高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa，制得添加剂，
添加剂中包括质量百分数45.0805％的Cr、 45.1540％的Mo和9.7655％的C；所使用的TiC包
括粗TiC和细TiC两种，质量比为粗TiC：细TiC＝66:34，将细TiC和添加剂按照质量比68:32
的比例进行混合后添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，使用Φ8～12硬质合金球作为研磨
体，再在轨滚动式球磨机中湿磨24h，研磨完成后加入粗TiC放入球磨筒内并搅拌均匀，最终
过80目筛，得到骨架料；将骨架料在室温逐步加热到1400℃，初始真空度为20Pa的条件下进
行骨架烧结；将Fe和C进行混合，在对应的刚玉维持形状的情况下制得成型的渗剂；将渗剂
和骨架烧结完成后的骨架料进行耦合，从室温逐步加热到1430℃，初始真空度20Pa，中途充
入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进行热处理，热处理的退火温度设置
为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100℃)，过共析钢钢结合金的退火温度
T退＝740℃+(50～100℃)，淬火工艺为800～850℃预热30分钟； 960～980℃加热保温。采用
盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为 0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，回火温度为
450～550℃。

[0046] 实施例9

[0047] 总质量30.95％TiC、3％Cr3C2、2.76％Mo2C、60％Fe、3.49％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度为从常温
升高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa；将Fe和C作
为渗剂进行渗剂混合，渗剂内部放入对应的刚玉，添加细TiC和添加剂，按照重量比68:32的
重量比加入，再添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，Φ8～12硬质合金球作为研磨体，再在
轨滚动式球磨机中湿磨24h，渗剂按照模压的方式成型，将骨架料在室温逐步加热到1400
℃，初始真空度为 20Pa的条件下进行骨架烧结，将渗剂和骨架料进行耦合，从室温逐步加
热到 1430℃，初始真空度20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架
料进行热处理，热处理的退火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～
100℃)，过共析钢钢结合金的退火温度T退＝740℃+ (50～100℃)，淬火工艺为800～850℃
预热30分钟；960～980℃加热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为
0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，回火温度为450～550℃。

[0048] 实施例10

[0049] 总质量37.48％TiC、5％Cr3C2、4.61％Mo2C、50％Fe、2.91％C作为原料，按照质量比Cr3C2：Mo:C＝48.30:33.10:18.60的比例混合后压团，装炉进行加热，加热的温度为从常温
升高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa；将Fe和C作
为渗剂进行渗剂混合，渗剂内部放入对应的刚玉，添加细TiC和添加剂，按照重量比68:32的
重量比加入，再添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，Φ8～12硬质合金球作为研磨体，再在
轨滚动式球磨机中湿磨24h，渗剂按照模压的方式成型，将骨架料在室温逐步加热到1400
℃，初始真空度为 20Pa的条件下进行骨架烧结，将渗剂和骨架料进行耦合，从室温逐步加
热到 1430℃，初始真空度20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架
料进行热处理，热处理的退火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～
100℃)，过共析钢钢结合金的退火温度T退＝740℃+ (50～100℃)，淬火工艺为800～850℃
预热30分钟；960～980℃加热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为
0.5*工作有效尺寸(mm)分钟，回火温度为450～550℃。

[0050] 实施例11

[0051] 对实施例1～10中制得的合金材料的测量硬度、弹性模量、比电阻、热膨胀系数、抗弯强度、冲击韧性和密度，得到表1。

[0052] 表1制得不同合金材料的硬度、弹性模量、比电阻、热膨胀系数、抗弯强度、冲击韧性和密度数据

[0053]

[0054] 根据表1可得，实施例1中制得合金材料在硬度、弹性模量、比电阻、热膨胀系数、抗弯强度、冲击韧性、密度性能上好于实施例2～10中制得的其他合金，实施例1中列出的材料
配比和加工步骤中的参数设置为优选方案。常规的合金制备技术中当钢中的Mo或W等碳化
物生成元素原子含量≥6～8％时，一般优先形成M6C或M23C6，M6C是一种复杂的立方结构，微
细(＜3μm) 的复杂碳化物晶粒起强化作用，粗大的复杂碳化物是有害的脆性相，进行制备
合金的化学方程式为：

[0055] a[Ti]α+b[Cr]α+c[Mo]α+d[Fe]α+6[C]α＝[Tia·Crb·Moc·Fed·C6](s)

[0056] []α——表示具有活度的原子态；[](s)——表示活度为1的固态复杂碳化物。

[0057] 本发明中制备合金的技术以铬钼钢作为粘结相，以TiC晶粒作为硬质相的合金，按照常规生产方法很容易发生如下反应，首先按反应(4)生成M6C，然后以M6C为核心，碳化物生
成元素沉淀长大形成M23C6脆性相(5)。

[0058] [C]α+3[Mo]α+3[Fe]α→[Mo3Fe3C](s)＝[M6C](s)

[0059] 3[M6C]+5[M]α+3[C]α→[Moc·Crb·Tia·Fed·C6](s)＝[M23C6](s)

[0060] 传统烧结技术中金属元素Mo和Cr无论以单质的形式或以碳化物的形式加入，均会溶于α‑Fe中，并且溶解度较低，符合亨利定律，即活度系数近乎1，按照传统方法制备GT35合
金时，出现M6C和M23C6类的脆性相是不可避免的。

[0061] 传统方法中对于脆性相的消除，常使用最后进行热加工如热锻的方式，只能将粗大的脆性相以大化小，不能消除，本发明根据根据图1中所示W—C—Co 三元系硬质合金推
测成Ti—C—Fe系提供一种脆性相的消除方法，图中的MC 相代表TiC及其取代Ti的Cr和Mo
的碳化物，即溶入TiC的Cr和Mo的碳化物，称为固溶体。制成固溶体后能提高硬质相和粘结
相的化学相容性，改善粘结金属相对碳化物的润湿性。α‑Fe表示奥氏体铁(实际为奥氏体
钢)，L‑Fe 表示液态铁(实际为液态钢)。图中的MC+α‑Fe两相区是硬质合金要求的成分和组
织结构区域，但对GT35来说是可望而不可得，原因有二，其一是奥氏体烧结态会分解析出
M6C和Fe3C；其二两相区碳范围的影响因素很多很复杂而变得既狭窄又漂浮不定，所以按照
传统的方法很难得到只有硬质相+粘结相两相GT35硬质合金。

[0062] 所以，按传统方法生产的GT35钢结硬质合金必须后续以热等静压消除孔隙，并且还要经过热锻使脆性相细化，才能达到性能要求，后期制备成本高昂，工艺复杂，如何设计
合理的制备工艺，制备组织均匀，性能优异的TiC钢结硬质合金具有重要的应用价值。

[0063] 本发明提出的消除脆性相的方法是：超固相烧结粘结相熔渗(简称熔渗法)，其做法结合图1来说明。所谓超固相烧结，就是将烧结反应控制在包晶反应区，即由两条固相线
(MC+α‑Fe和MC+α‑Fe+C)和一条液相线(L‑Fe+MC) 的三角形区域，在此区域内存在α‑Fe和L‑
Fe即固态和液态两种形态的粘结相；在制作GT35烧结坯时，将粘结相做成富碳的Fe‑C熔渗
剂并附着在MC做成的GT35制品坯上一同烧结，发生液态L‑Fe由表至里内聚扩散，这样就在
烧结过程中避开了脆性相生成的条件。

[0064] 在本发明的制备过程当中，合金中的碳与所有成分都有化学相互作用能，即有化学位(μc)，俗称为碳势，它的定义用数式表示

[0065] μc＝RTInαc αc＝fc·c

[0066] 式中αc为碳的活度，c为碳的浓度，为活度系数。超固相烧结粘结相平衡状态时碳的等活度线如图2所示。

[0067] 图中的ΔABC是超固相烧结区，与A、B、C点对应的碳含量分别为1、2 和3点，在此碳含量内的碳等活度线分为三段，在单相区(α‑Fe和L‑Fe)内的等活度线变化率为正(即)，在
两相区内(α‑Fe+L‑Fe)等活度线的变化率为零(即)。

[0068] 熔渗是一种扩散迁移，根据菲克第一定律，物质在单位时间内通过的扩散流 正比于该物质在z方向的浓度梯度和截面积A，用数式表示为：

[0069]

[0070] 单位面积的流量称之为通量(J)

[0071]

[0072] 是扩散物质的浓度梯度，其方向与扩散流的方向相反。D是扩散系数，它是物质扩散迁移的原动力。

[0073] 许多物理现象，如热传导，电传导都遵循菲克第一定律相同的形式，物质化学成分的扩散系数实质上是热力学系数。根据不同的迁移原动力(即扩散系数)对应不同的热力学
因子，现以碳的扩散方程为例进一步分析热力学因子。

[0074]

[0075] 总式中的 分别表示反应系统中的碳的质量迁移扩散、碳的化学位扩散和由碳的吸附引起的界面能扩散的三个分式。与之相对
c u γ
应的扩散系数分别是Dc、Dc和Dc 。三种扩散系数的差异在于热力学因数不同。

[0076] dμc＝RT(dlnfc+dlnC)   (10)

[0077] dγ＝‑Cdμc   (11)

[0078] (11)式表示发生表面吸附后界面能降低的值等于吸附密度(C)与其化学位变量之积。将(9)式简约去dz并对其求dC的导数可得三种扩散系数之间的关系

[0079] 数式中[]内的数式为扩散系数的热力学因数，其中的()内的数式为热力学因子，它主宰扩散迁移的方向。

[0080] 渗碳熔渗时碳势(μc)及界面能(γ)的变化趋势如图3所示。图3中的相区与图2的碳含量相对应，图中的两条曲线均可划分为三个不同的变化区。

[0081] (1)固相烧结区(1‑2区)：此区没有液相，熔融尚未发生，烧结体由 MC骨架和Fe/C粘结剂两种粉体组成，前者具有大量的表面自由能的MC粉末表面缺陷被修复，能量降低。γ
曲线的变化率 后发生渗C反应，μc提高，其变化率

[0082] (2)超固相烧结区(2‑3区)：此区域内发生两类重要反应，即渗碳溶解 (μc提高)和吸附扩散(γ降低)的反应。前者包括两个反应：

[0083] a.渗碳剂的熔融反应Fe(S)+C(S)→L‑Fe(L)

[0084] b.粘结相合金化反应L‑Fe(L)+MC(S)→Fe‑M‑C(S) (α‑Fe)

[0085] 后者的吸附扩散反应示意图见图4。相互接触的两相发生吸附反应，融为一体，液/固界面产生合金化，即固相组元溶入液相生成新的包覆层(α‑Fe)，当继续渗碳或提高温度
使得μc升高后，α‑Fe→L‑Fe，然后生成新的包覆层，周而复始，直到最终完成渗碳过程。

[0086] 从物理学的层面来阐述熔渗扩散原理时，就利用L‑Fe液体对MC和α‑Fe 固体的润湿性和MC骨架多孔体形成的毛细管对液体的吸力效应来解释。

[0087] (3)液相烧结区：将温度提高到常规的液相烧结温度和保持适当的时间，使粘结相完全是液态并达到最好的润湿效果。

[0088] 最后应该提示，为了弥补吸附扩散对合金致密化程度的不足，最终需要采用加压烧结举措。

[0089] 优选的原料比例重量百分比33.80％TiC、3.34％Cr3C2、3.08％Mo2C、 56.49％Fe、3.29％C，优选的加工过程为：将Cr3C2和Fe混合后压团，装炉进行加热，加热的温度为从常温
升高逐渐升高至1300℃并在1300℃保温，随后降低至80℃，初始真空度为20Pa；将Fe和C作
为渗剂进行渗剂混合，渗剂内部放入对应的刚玉，添加细TiC和添加剂，按照重量比68:32的
重量比加入，再添加浓度3.33％聚丙烯作为活化剂，Φ8～12硬质合金球作为研磨体，再在
轨滚动式球磨机中湿磨24h，渗剂按照模压的方式成型，将骨架料在室温逐步加热到1400
℃，初始真空度为20Pa的条件下进行骨架烧结，将渗剂和骨架料进行耦合，从室温逐步加热
到1430℃，初始真空度20Pa，中途充入氩气进行熔渗烧结，熔渗烧结完成的渗剂和骨架料进
行热处理，热处理的退火温度设置为：亚共析钢钢结合金的退火温度T退＝770℃+(50～100
℃)，过共析钢钢结合金的退火温度T退＝740℃+(50～100℃)，淬火工艺为800～850℃预热
30分钟；960～980℃加热保温。采用盐浴炉预热和加热，油作冷却介质，保温时间为 0.5*工
作有效尺寸(mm)分钟，回火温度为450～550℃。

[0090] 本发明通过对于传统的合金制作中的脆性相生成的避免，使用了一种制备合金的技术，通过对于脆性相生成的避免实现了较高硬度的合金的生成，本发明中将硬质合金的
硬质相成分做成烧结坯体，将高碳的粘结相成分作为熔渗剂并依附在坯体的表面，把两者
烧结到粘结金属处于固液共存的较低温度下，使熔融的那部分高碳熔液自表至里迁移扩
散。自始至终保持表层具有足够高的碳势，维持粘结相内聚迁移，直到硬质合金致密化。采
用熔渗法制备优质的硬质合金的充分条件是：利用含表面活性剂的水溶液作湿磨介质，使
坯体粉料发生机械化学合金化，提高硬质合金成分的化学相容性，降低烧结温度，防止脆性
相出现。最后进行加压烧结，制取性能优异的TiC钢结硬质合，制得的合金在结构上较为紧
密，具备良好的硬度，此外生成的合金在硬度、弹性模量、比电阻、热膨胀系数、抗弯强度、冲
击韧性、密度上均具备良好的参数，是一种性能优异的合金材料。

[0091] 应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术
方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发
明的权利要求范围当中。