一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属陶瓷材料技术领域，更具体的是涉及高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金技术领域。

背景技术

近年来矿山、冶金、水泥等行业向大型化发展，在建材、火力发电、冶金矿山及装备制造等工业领域中，国内外每年因磨损造成产品失效直接经济损失达数百亿甚至超过千亿元人民币，其中仅消耗磨料磨损每年就达数百万吨金属的耐磨材料，目前每年仍以15％的速度在增长。据我国冶金、煤炭、电力等行业的不完全统计，作业环境为泥沙、粉尘、矿石等介质的金属机件，金属磨损是造成机械零件失效的主要原因之一，损失十分惊人，每年被磨损金属材料的重量达三百万吨以上，损失高达几十亿元人民币。资料显示，因磨损导致世界一次能源损失了近三分之一。为了防止发生断裂失效，造成停机或者安全事故，通常采用韧性极佳高锰钢来制造，但高锰钢由于自身强度不足，在使用过程中塑性变形，在形变应力的作用下可导致安装螺栓被剪断飞出，造成重大安全隐患。具有高耐磨、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等新型材料的研发是解决的一项重要任务，具有重要的经济意义和社会意义。

钢结硬质合金最早由美国铬合金公司于20世纪60年代研制成功并投入工业生产，随后许多工业国家纷纷涉足这一领域，主要以难溶金属碳化物(主要有WC、TiC等)为硬质相，采用钢作粘结相并利用粉末冶金方法生产的介于硬质合金和合金工具钢、模具钢及高速钢之间的高寿命模具材料和工程材料。钢结硬质合金的硬质相一般占合金总质量的30％～50％，其余部分为钢基体。

目前我国市场上销售的其成分和性能仍然是《钢结硬质合金》一书中所表述的TM60和TM52两个牌号。虽然有足够的强度和加工硬化效果，但硬度仍显偏低，如TM52的硬度只有HRC45～58，在某些工况条件下耐磨性不够，使得工程技术人员不得不去选择昂贵的WC-Co硬质合金。高锰钢具有“以柔克刚”的特性，成为重要耐磨材料的关键，但其自身硬度不高，在强冲击或大压应力的作用下，其表层能迅速通过变形硬化，从而产生高硬度和高耐磨的表面层。高锰钢这一特殊的性能使其长期以来广泛应用于各种机械设备上，如破碎机锤头、挖掘机斗齿、铁路道岔等。然而，随着工业工况越来越复杂，耐磨锰钢的缺点逐渐暴露出来。如在破碎机衬板、轧臼壁等低冲击的服役条件下，高锰钢耐磨性能降低从而服役寿命较短，不能满足高端破碎粉磨装备的要求。现用的TiC高锰钢钢结硬质合金如TM52和钢TM60，虽然其内部的强化后的高锰钢合金能起到一定的增强韧性和抗冲击作用，但仍存在高冲击下强度、韧性不足，硬度低导致耐磨性不高，而且TM52钢结硬质合金还是容易发生形变或者断裂等技术问题，会进一步影响内部高锰钢的实际组织和力学性能。近年来，国内外开展了采用原位合成法制备钢结硬质合金，但在增强颗粒只限于特定基体中的热力学稳定的粒子；生成的相比较复杂、不易控制；颗粒大小、形状受形核、长大过程的动力学控制，且原位颗粒形成以后，在铸造过程中常会偏析于枝晶问隙或晶粒边界，对材料组织和性能产生不良影响，而且工艺性差，制备成本比现有工艺高，不适于规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有高锰钢结硬质合金，在冲击较高时，由于韧性不足导致断裂破损和硬度不高使材料磨损率大大加快的问题，本发明提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金及其制备方法。本发明开发的一种高强韧高耐磨钛基钢结金属陶瓷合金，能有效防止发生断裂、开裂及低寿命等突发失效方式，还能够保持足够的刚性，防止材料过度变形，且能够具有优异耐磨性能，具有极为重要的工程应用价值。TiC高锰钢复合材料是陶瓷TiC与金属高锰钢组元之间粉末冶金形成的一种复合材料，这种材料的硬度、耐磨性、强度和韧性介于传统硬质合金和高速钢之间，因此有效地填补硬质合金和钢材之间的空白。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：

硬质相粉末：35～85％ TiC，粉末FSSS粒度2.5-6.0微米；

强化相粉末：1.5～10％ WC，粉末FSSS粒度不大于12.0微米；

0～5％ TiN，粉末FSSS粒度不大于3.5微米；

0～5％ Ti(C,N)，粉末FSSS粒度不大于3.5微米；

粘结相粉末：0～5％ Ni，粉末FSSS粒度不大于3.0微米；

0～5％ Co，粉末FSSS粒度不大于3.0微米；

0～25％ Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

10～30％ Mn-Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

0～20％ Mo-Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

0～20％ Cr-Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

0～5％ Si-Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

界面强化粉末：0～5％ ReNi，粉末FSSS粒度不大于3.0微米；

0～1.5％炭黑微米粉末；

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为45～85％，Mo占Mo-Fe的质量百分比为40～80％，Cr占Cr-Fe的质量百分比为50～80％；Si占Si-Fe的质量百分比为50～80％；Re占ReNi的质量百分比为5％～15％。

优选的，一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：

硬质相粉末：35～82％ TiC，粉末FSSS粒度2.5-6.0微米；

强化相粉末：1.5～10％ WC，粉末FSSS粒度不大于12.0微米；

1～5％ TiN，粉末FSSS粒度不大于3.5微米；

0～5％ Ti(C,N)，粉末FSSS粒度不大于3.5微米；

粘结相粉末：1～5％ Ni，粉末FSSS粒度不大于3.0微米；

1～5％ Co，粉末FSSS粒度不大于3.0微米；

5～25％ Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

10～25％ Mn-Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

2.5～20％ Mo-Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

0～10％ Cr-Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

0.20～3％ Si-Fe，粉末FSSS粒度不大于100.0微米；

界面强化粉末：0.1～5％ ReNi，粉末FSSS粒度不大于3.0微米；

0.5～1.5％炭黑微米粉末。

更为优选的，所述的一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按重量百分比计，包括如下组分：

硬质相粉末：40～70％ TiC，粉末FSSS粒度2.5-4.5微米；

强化相粉末：2.5～8％ WC，粉末FSSS粒度2.5-10.0微米；

1～2.5％ TiN，粉末FSSS粒度1.0-2.5微米；

1～2.5％ Ti(C,N),粉末FSSS粒度1.0-2.5微米；

粘结相粉末：1.5～3.5％ Ni，粉末FSSS粒度1.5-3.5微米；

1～3％ Co，粉末FSSS粒度1.5-3.0微米；

5～15％ Fe，粉末FSSS粒度45.0-75.0微米，

15～25％Mn-Fe，粉末FSSS粒度45.0-75.0微米，

2.5～10％ Mo-Fe，粉末FSSS粒度45.0-75.0微米，

2～8％ Cr-Fe，粉末FSSS粒度45.0-75.0微米；

0.25～2.0％ Si-Fe，粉末FSSS粒度45.0-75.0微米；

界面强化粉末：0.5～2％ ReNi，粉末FSSS粒度不大于3.0微米；

0.5～1.0％炭黑粉末。

所述的一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取个原料粉末并进行混合(即为混合料总量)，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；

步骤2、将预备原料装入球磨机的研磨硬质合金或不锈钢球磨罐内，加入溶剂进行球磨后获得混合料浆；

步骤3、将混合料浆干燥(70-100℃，1-2h)后经过200～300目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金。

进一步的，步骤1中，分散剂为十二烷基苯璜酸、硬质酸或乙索敏，其占混合料总量的质量分数为0.1～0.5％；成型剂为橡胶、石蜡或PEG中任一种，占混合料总量的质量分数为2.5～5％，溶剂包括汽油、乙二醇或己烷，溶剂与混合料总量的体积质量比为280～400ml:1kg。

进一步的，步骤2中球磨机为滚动型球磨机，所述硬质合金球的球径为6.25～10mm，球料比为2.5～5：l；所述球磨机的球磨转速为70～80转/分钟，球磨时间为16～48h。

进一步的，步骤4中压制的压强为150～200Mpa，保压时间为5～120s。

进一步的，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至80-100℃，保温30-60min，抽真空至10Pa以下，升温至380～450℃，升温的速度不超过5℃/min，在380～450℃，保温50～120min。

进一步的，固相烧结阶段中加热温度由380～450℃升温至1200～1250℃，加热速率不超过10℃/min，在烧结温度达到900～1120℃时，保温30～60min，在烧结温度达到1200～1250℃时，保温30～60min。

进一步的，固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以2～5℃/min的升温速率将温度升高至1340～1480℃，液相烧结阶段的保温时间为45～90min，同时通入1～5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用高硬度TiC颗粒和生成高锰钢粘结基体的多元粉末混合制备高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，其硬质相与粘结相界面结合性更好，具有更佳的冲击韧性，TiC和WC能有效增强所形成的高锰钢粘结相基复合材料，W元素能固溶和强化粘结相，提高材质硬度并改善其耐磨性。TiCN和TiN用于细化TiC晶粒，提高韧性和增加硬质颗粒的硬度。碳含量较高能提高钢的硬度、强度和耐磨性，但碳含量过高会降低韧性并增大开裂倾向，因此碳含量以1.15-1.25％范围最为合适；以Fe锰合金粉末添加到粘结相中，当钢中碳含量一定时，随着锰含量的提高，粘结相的组织结构慢慢由珠光体型变成马氏体型最后转变为奥氏体型。锰元素固溶于奥氏体中引起固溶强化，能促进奥氏体生长，改善奥氏体稳定性。锰、碳比(Mn/C)控制在8-10，铁硅合金粉末方式的加入硅元素其提高强冲击条件下材质的耐磨损性；铁铬粉末添加铬元素形成连续固溶体，溶于奥氏体后提高合金基体的屈服强度，以保证获得优异综合性能；ReNi粉末方式加入Re元素能阻碍晶粒长大和晶界裂纹形成和发展，有效地减弱树状晶的生长，从而显著提高钢的韧性，加工硬化的能力提高，明显地改善了高锰钢的耐磨性。

2、本发明所述方法相比于采用WC作为硬质相的钢结硬质合金，TiC基钢结硬质合金具有明显的优势，从成本上看，Ti比W资源更加丰富，且TiC粉体制备工艺简单导致其总体价格便宜，成本低；从制品产品性性能看，TiC的密度低，为4.8～6.5g/cm3，而WC的密度为14.9～15.4g/cm

3、本发明所述方法从制备过程来看，采用钢粉末作粘结相，在烧结温度比硬质合金低50～100℃，晶粒长大的倾向性小，并且具有高温条件下塑性变形能力，使用性能优异，从后续可加工性来看，钢结硬质合金制品可根据需要进行各种机械加工、热处理、锻造和焊接，可获得工模具材料要求的强度、硬度、韧性等使用性能，大大提高了模具的耐磨性，在机械、矿冶、建筑、军事、航空航天等领域中作为耐磨零件也发挥着重要作用，广泛用于模具和切削刀具领域，如制作切削刀具、凿岩工具、采掘工具、钻探工具、测量量具、耐磨零件、金属磨具、汽缸衬里、精密轴承、火箭喷嘴、五金模具。

4、本发明所述方法从加工制品来看，采用TiC高锰钢复合材料可采用较为常用的镶铸工艺和堆焊工艺来深加工完成，如大型粉碎机锤头和工程钻机钻头，将TiC高锰钢钢结硬质合金镶铸在耐磨构件的工作面上和将小块TiC高锰钢钢结硬质合金焊接在钢构件上，实现在建材行业和采矿工业中的应用，更换方便，如：粉碎机上的轮齿、轧钢机上的轧辊、喷气发动机的燃油泵转子和叶片、载人飞船导航系统中的气体轴承等；

5、本发明所制备的高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金具有密度低，硬度高，耐磨损，等优异的物理机械性能，其制备工艺简便，操作方便、烧结周期可控性强、工艺成本低、能广泛应用于工业化生产，具有极高的性价比，其制备金属陶瓷合金可为广泛应用工模具材料提供良好的初始组织状态和优异综合性能基体，是一种有效地填补硬质合金和钢材之间的空白，能大大节省了贵重金属如W，Co，Ta等战略合金元素的使用，有效地降低了合金的生产成本。

附图说明

图1为本发明中实施例1的合金的500倍下的扫描电镜图。

图2为本发明中实施例1的合金的1000倍下的扫描电镜图。

图3为本发明中实施例2的合金的1000倍下的扫描电镜图。

图4为本发明中实施例3的合金的1000倍下的扫描电镜图。

图5为本发明中实施例4的合金的500倍下的扫描电镜图。

图6为本发明中实施例4的合金的1000倍下的扫描电镜图。

图7为本发明中实施例5的合金的1000倍下的扫描电镜图。

图8为本发明中实施例6的合金的500倍下的扫描电镜图。

图9为本发明中实施例6的合金的1000倍下的扫描电镜图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1到2所示，本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：54％ TiC，粉末粒度FSSS为3微米，3％WC，粉末粒度FSSS为8微米，2.5％ TiN，粉末粒度FSSS为2微米，2.5％ Ni，粉末粒度FSSS为1.5微米，2％ Co，粉末粒度FSSS为1.5微米，10％ Fe，粉末粒度FSSS为75微米，10％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为80微米，9％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为70微米，1％ Cr-Fe，粉末粒度FSSS为90微米，2％ Si-Fe，粉末FSSS粒度为85微米，3％ ReNi，粉末粒度FSSS为2微米，1％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为80％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为40％；Cr占Cr-Fe的质量百分比为50％；Si占Si-Fe的质量百分比为50％；Re占ReNi的质量百分比为5％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.2％；成型剂为石蜡，占混合料总量的质量分数为3％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，加入溶剂并进行球磨后获得混合料浆，溶剂为己烷，己烷与混合料总量的体积质量比为300ml:1kg，硬质合金球的球径为9mm，球料比为3：l；所述球磨机的球磨转速为75转/分钟，球磨时间为32h；

步骤3、将混合料浆干燥(78℃，1.6h)后经过250目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为180Mpa，保压时间为60s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至90℃，保温40min，抽真空至8Pa以下，升温至400℃，升温的速度不超过5℃/min，在400℃，保温80min；固相烧结阶段中加热温度由400℃升温至1250℃，加热速率不超过5℃/min，在烧结温度达到1120℃时，保温30min，在烧结温度达到1250℃时，保温30min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以2.5℃/min的升温速率将温度升高至1420℃，液相烧结阶段的保温时间为60min，同时通入4MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

实施例2

如图3所示，本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：56％ TiC，粉末粒度FSSS为2.5微米，3％ WC，粉末粒度FSSS为3微米，1％ Ti(C,N)，粉末粒度FSSS为1.5微米，1.5％ Ni，粉末粒度FSSS为1.5微米，1.5％ Co，粉末粒度FSSS为1.5微米，6％ Fe，粉末粒度FSSS为50微米，25％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为60微米，2％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为65微米，1％ Cr-Fe，粉末粒度FSSS为60微米，1％ Si-Fe，粉末FSSS粒度为55微米，1％ ReNi，粉末粒度FSSS为1.5微米，1％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为45％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为50％；Cr占Cr-Fe的质量百分比为80％；Si占Si-Fe的质量百分比为80％；Re占ReNi的质量百分比为15％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.1％；成型剂为石蜡，占混合料总量的质量分数为2.5％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，加入溶剂并进行球磨后获得混合料浆，溶剂为己烷，己烷与混合料总量的体积质量比为280ml:1kg，硬质合金球的球径为6.25mm，球料比为2.5：l；所述球磨机的球磨转速为70转/分钟，球磨时间为48h；

步骤3、将混合料浆干燥(70℃，2h)后经过200目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为150Mpa，保压时间为120s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至80℃，保温50min，抽真空至7Pa以下，升温至380℃，升温的速度不超过5℃/min，在380℃，保温120min；固相烧结阶段中加热温度由380℃升温至1200℃，加热速率不超过8℃/min，在烧结温度达到900℃时，保温60min，在烧结温度达到1200℃时，保温60min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以2℃/min的升温速率将温度升高至1340℃，液相烧结阶段的保温时间为90min，同时通入1MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

图3中，1为TiC硬质相，2-高锰钢组组元形成粘结相，3-强化相。

实施例3

如图4所示，本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：65％ TiC，粉末粒度FSSS为4.5微米，4％ WC，粉末粒度FSSS为6微米，2％ TiN，粉末粒度FSSS为2微米，1％ Ni，粉末粒度FSSS为2.5微米，1％ Co，粉末粒度FSSS为2.5微米，6％ Fe，粉末粒度FSSS为65微米，13.5％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为70微米，5％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为70微米，0.5％ Si-Fe，粉末FSSS粒度65微米，1％ ReNi，粉末粒度FSSS为2微米，1％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为70％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为80％；Cr占Cr-Fe的质量百分比为70％；Si占Si-Fe的质量百分比为60％；Re占ReNi的质量百分比为10％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.3％；成型剂为石蜡，占混合料总量的质量分数为3.5％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，进行球磨后获得混合料浆，溶剂为汽油，汽油与混合料总量的体积质量比为320ml:1kg，硬质合金球的球径为7mm，球料比为3.5：l；所述球磨机的球磨转速为72转/分钟，球磨时间为25h；

步骤3、将混合料浆干燥(72℃，1.8h)后经过220目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为160Mpa，保压时间为100s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至85℃，保温45min，抽真空至6Pa以下，升温至400℃，升温的速度不超过5℃/min，在400℃，保温100min；固相烧结阶段中加热温度由400℃升温至1220℃，加热速率不超过8℃/min，在烧结温度达到950℃时，保温50min，在烧结温度达到1220℃时，保温50min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以3℃/min的升温速率将温度升高至1380℃，液相烧结阶段的保温时间为70min，同时通入3MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

实施例4

如图5到6所示，本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：40％ TiC，粉末粒度FSSS为4微米，8％WC，粉末粒度FSSS为10微米，4％ Ti(C,N)，粉末粒度FSSS为2.5微米，3％Ni，粉末粒度FSSS为2微米，4％ Co，粉末粒度FSSS为3微米，12％ Fe，粉末粒度FSSS为50微米，14％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为75微米，10％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为75微米，1.5％ Si-Fe，粉末FSSS粒度为75微米，2％ ReNi，粉末粒度FSSS为2.5微米，1.5％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为72％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为55％；Cr占Cr-Fe的质量百分比为65％；Si占Si-Fe的质量百分比为50％；Re占ReNi的质量百分比为5％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.3％；成型剂为橡胶，橡胶占混合料总量的质量分数为3.5％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，加入溶剂并进行球磨后获得混合料浆，溶剂为己烷，己烷与混合料总量的体积质量比为360ml:1kg，硬质合金球的球径为8mm，球料比为3.5：l；所述球磨机的球磨转速为76转/分钟，球磨时间为28h；

步骤3、将混合料浆干燥(80℃，1.2h)后经过250目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为200Mpa，保压时间为15s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至95℃，保温35min，抽真空至6Pa以下，升温至420℃，升温的速度不超过4℃/min，在420℃，保温70min；固相烧结阶段中加热温度由420℃升温至1240℃，加热速率不超过6℃/min，在烧结温度达到1000℃时，保温40min，在烧结温度达到1240℃时，保温40min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以4℃/min的升温速率将温度升高至1400℃，液相烧结阶段的保温时间为50min，同时通入3MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

实施例5

如图7所示，本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：35％ TiC，粉末粒度FSSS为6微米，9％ WC，粉末粒度FSSS为10微米，4.5％ Ti(C,N)，粉末粒度FSSS为3微米，4％ Ni，粉末粒度FSSS为2.5微米，3.5％ Co，粉末粒度FSSS为2.5微米，12％ Fe，粉末粒度FSSS为95微米，15％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为95微米，10％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为90微米，3％ Si-Fe，粉末FSSS粒度为85微米，2.5％ ReNi，粉末粒度FSSS为2.5微米，1.5％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为65％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为40％；Si占Si-Fe的质量百分比为50％；Re占ReNi的质量百分比为5％％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.5％；成型剂为PEG，PEG占混合料总量的质量分数为5％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，加入溶剂并进行球磨后获得混合料浆，溶剂为乙二醇，乙二醇与混合料总量的体积质量比为300ml:1kg，硬质合金球的球径为10mm，球料比为5：l；所述球磨机的球磨转速为75转/分钟，球磨时间为40h；

步骤3、将混合料浆干燥(80℃，1.4h)后经过300目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为200Mpa，保压时间为20s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至100℃，保温30min，抽真空至6Pa以下，升温至450℃，升温的速度不超过4℃/min，在450℃，保温50min；固相烧结阶段中加热温度由450℃升温至1250℃，加热速率不超过8℃/min，在烧结温度达到1120℃时，保温30min，在烧结温度达到1250℃时，保温30min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以4℃/min的升温速率将温度升高至1480℃，液相烧结阶段的保温时间为45min，同时通入4MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

实施例6

如图8到9所示，本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：80％ TiC，粉末粒度FSSS为4微米，2％WC，粉末粒度FSSS为10微米，1.5％ TiN，粉末粒度FSSS为3微米，1.5％ Ni，粉末粒度FSSS为2.5微米，1.5％ Co，粉末粒度FSSS为2.5微米，4％ Fe，粉末粒度FSSS为90微米，4％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为95微米，3％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为95微米，1％ Cr-Fe，粉末粒度FSSS为95微米，0.5％ Si-Fe，粉末FSSS粒度为90微米，0.5％ ReNi，粉末粒度FSSS为2.5微米，0.5％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为85％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为40％；Cr占Cr-Fe的质量百分比为50％；Si占Si-Fe的质量百分比为80％；Re占ReNi的质量百分比为15％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.3％；成型剂为PEG，PEG占混合料总量的质量分数为4％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，加入溶剂并进行球磨后获得混合料浆，溶剂为乙二醇，乙二醇与混合料总量的体积质量比为380ml:1kg，硬质合金球的球径为8mm，球料比为4：l；所述球磨机的球磨转速为76转/分钟，球磨时间为35h；

步骤3、将混合料浆干燥(75℃，1.8h)后经过280目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为170Mpa，保压时间为45s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至85℃，保温45min，抽真空至6Pa以下，升温至420℃，升温的速度不超过5℃/min，在420℃，保温70min；固相烧结阶段中加热温度由420℃升温至1220℃，加热速率不超过6℃/min，在烧结温度达到1100℃时，保温35min，在烧结温度达到1220℃时，保温35min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以3℃/min的升温速率将温度升高至1400℃，液相烧结阶段的保温时间为70min，同时通入3MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

实施例7

本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：85％ TiC，粉末粒度FSSS为2.5微米，1.5％ WC，粉末粒度FSSS为3微米，1％TiN，粉末粒度FSSS为1.5微米，1％ Ni，粉末粒度FSSS为2微米，1％ Co，粉末粒度FSSS为2微米，2％ Fe，粉末粒度FSSS为96微米，4.5％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为97微米，1.5％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为95微米，0.5％ Cr-Fe，粉末粒度FSSS为90微米，0.5％ Si-Fe，粉末FSSS粒度为92微米，1％ ReNi，粉末粒度FSSS为2.5微米，0.5％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为85％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为80％；Cr占Cr-Fe的质量百分比为80％；Si占Si-Fe的质量百分比为80％；Re占ReNi的质量百分比为15％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.3％；成型剂为PEG，PEG占混合料总量的质量分数为4％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，加入溶剂并进行球磨后获得混合料浆，溶剂为乙二醇，乙二醇与混合料总量的体积质量比为400ml:1kg，硬质合金球的球径为8mm，球料比为4：l；所述球磨机的球磨转速为78转/分钟，球磨时间为32h；

步骤3、将混合料浆干燥(80℃，1.2h)后经过200～300目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为180Mpa，保压时间为60s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至95℃，保温35min，抽真空至8Pa以下，升温至440℃，升温的速度不超过5℃/min，在440℃，保温60min；固相烧结阶段中加热温度由440℃升温至1230℃，加热速率不超过6℃/min，在烧结温度达到1000℃时，保温50min，在烧结温度达到1230℃时，保温45min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以3.5℃/min的升温速率将温度升高至1450℃，液相烧结阶段的保温时间为50min，同时通入3.5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

实施例8

本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：50％ TiC，粉末粒度FSSS为5微米，6％ WC，粉末粒度FSSS为5微米，1.5％ TiN，粉末粒度FSSS为2.5微米，1.5％ Ti(C,N)，粉末粒度FSSS为2.5微米，3.5％ Ni，粉末粒度FSSS为2微米，2％ Co，粉末粒度FSSS为2微米，10％ Fe，粉末粒度FSSS为60微米，12％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为70微米，10％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为65微米，1％ Si-Fe，粉末FSSS粒度为55微米，1.5％ ReNi，粉末粒度FSSS为2.5微米，1％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为65％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为40％；Si占Si-Fe的质量百分比为50％；Re占ReNi的质量百分比为10％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂及溶剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.3％；成型剂为PEG，PEG占混合料总量的质量分数为4％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，加入溶剂并进行球磨后获得混合料浆，溶剂为乙二醇，乙二醇与混合料总量的体积质量比为340ml:1kg，硬质合金球的球径为8mm，球料比为4：l；所述球磨机的球磨转速为78转/分钟，球磨时间为25h；

步骤3、将混合料浆干燥(90℃，1.3h)后经过280目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为190Mpa，保压时间为45s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至85℃，保温45min，抽真空至6Pa以下，升温至410℃，升温的速度不超过5℃/min，在410℃，保温75min；固相烧结阶段中加热温度由410℃升温至1220℃，加热速率不超过6℃/min，在烧结温度达到980℃时，保温40min，在烧结温度达到1220℃时，保温45min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以2.5℃/min的升温速率将温度升高至1460℃，液相烧结阶段的保温时间为50min，同时通入3MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

实施例9

本实施例提供一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金，按质量百分比计，包括如下组分：75％ TiC，粉末粒度FSSS为2.5微米，4％ WC，粉末粒度FSSS为6微米，1.5％TiN，粉末粒度FSSS为1.5微米，1.5％ Ni，粉末粒度FSSS为1微米，1.5％ Co，粉末粒度FSSS为1微米，5％ Fe，粉末粒度FSSS为80微米，4％ Mn-Fe，粉末粒度FSSS为70微米，3％ Mo-Fe，粉末粒度FSSS为80微米，1.5％ Cr-Fe，粉末粒度FSSS为80微米，0.5％ Si-Fe，粉末FSSS粒度为65微米，1.5％ ReNi，粉末粒度FSSS为1微米，1％炭黑微米粉末。

所述Fe粉为羰基铁粉末或还原铁粉末；Mn占Mn-Fe的质量百分比为85％；Mo占Mo-Fe的质量百分比为40％；Cr占Cr-Fe的质量百分比为65％；Si占Si-Fe的质量百分比为72％；Re占ReNi的质量百分比为7％％。

上述一种高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、按上述重量百分比称取各原料粉末并进行混合，加入分散剂、成型剂，混合均匀后得预备原料；分散剂为十二烷基苯璜酸，其占混合料总量的质量分数为0.2％；成型剂为PEG，PEG占混合料总量的质量分数为3.5％；

步骤2、将预备原料装入滚动型球磨机的研磨硬质合金球磨罐内，加入溶剂并进行球磨后获得混合料浆，溶剂包括乙二醇，乙二醇与混合料总量的体积质量比为380ml:1kg，硬质合金球的球径为7mm，球料比为3.5：l；所述球磨机的球磨转速为73转/分钟，球磨时间为40h；

步骤3、将混合料浆干燥(100℃，1h)后经过280目进行滤筛或喷雾制粒；

步骤4、将过筛后的混合物料或干燥后制粒粉末直接装入模具中压制成坯料，压制的压强为170Mpa，保压时间为80s；

步骤5、先将模压成型的坯料装入烧结炉，并依次进入加热脱脂阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段，液相烧结结束后进入随炉冷却阶段，然后出炉取出高强韧高耐磨轻质钛基钢结金属陶瓷合金，其中，加热脱脂阶段按预热、抽真空、升温及保温工序进行，预热至85℃，保温60min，抽真空至6Pa以下，升温至430℃，升温的速度不超过5℃/min，在430℃，保温90min；固相烧结阶段中加热温度由430℃升温至1240℃，加热速率不超过8℃/min，在烧结温度达到1080℃时，保温35min，在烧结温度达到1240℃时，保温35min；固相烧结阶段完成后进入液相烧结阶段时，以4℃/min的升温速率将温度升高至1460℃，液相烧结阶段的保温时间为50min，同时通入3MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％。

为了对本发明各个实施例得到的高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金的性质进行验证，以上述各实施例的产品进行相关参数的测定，本次试验选用5～7块试样结果平均值为测试结果。对比例是质量分数为42％T i C，余量采用高锰钢合金粉末为粘结相。

表1高强韧高耐磨钛基高锰钢钢结陶瓷合金与传统MT52合金的耐磨性能试验

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。由表1知，本申请制备的高锰钢钢结陶瓷合金具有高强度、高硬度及良好的断裂韧性,与对比例相比，其指标抗弯强度提高了15％～20％，硬度提高了20％～40％，断裂韧性提高了20％～45％。