br>[0052] 上述的大部分过渡金属耐火材料被归类为"反应元素"，即，个体金属元素和/或 其碳化物、氮化物或硼化物化合物形式在约1500°C的金属铸造温度下易于与空气反应而形 成不需要的金属氧化物和/或大量气体诸如CO 2，其可在铸件中导致严重的多孔性。在硬金 属铸件中的氧化和多孔性的问题（其由液体金属浆液产生并与升高的温度下反应性耐火 材料在空气中化学反应相关）通过在惰性气氛中熔化和倾倒液体金属浆液而得以克服。
[0053] 选择相比主体金属具有较低的热膨胀或收缩的耐火材料颗粒
[0054] 在文献中已经对硬金属材料中耐火颗粒与主体金属之间的不佳粘合进行了不同 地报告。申请人没有发现在由申请人评价的耐火颗粒与大范围的主体金属之间的不佳粘合 的迹象。尽管不希望束缚于下述观点，所观察到的优良粘合很大部分上被申请人归因于在 硬金属材料铸造过程中采用了惰性气氛，以及在从固相线向环境温度的冷却过程中相比主 体金属的热收缩低得多、通常低约50%的过渡金属耐火颗粒的热收缩，这在耐火材料颗粒 上产生压缩力，在固化时该压缩力将颗粒牢固地保持在主体金属中。已经发现由申请人在 惰性气氛中生产的硬金属材料铸件中的所有耐火颗粒处于压缩荷载下，这确保了与主体金 属的紧密接触和优良粘合。
[0055] 耐火材料的密度
[0056] 颗粒耐火材料的密度与液态的主体金属的密度相比，是本发明方法过程中要考虑 的参数，以便控制耐火颗粒在热主体金属中的分散。在一些情况中，可能重要的是避免液体 主体金属中的耐火材料颗粒分离。在其他情况中，分离可能是期望的。例如，主体铁基液体 金属在1400°C的标称密度是6. 9g/cc。当将密度为15. 7g/cc的碳化钨颗粒添加至主体铁 基金属时，在主体金属固化之前该WC颗粒将沉到模具的底部。当将密度为4. 8g/cc的碳化 钛颗粒添加至同样的主体铁基金属时，该TiC颗粒将漂浮到铸桶或模具的顶部。1400°C时 密度为7. 7g/cc的碳化铌相当接近于6. 9g/cc的主体液体金属的密度，并且相比TiC或WC 在液体主体金属中不易于分离。然而，申请人已经观察到，当固化时间处于30分钟或以上 的级数时，在本发明的方法过程中，NbC颗粒将分离到大段白口铁铸件的底部。如在下面更 详细描述的，碳化铌和碳化钛具有相似的晶体结构而且是同晶的。在（Nb, Ti)C化合物中选 择所需的Nb/Ti比产生在铸造温度下具有在4. 8-7. 7g/cc范围内的任何所述密度的耐火材 料。使固体耐火颗粒与液体主体金属的密度在铸造温度下相匹配消除了在本发明方法过程 中出现的微粒在熔体中的分离。
[0057] 耐火材料的溶度
[0058] 按照本发明的方法，添加耐火材料颗粒（对于所有意图和目的，其是不溶的，即， 在主体液体金属中具有最低限度的固体溶度）而产生铸件生产出一种硬金属材料，其展示 出非常类似于主体金属的物理和化学性质，且由于存在着高体积百分比的硬耐火材料颗粒 在微结构中的受控分散，其具有显著改善的耐磨性。
[0059] 例如，在升高的温度下，形式为（Nb, Ti) C的耐火材料在形式为（a)液体哈德菲尔 高锰钢和（b)液体316不锈钢和（c)液体高铬白口铁的液体主体金属中溶度是可忽略的 (〈0. 3wt%)。将15wt%具有所需密度的（Nb，Ti)C添加至这三种金属中，然后对每种主体 金属进行标准化热处理步骤，生产出由15vol %主碳化铌-钛在主体金属中的均匀分散体 组成的微结构，所述主体金属基本不含铌和钛，即，耐火材料浆液颗粒中的过渡金属向主体 金属的分配是可忽略的。
[0060] 因此，颗粒耐火材料对主体金属的热处理的化学作用和反应的影响是可忽略的。
[0061] 通过本发明方法生产的三种硬金属材料分别展示出（a)哈德菲尔高锰钢、（b) 316 不锈钢和（c)高铬白口铁的已知的物理和化学性质，且由于存在15vo 1 %主碳化铌-钛在微 结构中的分散体而具有增加的耐磨性。
[0062] 除上述之外，特别地，申请人已经发现，提供具有微结构且包括分散于主体金属基 质中的碳化铌颗粒和/或碳化铌和碳化钛的化学（与物理相对）混合物颗粒的硬金属材 料，显著改进该硬金属材料的耐磨性，而不会不利地影响其他合金化元素对该硬金属材料 的其他性质所具有的贡献。
[0063] 另外，特别地，申请人已经发现，能够将碳化铌和碳化钛的化学混合物的颗粒密度 调整至与形成硬金属材料基质的主体金属的密度有关的足够程度，以便使得能够选择性控 制颗粒在基质中分散，从颗粒的均匀分散到颗粒的非均匀分散。这种密度控制机会是与硬 金属材料铸件相关的重要发现。特别地，由于这种发现，现在能够生产出颗粒在铸件的部件 中受控分离的硬金属材料铸件。这对于铸件的一些终端用途应用而言是重要的，诸如期望 在硬金属材料的铸件表面附近具有高耐磨颗粒浓度的情况中。同样，在铸件的其他最终用 途应用中，期望具有颗粒在铸件基质中的均匀分散。
[0064] 另外，申请人已经发现，形成硬金属材料或该材料的铸件，以包含分散于主体金属 (其形成硬金属材料的基质）中的l〇-25wt%、甚或高达33wt%或更高的碳化银颗粒和/或 碳化铌和碳化钛的化学混合物颗粒，对主体金属中的铁基材料的耐腐蚀性和硬度不会有显 著的负面影响。因此，本发明使得获得高耐磨性的硬金属材料而不会损失其他所需的材料 性质成为可能。
[0065] 因此，提供了形成耐磨硬金属材料的方法，所述方法包括：以下述形式添加（a)铌 或（b)铌和钛至含有主体金属的熔体中，该形式产生范围在10至40wt%的硬金属材料总重 的碳化铌颗粒和/或碳化铌和碳化钛化学混合物颗粒；以及使所述熔体固化而形成固体硬 金属材料。
[0066] 术语"碳化铌和碳化钛的化学混合物"和"碳化铌/碳化钛"在下文中应理解为是 同义词。另外，术语"化学混合物"在该情况中应理解为意指碳化铌和碳化钛不是作为单独 的颗粒存在于该混合物中，而是作为碳化铌/钛颗粒存在。
[0067] 碳化铌和碳化钛各具有约2500的维氏硬（HV)，其超过碳化铬硬度约1000HV。因 此，具有含10_40wt %碳化铌颗粒和/或碳化铌/钛颗粒的微结构的硬金属材料具有优良的 耐磨性。然而，申请人的工作的一个重要方面已经认识到，碳化铌和碳化钛以及碳化铌/钛 相对于硬金属材料中的其他组分在化学上是基本惰性的，因此，那些组分为该硬金属材料 提供了基于它们而选择的性质。例如，添加至铸铁合金中的铬仍产生碳化铬并提供耐腐蚀 性。
[0068] 在硬面方法中，所述熔体可以是焊接熔池 （weld pool)的形式。在这些情况中，铌 和/或钛可以金属丝合金被添加至焊接熔池中，以便计量铌和/或钛的添加。
[0069] 所述熔体可以是用于形成铸件的熔体的形式。
[0070] 考虑在固体硬金属材料中形成碳化铌和/或碳化铌/钛颗粒的要求，则铌和钛可 以以任何合适的形式被添加至熔体中。
[0071] 例如，所述方法包括将铁-铌例如铁-铌颗粒形式的铌添加至所述熔体中。在这 种情况中，铁-铌溶于熔体中，且在熔体中所产生的游离铌和碳在熔体中形成碳化铌。
[0072] 所述方法还可包括将铌作为元素铌添加至所述熔体中。
[0073] 所述方法还可包括将铌和钛作为铁-铌-钛添加至所述熔体中。
[0074] 所述方法还可包括将碳化铌颗粒形式的铌添加至熔体中。所述方法还可包括将碳 化铌/钛颗粒形式的铌和钛添加至熔体中。在这两种情况中，所固化的金属合金可由悬浮 在熔体中的碳化铌颗粒和/或碳化铌/钛颗粒的浆液形成。预期如果这些碳化物在熔体中 的重量分数太高，则浆液的流动性能可能受到不利地影响，结果是可能产生不佳的熔体铸 件。然而，铸造浆液与铸造厂中的标准操作方法形成对比，其涉及铸造纯的（单相）液态熔 体，即，其中熔体高于该熔体最高熔点组分的液相线温度。
[0075] 碳化铌/钛颗粒可以是通式（Nbx，Tiy)C的任何合适的化学混合物。以举例的方 式，碳化铌 / 钛可以是（Nbtl. 5, TiQ.5) C 或（NbQ.25, Tia75) C 或（Nba75, Tia25) C。
[0076] 铌和/钛可以被添加至熔体，以产生碳化铌颗粒和/或碳化铌/钛颗粒，其范围基 于固化硬金属材料的总重为12wt%至33wt%碳化铌和碳化铌/钛。
[0077] 铌和/钛可以被添加至熔体，以产生碳化铌颗粒和/或碳化铌/钛颗粒，其范围基 于固化硬金属材料的总重为12wt%至25wt%碳化铌和碳化铌/钛。
[0078] 碳化铌和/或碳化铌/钛颗粒在固化硬金属材料的微结构中的量可取决于体系。
[0079] 申请人特别关注包含铁基合金形式的主体金属的固体硬金属材料，诸如描述为高 络白口铁、不镑钢和奥氏体猛钢（诸如哈德非尔尚猛钢）的铁基合金。对于铁基合金而g， 碳化铌和/或碳化铌/钛颗粒在最终微结构中的量可在固化硬金属材料总重的l〇-33wt% 范围内或在固化硬金属材料总重的12-25wt %范围内。
[0080] 碳化铌和/或碳化铌/钛的粒径可以在1至150 μ m的直径范围内。
[0081] 所述方法可包括借助惰性气体或磁感应或任何合适的工具搅拌熔体，以便在熔体 中分散碳化铌和/或碳化铌/钛的颗粒。
[0082] 所述方法可包括在惰性条件下诸如氩覆盖下添加碳化铌颗粒和/或碳化铌/钛颗 粒至熔体中，以降低同时被添加至熔体中的碳化铌和/或碳化钛氧化的程度。
[0083] 所述方法可包括在惰性条件下诸如氩覆盖