CN100529133C - 硬质合金刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有下列成分的硬质合金体：Co：10-12重量百分比，TaC：＜3重量百分比，NbC：1-5.5重量百分比，TiC：3-5重量百分比，和作为其余量的WC。该硬质合金体对于要求高耐磨性、优良的刃部保持和较高刃部韧性的金属切削操作尤其有用。

Description

硬质合金刀具
技术领域
本发明涉及一种硬质合金麻花钻，其对于要求高耐磨性的金属切削，例如对于铸铁等的钻削尤其有用。
背景技术
对金属的钻削通常分为两种类型：长孔钻削和短孔钻削。短孔钻削通常意味着钻削到钻径的3-5倍的深度。
长孔钻削对于优良的碎屑形成、润滑、冷却和碎屑输送具有较高的要求。这通过特殊研制的钻削系统而得以实现，该系统具有特殊设计的连接到钻杆的钻头。钻头可以是实心的硬质合金，但通常是带有多个硬质合金刀片的工具钢，硬质合金刀片如此设置以共同的形成切削刃。
短孔钻削则没有如此高的要求，并且使用硬质合金或工具钢或带有硬质合金刀片的工具钢的麻花钻。
硬质合金的麻花钻由圆柱坯料制造，其被加工成期望的形状和尺寸，尤其是形成切削刃和凹槽。可选择地，至少在挤压操作过程形成碎屑凹槽。通过磨削从而形成锐利的切削刃。
相对晚出现的一种类型的钻带有通常由硬质合金制造的可更换钻尖且以可拆卸方式连接于工具钢的钻杆。
麻花钻损坏的共同原因是主切削刃和导引刃之间的接合点的过度磨损。损坏的另一个原因是，当切削速度增加时，由于切削刃周边部分的高温引起的塑性变形。
EP-A-951576公开了一种硬质合金钻，包括一个由更加耐磨的覆盖层围绕的坚韧的中心。该类型的钻最适于有韧性要求的钻削应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种需要优良耐磨性的应用中具有提高的刀具寿命的麻花钻。
附图说明
图1表示了一个麻花钻。
图2表示了大约1200倍放大倍率的根据本发明的硬质合金的显微结构。
图3表示了根据本发明(▲)和根据现有技术(■)的麻花钻的行为测试中磨损的发展情况。
图4表示了根据本发明(■)和根据现有技术(▲)的麻花钻的行为测试中磨损的发展情况。
具体实施方式
现在意外的发现由具有下列成分的硬质合金制成的麻花钻在需要优良耐磨性的钻削操作中给出了优秀的结果，其未遭受塑性变形和/或热裂化。所述成分包括：
Co：10-12、优选10.5-11.5重量百分比，
TaC：＜3、优选1-3、最优选1.8-2.3重量百分比，
NbC：1-5.5、优选2.5-5.5、最优选3.5-5重量百分比，
TiC：3-5、优选3.8-4.3重量百分比，和
WC：作为其余量，优选76-81、最优选77-79重量百分比。
TaC+TiC+NbC：优选8-13、最优选9-12重量百分比。
V和/或Cr：优选＜1重量百分比。
在一个尤其用于金属锯刀片的可替换实施例中：
TaC：＜2、优选0重量百分比，
NbC：4-6、优选5＜NbC+TaC＜7和
NbC+TaC：5-7重量百分比。
WC的平均颗粒尺寸是0.4-1.5，优选0.8-1.5，最优选大约1μm，其通过对一定样本数目的扫描电子显微镜(SEM)显微照片进行线性分析而确定。
硬质合金的硬度是1450-1650HV，优选1450-1550HV。
钻带有公知技术的耐磨涂层，例如PVD-TiN，PVD-TiAlN或CVD涂层。
根据本发明的钻由粉末冶金技术磨制的粉末制造，该粉末形成硬质成分和粘结剂金属，压实或挤压磨制的混合物使其成为圆柱坯料，该坯料被烧结并且最后研磨成期望的形状和尺寸，之后给钻提供一种公知技术的耐磨涂层。
本发明也涉及上述硬质合金作为金属加工旋转工具的应用，例如实心的硬质合金麻花钻、带有可更换的刀片的麻花钻、端铣刀、滚刀、圆盘刀、尤其是圆周速度＞150米/分地用于金属螺纹/杆成形的中空圆盘刀具。
本发明还涉及上述硬质合金作为金属加工旋转工具的应用，例如滚刀、圆盘刀、中空圆盘刀具用于金属螺纹/杆成形，尤其是用作金属锯的锯片，该锯用于在圆周速度＞750米/分时切割/锯金属，或者作为耐磨件特别的用于金属成型工具，例如装罐(canning)工具。
例1
制备湿的WC、Co、TiC、TaC和NbC混合粉末样品以获得具有78.2重量百分比的WC、11.2重量百分比的Co、4.0重量百分比的TiC、2.1重量百分比的TaC、和4.5重量百分比的NbC、并且WC的平均颗粒尺寸大约是1μm的硬质合金。喷雾干燥后的混合物被等静压制且烧结成圆柱坯，该圆柱坯被研磨成8mm直径的钻。图2表示了其显微结构。研磨后利用PVD-技术为钻涂敷一层4μm的TiAlN。
例2
例1的钻通过在铸铁SS0125上钻通孔的钻孔操作而被测试。相应的通常用于铸铁钻孔的Sandvik商业等级GC 1220的钻作为参考。
使用下面的数据：
切削速度：100米/分
进给：0.25毫米/转
带有冷却剂地钻25mm深的通孔。
结果呈现在图3中，其表示了作为根据本发明(▲)和参考(■)的钻的钻孔数量的函数的磨损VBPmax。
例3
在增加切削速度为175米/分和内冷却的情况下重复例2。
结果呈现在图4中，其表示了作为根据本发明(■)和参考(▲)的钻的钻孔数量的函数的磨损VBPmax。
例2和3表明在普通的和增加的切削速度两种情况下，本发明的耐磨性等级要好35％到50％。
例4
制备湿的WC、Co、TiC、CrC和NbC混合粉末样品以获得具有78.8重量百分比的WC、11.2重量百分比的Co、4.0重量百分比的TiC、5.5重量百分比的NbC、0.5重量百分比的CrC、并且WC的平均颗粒尺寸大约是1μm的硬质合金。喷雾干燥后的混合物单轴向地压实且烧结成锯尖坯料。
例5
一种圆盘锯刃由例4的锯尖制造，一种具有商品硬质合金等级的锯尖的成分为：69重量百分比的WC、11重量百分比的Co、10重量百分比的TiC、8.5重量百分比的TaC、1.5重量百分比的NbC，并且WC的平均颗粒尺寸大约是2.0μm。其在此作为参考材料。将所有锯尖坯料铜焊到圆钢刀刃上(
Figure C20051000630700091
个尖端)，并且研磨成2.5mm宽。每一个锯尖的刃均具有宽度为0.2mm的研磨斜面。在各个情况下锯尖六个为一组的置于锯上。
切削测试材料为钢棒类型17Cr3，
Figure C20051000630700092
参考的硬质合金等级普遍用于普通钢、低碳钢和不锈钢的圆形金属锯。
在干锯切削测试中使用下面的数据：
机床：Noritake
切削速度：800rpm
进给速率：40mm/s
附加机加工性(Machinability additive)：前60秒有每秒1微量(drop/second)的下降速度(dropping speed)
锯尖性能由10000次通过后的侧面磨损测量。
结果：
参考等级的锯尖在10000次切削后显示出0.4mm的侧面磨损。
根据本发明的锯尖其侧面磨损小于0.15mm。
在参考等级的刃部能够观察到沿着具有严重的刀口积屑(BUE)的切削刃的微切屑和重的污点。
根据本发明的锯尖显示出没有微切屑的刃部保持较好的优良磨损模式。
例5表明在本发明的等级中侧面耐磨性超过两倍。

Claims (17)

1.一种硬质合金体，其特征在于至少含有下列成分：
Co：10.5-11.5重量百分比，
TaC：＜3重量百分比，
NbC：1-5.5重量百分比，
TiC：3-5重量百分比，和
WC：作为其余量，WC的平均颗粒尺寸为0.4-1.5μm。
2.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于TaC+TiC+NbC的含量是8-13重量百分比。
3.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于
TaC：＜2重量百分比，
NbC：3.5-5重量百分比，和
NbC+TaC：5-7重量百分比。
4.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于还包含＜1重量百分比的V和/或Cr。
5.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于WC含量为77-79重量百分比。
6.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于硬度是1450-1650HV。
7.根据权利要求3的硬质合金体，其特征在于TaC：0重量百分比。
8.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于，TaC为大于等于1重量百分比且小于3重量百分比，NbC为2.5-5.5重量百分比，TiC为3.8-4.3重量百分比，WC为76-81重量百分比，且WC的平均颗粒尺寸为0.8-1.5μm，其中，TaC+TiC+NbC为9-12重量百分比，且硬度为1450-1550HV。
9.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于，TaC为1.8-2.3重量百分比，NbC为3.5-5重量百分比。
10.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于涂敷有薄的耐磨涂层。
11.根据前述任一权利要求的硬质合金体，其特征在于所述合金体是用于金属加工的旋转刀具。
12.根据权利要求11的硬质合金体，其特征在于所述用于金属加工的旋转刀具是实心硬质合金麻花钻、具有可更换的顶部的麻花钻或端铣刀、滚刀、圆盘刀、用于金属螺纹或金属杆成形的中空圆盘刀具。
13.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于所述合金体是用于金属切削或金属锯切的金属锯的锯尖。
14.根据权利要求1的硬质合金体，其特征在于所述合金体是应用于金属成型的工具的耐磨部件。
15.根据权利要求14的硬质合金体，其特征在于，所述金属成型的工具包括装罐工具。
16.根据权利要求1的硬质合金体作为金属加工旋转刀具的应用，所述应用包括用作实心的硬质合金麻花钻、带有可更换顶部的麻花钻或端铣刀。
17.根据权利要求16的硬质合金体作为金属加工旋转刀具的应用，所述应用为在＞150m/min的圆周速度下进行旋转加工。
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