CN100419106C - 硬质合金、硬质合金刀头及其生产方法 - Google Patents

硬质合金、硬质合金刀头及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硬质合金，它的组成成分及其重量百分比计算的配比是：碳化钨87.49～92.70%、碳化钽1.2～3.63%、钴4.2～6.3%、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体0.9～2.38%和碳化钨—铬固溶体0.4～0.5%。本发明还公开了用上述硬质合金制成的硬质合金刀头及该刀头的制造方法。本发明的优点在于：增加了由碳化钨、碳、二氧化钛和碳化钽在2000～2300℃的高温加热下形成的碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体和碳化钽，并选用了粒度更小的碳化钨粉，改善了本硬质合金刀头的红硬性、耐磨性和高温强度性等性能。

Description

硬质合金、硬质合金刀头及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种合金，特别是涉及一种硬质合金。本发明还涉及此种硬质合金做成的刀头，以及该刀头的生产方法。
背景技术
传统的切削(割)硬质合金刀头，如YG6、YG8、YT等牌号的硬质合金刀头，主要成分是碳化钨和钴，这种类型的硬质合金刀头普遍存在红硬性方面较差、耐磨性和强度方面不足等问题，其使用范围虽然广泛，但主要适宜使用在有色金属和低塑性铸铁等短切削材料的加工。在切削加工钢材、铝合金材和建筑装饰业中的中、高密度纤维板时，由于长切削及连续切削加工的特点，使切削温度升高，在高温下切削，其硬度和强度急剧下降，容易产生切瘤和月牙洼磨损，同时严重影响了刀具材料的耐磨性和使用寿命。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种红硬性好、具有高的耐磨性硬质合金。
本发明的第二个目的在于提供上述硬质合金做成的、主要用于中、高密度的纤维板、复合板等现代新型材料切割的硬质合金刀头。
本发明的第三个目的在于提供一种上述硬质合金刀头的生产方法。
本发明的第一个目的通过以下技术方案予以实现：
本发明的一种硬质合金，它由以下重量百分比的成分组成：碳化钨(WC)87.49～92.70％、碳化钽(TaC)1.2～3.63％、钴(Co)4.2～6.3％、碳化钨(WC)-碳化钛(TiC)-碳化钽(TaC)固溶体0.9～2.38％和碳化钨(WC)-铬(Cr)固溶体0.4～0.5％。
所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨(WC)、碳(C)、二氧化钛(TiO2)、碳化钽(TaC)在2000～2300℃左右的高温下直接碳化制成。
所述的碳化钨-铬固溶体是由钨(W)、碳(C)、氧化铬(Cr2O3)在1400～1450℃左右的高温下制成。其中的Cr2O3是重铬酸铵在高温爆破生成的氧化物，当高温制取固溶体后，被还原了。
所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛5～30％，碳化钽1.2～3.63％，其余为碳化钨。
所述的碳化钨-铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.5～99.6％，铬0.4～0.5％。
所述的碳化钨粒度为0.8～1.5μm。
本发明的第二个目的通过以下技术方案予以实现：
本发明的一种硬质合金刀头，由硬质合金制成，其特征在于：所述的硬质合金由以下重量百分比的成分组成：碳化钨87.49～92.70％、碳化钽1.2～3.63％、钴4.2～6.3％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体0.9～2.38％和碳化钨-铬固溶体0.4～0.5％。
所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2000℃左右的高温下直接碳化制成。
所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1400～1450℃左右的高温下制成。
所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛5～30％，碳化钽1.2～3.63％，其余为碳化钨。
所述的碳化钨-铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.5～99.6％，铬0.4～0.5％。
所述的碳化钨粒度为0.8～1.5μm。
本发明的第三个目的通过以下技术方案予以实现：
本发明的一种硬质合金刀头的生产方法，它包括以下步骤：
制造碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2000～2300℃的高温中加热，形成碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体化合物；
制造碳化钨-铬固溶体：将钨、碳、氧化铬在1400～1450℃左右的高温下碳化形成类似固溶体的Cr的化合物碳化钨-铬固溶体；它与一般的工艺WC+Co+Cr3C2经过机械球磨形成的WC+Cr，铬的存在形式有本质的区别。其区别在于前者是WC-Cr固溶体，是以化合物的形态存在；后者仅仅是以一种混合物的形态存在。
粉料混磨：将碳化钨、碳化钽、钴、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体和碳化钨-铬固溶体一起放入球磨机中混磨90～100小时，真空干燥后过筛；
加成型剂：在混磨好的粉料中按常规方法加入SBS成型剂；
压制-----将加了成型剂的粉料压制成毛胚；
烧结-----将压制成型的毛胚在1400～1450℃的温度下烧结成硬质合金刀头成品；
表面处理------对硬质合金刀成品作常规的表面处理，再进行包装出厂。
本发明的优点在于：增加了由碳化钨、碳、二氧化钛和碳化钽在2000～2300℃的高温加热下形成的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体和碳化钽，并选用了粒度更小的碳化钨粉，改善了本硬质合金刀头的红硬性、耐磨性和高温强度性等性能；另外，与现有技术相比，所述的TaC和TiO2的加入是采取预先将TiO2、TaC、WC与炭黑混合，在2000～2300℃的高温加热下形成固溶体，然后将此固溶体与Co、WC-Cr、补加的TaC混磨96小时，干燥过筛掺SBS成型剂，压制并烧结(成型剂SBS会在烧结过程中挥发掉)。这样制出的产品，既保证了未饱和固溶体制取合金的硬度和切削系数，又使合金得到了较高的强度。本硬质合金刀头的硬度更高(HRA≥92.6)，强度更高(T.R.S.≥1800N/mm2)，既保留了传统牌号合金及K类合金所具有的好的韧性，又克服了传统牌号的不足。
具体实施方式
下面通过具体实施例对发明作进一步的说明。
实施例一
本实施例的一种硬质合金，含有按重量百分比计算的粒度为0.8μm的碳化钨87.49％、碳化钽3.63％、钴6.3％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体2.08％和碳化钨-铬固溶体0.5％，所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2000℃的高温下直接碳化制成，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛30％，碳化钽1.2％，其余未碳化钨；所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1400℃的高温下制成，其中的Cr2O3的重铬酸铵在高温爆破生成的氧化物，当高温制取固溶体后，被还原成Cr，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.6％，铬0.4％。
实施例二
本实施例的一种硬质合金，含有按重量百分比计算的粒度为1.5μm的碳化钨92.70％、碳化钽1.2％、钴4.2％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体1.5％和碳化钨-铬固溶体0.4％，所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2300℃的高温下直接碳化制成，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛5％，碳化钽3.63％，其余未碳化钨；所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1450℃的高温下制成，其中的Cr2O3的重铬酸铵在高温爆破生成的氧化物，当高温制取固溶体后，被还原成Cr，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.5％，铬0.5％。
实施例三
本实施例的一种硬质合金，含有按重量百分比计算的粒度为1.1μm的碳化钨91.69％、碳化钽1.63％、钴5.3％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体0.93％和碳化钨-铬固溶体0.45％，所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2100℃的高温下直接碳化制成，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛20％，碳化钽2.5％，其余未碳化钨；所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1410℃的高温下制成，其中的Cr2O3的重铬酸铵在高温爆破生成的氧化物，当高温制取固溶体后，被还原成Cr，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.55％，铬0.45％。
实施例四
本实施例的一种硬质合金刀头，由硬质合金制成，所述的硬质合金含有按重量百分比计算的粒度为0.8μm的碳化钨87.49％、碳化钽3.63％、钴6.3％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体2.08％和碳化钨-铬固溶体0.5％，所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2000℃的高温下直接碳化制成，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛30％，碳化钽1.2％，其余未碳化钨；所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1400℃的高温下制成，其中的Cr2O3的重铬酸铵在高温爆破生成的氧化物，当高温制取固溶体后，被还原成Cr，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.6％，铬0.4％。
实施例五
本实施例的一种硬质合金刀头，由硬质合金制成，所述的硬质合金含有按重量百分比计算的粒度为1.5μm的碳化钨92.70％、碳化钽1.2％、钴4.2％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体1.5％和碳化钨-铬固溶体0.4％，所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2300℃的高温下直接碳化制成，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛5％，碳化钽3.63％，其余未碳化钨；所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1450℃的高温下制成，其中的Cr2O3的重铬酸铵在高温爆破生成的氧化物，当高温制取固溶体后，被还原成Cr，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.5％，铬0.5％。
实施例六
本实施例的一种硬质合金刀头，由硬质合金制成，所述的硬质合金含有按重量百分比计算的粒度为1.1μm的碳化钨91.69％、碳化钽1.63％、钴5.3％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体0.93％和碳化钨-铬固溶体0.45％，所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2200℃的高温下直接碳化制成，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛20％，碳化钽2.5％，其余未碳化钨；所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1410℃的高温下制成，其中的Cr2O3的重铬酸铵在高温爆破生成的氧化物，当高温制取固溶体后，被还原成Cr，该固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.55％，铬0.45％。
实施例七
上述实施例中的硬质合金刀头的生产方法，它包括以下步骤：
制造碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2000～2300℃的高温中加热，形成碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体化合物；
制造碳化钨-铬固溶体：将钨、碳、氧化铬在1400～1450℃左右的高温下碳化形成类似固溶体的Cr的化合物碳化钨-铬固溶体；
粉料混磨：将碳化钨、碳化钽、钴、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体和碳化钨-铬固溶体一起放入球磨机中混磨90～100小时，真空干燥后过筛；
加成型剂：在混磨好的粉料中按常规方法加入SBS成型剂；
压制——将加了成型剂的粉料压制成毛胚；
烧结——将压制成型的毛胚在1400～1450℃的温度下烧结成硬质合金刀头成品；
表面处理——对硬质合金刀成品作常规的表面处理，再进行包装出厂。

Claims (13)

1. 一种硬质合金，它是由以下重量百分比的成分组成：碳化钨87.49～92.70％、碳化钽1.2～3.63％、钴4.2～6.3％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体0.9～2.38％和碳化钨-铬固溶体0.4～0.5％。
2. 根据权利要求1所述的一种硬质合金，其特征在于：所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2000～2300℃的高温下直接碳化制成。
3. 根据权利要求1所述的一种硬质合金，其特征在于：所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1400～1450℃的高温下制成。
4. 根据权利要求1所述的一种硬质合金，其特征在于：所述的碳化钨粒度为0.8～1.5μm。
5. 根据权利要求1或2所述的一种硬质合金，其特征在于：所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛5～30％，碳化钽1.2～3.63％，其余为碳化钨。
6. 根据权利要求1或3所述的一种硬质合金，其特征在于：所述的碳化钨-铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.5～99.6％，铬0.4～0.5％。
7. 一种硬质合金刀头，由硬质合金制成，其特征在于：所述的硬质合金由以下重量百分比的成分组成：碳化钨87.49～92.70％、碳化钽1.2～3.63％、钴4.2～6.3％、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体0.9～2.38％和碳化钨-铬固溶体0.4～0.5％。
8. 根据权利要求7所述的一种硬质合金刀头，其特征在于：所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体是由碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽在2000～2300℃的高温下直接碳化制成。
9. 根据权利要求7所述的一种硬质合金刀头，其特征在于：所述的碳化钨-铬固溶体是由钨、碳、氧化铬在1400～1450℃的高温下制成。
10. 根据权利要求7所述的一种硬质合金刀头，其特征在于：所述的碳化钨粒度为0.8～1.5μm。
11. 根据权利要求7或8所述的一种硬质合金刀头，其特征在于：所述的碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛5～30％，碳化钽1.2～3.63％，其余为碳化钨。
12. 根据权利要求7或9所述的一种硬质合金刀头，其特征在于：所述的碳化钨-铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.5～99.6％，铬0.4～0.5％。
13. 根据权利要求7的一种硬质合金刀头的生产方法，它包括以下步骤：
制造碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2000～2300℃的高温中加热，形成碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体化合物；
制造碳化钨-铬固溶体：将钨、碳、氧化铬在1400～1450℃的高温下碳化形成类似固溶体的Cr的化合物碳化钨-铬固溶体；
粉料混磨：将碳化钨、碳化钽、钴、碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体和碳化钨-铬固溶体-起放入球磨机中混磨90～100小时，真空干燥后过筛；
加成型剂：在混磨好的粉料中按常规方法加入SBS成型剂；
压制——将加了成型剂的粉料压制成毛胚；
烧结——将压制成型的毛胚在1400～1450℃的温度下烧结成硬质合金刀头成品；
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Granted publication date: 20080917