CN101403066A - 四元p类硬质合金 - Google Patents
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Abstract
四元P类硬质合金，涉及一种P类硬质合金切削刀具材料。本发明的四元P类硬质合金由下述成份加工而成：硬质相TiC：5～9wt.％、硬质相TaC：4.5～12wt.％、粘结相Co：8～12wt.％、硬质相WC：余量。本发明产品既有很高的抗弯强度和抗冲击性，又兼有良好的红硬性。用发明产品刀具粗加工大型合金钢锻件既不打刀，又有理想的刀具寿命，同时还可以提高加工效率，从而解决了大型合金钢锻件粗加工的难题和重型机械行业提高效率的瓶颈问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种P类硬质合金切削刀具材料，具体涉及一种含WC-TiC-TaC-Co四元组份的硬质合金。
背景技术
大型合金钢锻件是逐如水电、火电、核电、石油裂化和煤液化等重型装备的核心部件。由于大型合金钢锻件粗加工切削加工量大、难加工，是重型装备制造业的瓶颈，制约重型装备制造业加工效率的提高。大型合金钢锻件的粗加工之所以成为重型机械行业生产中的瓶颈，是由于其下列特点所决定的：第一，大型合金钢锻件毛坯铸造完成后需在1.25万吨或1.5万吨水压机上自由锻造而成，其单件重量在几十吨(例如电站设备的转子)到上百吨(例如加氢反应器的筒节)以上，锻造的尺寸精度无法和模锻的小型锻件相比，不仅其切削加工余量很大，而且表面凹凸不平，因此大型合金钢锻件的粗加工切削工作量非常大；第二，大型合金钢锻件在锻造完成后的自然缓慢冷却过程中，由于朝向不同而使表面层硬度不均匀，氧化皮也很厚，所以黑皮层特别难于切削加工；第三，大型合金钢锻件的材质一般都是高性能合金钢，例如石油裂化或煤液化的热壁加氢反应器的筒节，材质为21/4Cr1M o或21/4Cr1M oV，其屈服强度高达1050N/mm2、抗拉强度高达920N/mm2、延伸率16％、收缩率高达62％，切削加工时不仅切削力非常大，切削热也很高，表层切削时刀尖温度可达700～800℃以上。综上所述不难看出，大型合金钢锻件一是难加工、二是粗加工切削工作量大，是制约重型机械行业生产效率的瓶颈。
现有技术中P类硬质合金是各种钢切削工具材料。按照国际ISO513：1991标准分为P01、P10、P20、P30、P40等5个系列，从P01→P40方向，其抗弯强度逐渐提高，而硬度和红硬性逐渐降低；从P40→P01方向则硬度和红硬性逐渐提高，而抗弯强度则逐渐降低。对于大型合金钢锻件的粗加工而言，若选用P20类硬质合金刀具加工，虽然红硬性较好但强度不足，一切削就打刀，不能使用；若选用P40类硬质合金刀具加工，虽然刀具的抗冲击性能很好不打刀，但是由于红硬性不足而刀具磨损非常快，刀具寿命很短。因此只能选用P30类硬质合金刀具加工。多年来的实践证明，P30类硬质合金刀具在粗加工时也经常打刀，同时由于红硬性不足刀具寿命也不理想，只能维持低效率加工，刀具消耗量很大。
发明内容
为了解决现有技术中硬质合金刀具粗加工大型合金钢锻件易打刀、效率低和刀具寿命短的问题，本发明提供了一种四元P类硬质合金，发明产品既有很高的抗弯强度和抗冲击性，又兼有良好的红硬性。用发明产品刀具粗加工大型合金钢锻件既不打刀，又有理想的刀具寿命，同时还可以提高加工效率，从而解决了大型合金钢锻件粗加工的难题和重型机械行业提高效率的瓶颈问题。
本发明的四元P类硬质合金由下述成份加工而成：硬质相TiC：5～9wt.％、硬质相TaC：4.5～12wt.％、粘结相Co：8～12wt％、硬质相WC：余量。
现有技术中切削钢用P类硬质合金刀具材料P01-P40系列产品的特点是：用于粗加工的P30-P40系列产品的抗弯强度较高、抗冲击性能较好而红硬性很差；用于精加工、半精加工的P01-P20系列产品的硬度高、红硬性好而抗弯强度低、抗冲击性能很差。而本发明产品P类四元硬质合金刀具材料的特点是产品既有很高的抗弯强度、良好的抗冲击性能，又兼有良好的红硬性。使用本发明产品粗加工大型合金锻件，使用时既不打刀，还可以适当提高加工效率，刀具寿命也很长。本发明产品具有优异性能的理论依据如下：
第一、从产品的化学组成设计上保证本发明产品的优异性能。本发明WC-TiC-TaC-Co四元P类硬质合金的化学组成中，其硬质相除WC外，TiC+TaC总量在9.5～21wt％之间，粘结相Co含量在8～12wt％之间；而现有技术中适用于钢粗加工产品的组成除WC外，硬质相TiC+Ta(Nb)C总量在5～20wt％之间，粘结相Co含量在7～11wt％之间。从以上产品化学组成的数据看，本发明产品除WC外硬质相TiC+TaC总量明显高于现有技术产品，因此发明产品的红硬性良好。虽然TiC+TaC总量高可以提高产品的红硬性，但是也使产品抗弯强度产生下降的趋势，为此本发明产品的粘结相Co的含量也相应的高，从而保证了本发明产品具有很高的抗弯强度和良好的抗冲击性能。
第二、从产品的金相显微组织结构保证发明产品的优异性能。本发明产品金相显微组织中α相的晶粒度较粗，所以，一可以使产品有良好的抗冲击性能，二可以使产品有较好的耐热性。
以上论据说明，用于粗加工大型合金钢锻件时，发明产品既不打刀，还可以适当提高切削效率，刀具寿命也很长。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的四元P类硬质合金的成份(重量百分比)如下：硬质相TiC：5～9wt.％、硬质相TaC：4.5～12wt.％、粘结相Co：8～12wt.％、硬质相WC：余量。
加工方法如下：TiC成份以WC-TiC复式固溶体粉末形式加入，粒度2～6微米；TaC以≤3微米TaC粉末形式加入；WC以4.5～5.5微米WC粉末形式加入；Co以1～2微米Co粉形式加入。将原材料粉末配料后装入球磨机中混均磨细获得合金粉，再将合金粉掺胶后压制成5×5×30mm试棒和用于切削试验的刀片，然后将压制品脱胶后装入真空烧结炉，在1490～1500℃条件下烧结60分钟，便获得本发明产品。将产品按GB/T3851-1983标准规定检验抗弯强度、按GB/T3849-1983标准规定检验洛氏硬度、按GB/T3488-1983标准规定分析金相显微组织。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述四元P类硬质合金的成份(重量百分比)如下：硬质相TiC：5.5～6.5wt.％、硬质相TaC：5～8.5wt.％、粘结相Co：8.5～9.5wt.％、硬质相WC：余量
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述四元P类硬质合金的成份(重量百分比)如下：硬质相TiC：7.5～8.5wt.％、硬质相TaC：9～11wt.％、粘结相Co：10～11.5wt.％、硬质相WC：余量。
具体实施方式四：按具体实施方式一中描述的原材料和生产工艺，生产成份为77.5wt％WC-5wt％TiC-6wt％TaC-11.5wt％Co四元P类硬质合金，代号为400。400产品的抗弯强度值为1900Mpa，硬度值为HRA89.5，α相的晶粒度为1.9微米。现有技术中85wt％WC-6wt％TiC-9wt％Co产品的抗弯强度值为1450Mpa，硬度值为HRA89.5、α相的晶粒度为1.8微米。在大型立式车床上车削加氢反应器筒节的端面，工件材质为21/4Cr1Mo，工件表面凹凸不平。采用主偏角45°车刀，吃刀深度20mm。用现有技术产品刀具车削，V＝62.8M/分、F＝5mm/分(1mm/转)，由于车削冲击力极大经常打刀，即使不打刀的情况下最长只能使用1小时；用400产品车削，V＝75.36M/分、F＝6mm/分(1.2mm/转)，不打刀，刀具寿命至少2小时。刀具寿命提高了一倍，加工效率提高了20％。
具体实施方式五：按具体实施方式一中描述的原材料和生产工艺，生产成份为75wt％WC-7wt％TiC-8wt％TaC-10wt％Co四元P类硬质合金，代号为350。350产品的抗弯强度值为1800Mpa，硬质值为A90.5，α相的晶粒度为1.9微米。在大型立式车床上车削加氢反应器筒节的外圆，工件材质为21/4Cr1MoV，工件表面状态是自由锻造后凹凸不平，氧化皮层很厚，表面软硬不均匀。采用主偏角45°外圆车刀，吃刀深度为20mm，V＝79.1M/分、F＝7.2mm/分(1.2mm/转)。断续车削冲击力很大，不打刀，刀具寿命在2～3小时。而用现有技术中的产品，V＝65.9M/分、F＝5mm/分(1mm/转)，在切深同样20mm情况下也容易打刀，不打刀时刀具寿命在1～1.5小时。350产品的寿命比现有技术产品长1倍以上，加工效率提高40％以上。
具体实施方式六：按具体实施方式一中描述的原材料和生产工艺，生产成份为70.5wt％WC-9wt％TiC-11.5wt％TaC-9wt％Co四元硬质合金，代号为250。250产品的抗弯强度值为1700Mpa，硬度值为HRA91，α相的晶粒度为1.8～1.9微米.。在大型立式车上车削加氢反应器筒节的外圆，工件材质为21/4Cr1Mo工件表面状态是已经过了初步粗车，但工件仍在部分表面有黑皮，所以是半断续切削，冲击力大切不均匀。采用主偏角45°外圆车刀，吃刀深度为20mm，V＝84.9M/分、F＝7.8mm/分(1.2＝mm/转)，250产品刀具寿命在3小时以上。而现有技术产品切削时，V＝71.8M/分、F＝5.5mm/分(1.1mm/转)，刀具寿命在1.5～2小时。250产品的使用寿命比现有技术产品长50％以上，生产加工效率提高40％以上。
Claims (6)
1、四元P类硬质合金，其特征在于它由下述成份加工而成：硬质相TiC：5～9wt.％、硬质相TaC：4.5～12wt.％、粘结相Co：8～12wt.％、硬质相WC：余量。
2、根据权利要求1所述的四元P类硬质合金，其特征在于所述成分含量如下：TiC：5.5～6.5wt.％、TaC：5～8.5wt.％、Co：8.5～9.5wt.％、WC：余量。
3、根据权利要求1所述的四元P类硬质合金，其特征在于所述成分含量如下：TiC：7.5～8.5wt.％、TaC：9～11wt.％、Co：10～11.5wt.％、WC：余量。
4、根据权利要求1所述的四元P类硬质合金，其特征在于所述成分含量如下：TiC：5wt.％、TaC：6wt.％、Co：11.5wt.％、WC：77.5wt.％。
5、根据权利要求1所述的四元P类硬质合金，其特征在于所述成分含量如下：TiC：7wt.％、TaC：8wt.％、Co：10wt.％、WC：75wt.％。
6、根据权利要求1所述的四元P类硬质合金，其特征在于所述成分含量如下：TiC：9wt.％、TaC：11.5wt.％、Co：9wt.％、WC：70.5wt.％。
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