CN101573194A - 用于冷成形操作的抗腐蚀工具 - Google Patents
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Abstract
公开了一种硬质合金工具,该硬质合金工具包括碳化钨、碳化钛、镍和钴、钼和铬。上述材料的成分提供了良好抗腐蚀性以及高的硬度和耐磨性。这些特性对制造用于冷成形操作的工具是特别有利的。以这些材料制成的冷成形工具在长时间内具有稳定的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造用于成形或以其它方式加工材料的改进硬质合金工具的方法。本发明尤其应用在制造金属加工工具上,并且具体地应用在制造管状壳体和类似物品诸如两片式饮料罐的工具上。
背景技术
两片罐通过拉延和壁变薄拉深工艺而制成。通常,两片罐通过从金属板冲压出金属盘而制成。金属“杯”由盘形成。将成形的杯通过罐身成形冲头推入罐身成形模,该罐身成形模包括多个环形的环,通常已知的是拉延环、再拉延环和变薄拉深环。在罐身成形冲头与多个环之间的间隙逐渐变小,从而减小杯壁厚度,并且拉长该杯。此工艺通常称为变薄拉深操作。它是导致工具高磨损的特殊需要的操作,并且对尺寸变化和润滑条件是敏感的。因为每年制造大量的饮料罐,所以在制造工艺上的每个轻微的改进都可产生巨大的节约。
用于将期望的形状、形式或涂层(finish)施加到材料的工具,诸如模、冲头等具有极大的硬度、耐压强度和刚度的特征。这在使金属或类似材料成形时尤其必要。用于批量生产的商用材料加工工具也必须耐磨、耐侵蚀、并且对重复和连续的压力和磨损耐破裂。此外,这些工具也应该表现良好的抗腐蚀特性,以不被周围液体介质(冷却剂/润滑剂)损坏。这些工具也必须由可设计和制造成精密公差的材料制成,并在宽范围的运行条件上维持尺寸稳定性。
已知的是,由各种材料,包括金属、硬质合金和传统陶瓷制造冲头、模、深拉延工具和类似材料加工工具。这些已知材料都具有某些不期望的限制性。当制造用于使金属物品、尤其是管状壳体诸如两片式饮料罐成形的工具时,现有已知材料的问题变得特别突出。
在罐制造中获得更好性能的可能的方式是使用陶瓷材料,例如使用如美国专利US 5,095,730和US 5,396,788中分别公开的晶须强化的氧化铝或氮化硅,但迄今传统的硬质合金似乎作为优选材料而保持其位置。
获得更好性能的第二种可能的方式是使用极细颗粒的硬质合金。如EP-A-1726672中所述,可通过减小颗粒尺寸而引起更好耐磨性来实现许多改进。
也如EP-A-1726672中所述,从极细的材料得到略微更好的抗腐蚀性。然而,这种改进被认为是经由WC颗粒尺寸减小而获得的较薄粘结剂膜的结果。因此,即使实现略微的改进,浸出机制(leachingmechanism)也不会彻底改变,从而导致粘结剂随着硬质合金结构随后的破坏而消除。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种用于冷成形和拉延操作的工具,该工具通过使用抗腐蚀硬质合金等级而特别地用于制造铝或钢制的两片式饮料罐,该工具特别地对于变薄拉深操作给出比现有技术工具更好的特性。
本发明涉及使用一种特定的粘结剂,该粘结剂设计成使硬质合金得到相对于本领域中所使用的冷却剂/润滑剂的良好抗腐蚀性。硬质合金表现高硬度,以达到高耐磨性。这经由包含碳化钨和碳化钛的复杂硬质相获得。这种硬质合金包含碳化钨、碳化钛、镍、钼和钴。硬质合金的这种成分提供了良好的抗腐蚀性以及高的硬度和耐磨性,如示例1所示。复杂硬质相和抗腐蚀粘结剂的结合导致所期望的较好的特性,这种特性体现为例如具有大约1930HV30硬度的8%粘结剂等级,即比通常具有1775HV30硬度的普遍使用的6%Co粘结剂等级具有更高硬度。
附图说明
图1示出变薄拉深模,其中,A是硬质合金凹模,并且B是钢壳。
图2以光学显微镜的1500倍放大倍率示出根据本发明所使用的硬质合金。比例尺是10μm。微观结构由Murakami溶液蚀刻。η相为黑色的,尺寸2μm到3μm的γ相为圆形和灰色的,并且WC较细,<2μm且具有角形形状并且呈灰色。
图3是按SEM 10000x放大倍率的较高分辨率显示的微观结构图,其中,
S1是WC,
S2是γ相,并且
S3是η相
具体实施方式
本发明中所用的硬质合金基本上由以下成分组成,以wt%为单位:80-90的WC、5-15的TiC、以及5-10、优选7-10总量的Ni、Mo、Cr和Co,该总量按以下量组成,也以wt%为单位:40-60、优选45-55的Ni或(Ni+Co)、<20、优选10-18的Mo、15-40、优选30-40的Cr。(Ni+Co)中最多30wt%的是Co。碳含量优选为亚化学计量的。在本发明特定实施例中,硬质合金的唯一成分是上述列出的那些组分,同时具有任何正常的微量杂质。
这种硬质合金结构包括:
具有颗粒尺寸<2μm、优选1-2μm的WC,
1-10、优选5-7体积%的η相,该η相均匀分布为<50μm、优选<25μm的小星形,并且具有极细颗粒,<1μm,并且
尺寸2μm到3μm的γ相,呈圆形并且在光学图片中为灰色。
该材料具有1870-2000HV30的硬度。
本发明中所用的硬质合金由形成硬质成分的粉末和形成粘结剂的粉末来制备,将这些粉末一起湿碾磨、干燥、压制成期望形状的形体并烧结。粉末混合物优选具有这样的碳含量,以给出根据以上烧结体的η相含量。
因此,本发明涉及具有复杂硬质相和抗腐蚀粘结剂的硬质合金的使用,该硬质合金在冷成形和拉延操作中,特别地在制造铝和钢制的饮料罐的变薄拉深工艺中实现了高硬度、改善的抗磨损性和抗腐蚀性。然而,本发明具有广泛的实用性,用于制造多种其它成形物品,特别地是管状壳体,诸如干电池壳体和气溶胶罐。本发明也应用于根据本发明硬质合金的使用,特别地用于其它冷成形和拉延操作,诸如金属丝和特殊地轮胎帘线的拉延操作。
示例1
具有根据以下表格成分的两种硬质合金体按重量%制备和体现。
编号 | A | B |
样品 | 本发明 | 现有技术 |
WC | 83.3 | 93.73 |
TiC | 8.65 | 0 |
Co | 0 | 6 |
Ni | 4 | 0 |
Mo | 1.15 | 0 |
Cr | 2.9 | 0.27 |
d WCμm | 1.2 | 0.8 |
图2和图3中示出根据本发明工具,即编号A的微观结构。微观图片示出碳化物相WC、γ相(TiC基)和较细的η相。现有技术B是用于变薄拉深操作的Sandvik标准等级。
已经根据在硬质合金领域中所使用的标准,即用于硬度的ISO3878:1983和用于抗磨损的ATM B611-85测量了特性。
已经在(用于罐身制造机的)真实润滑剂配方中使用浸没试验来检定了抗腐蚀性,所述润滑剂配方在软化水中稀释至3wt%。在15天内以与拉延工艺期间润滑剂温度相当的50℃实施浸没。在浸没前后测量硬质合金样品的重量。以配备有场发射电子枪的扫描电子显微镜(FEG-SEM)来实施极细的SEM观测,以确认在试验后一些粘结剂是否从表面去除。
在下表中呈现结果:
编号 | A | B |
样品 | 本发明 | 现有技术 |
硬度(HV30) | 1930 | 1775 |
耐磨性(cm-3) | 98 | 66 |
重量变化 | +1 | -5 |
粘结剂的浸出(SEM) | 否 | 是 |
因此,与现有技术相比,本发明表现高出8.7%的硬度、高出48.5%的耐磨性和更好的抗腐蚀性,同时观察到没有粘结剂浸出。
示例2
在饮料罐的深拉延操作中,变薄拉深环(见图1)经受引起表面破坏的磨损,导致变薄拉深操作中的摩擦力变化。在正常拉延条件下在罐成形操作中生产和试验根据示例1的成分A和B的变薄拉深环。在第三变薄拉深环上测量力。为每个试验环记录力随时间变化。为每个环估计力与时间曲线的斜率。将等级的平均结果进行对比,并用作性能的测量。下表给出试验结果。
等级 | 力与时间的斜率 | 力与时间的平均斜率 |
A(本发明) | 0.170.200.08 | 0.15 |
B(现有技术) | 0.260.26 | 0.26 |
等级A(本发明)的斜率与B(现有技术)的斜率之间的差按百分比表达为:
平均:-42%
最小:-23%
最大:-69%
因此,根据本发明的等级在变薄拉深操作中比现有技术等级表现更好的性能。
Claims (6)
1.硬质合金工具的用途,所述硬质合金工具基本上由以下成分组成,以wt%为单位:80-90的WC、5-15的TiC、以及5-10、优选7-10总量的Ni、Mo、Cr和Co,该总量按以下量组成,也以wt%为单位:40-60、优选45-55的Ni或(Ni+Co)、<20、优选10-18的Mo、15-40、优选30-40的Cr,且所述硬质合金工具具有优选1-2μm的WC颗粒尺寸,并且具有亚化学计量的碳含量,所述碳含量给出1-10、优选5-7体积%的η相,所述η相均匀分布为<50μm、优选<25μm的小星形,并且所述η相具有<1μm的极细颗粒,所述硬质合金工具用于制造铝或钢制饮料罐的深拉延和变薄拉深操作。
2.根据权利要求1所述的硬质合金工具的用途,其中(Ni+Co)中最多30wt%的是Co。
3.硬质合金工具的用途,所述硬质合金工具基本上由以下成分组成,以wt%为单位:80-90的WC、5-15的TiC、以及5-10、优选7-10总量的Ni、Mo、Cr和Co,该总量按以下量组成,也以wt%为单位:40-60、优选45-55的Ni或(Ni+Co)、<20、优选10-18的Mo、15-40、优选30-40的Cr,且所述硬质合金工具具有优选1-2μm的WC颗粒尺寸,并且具有亚化学计量的碳含量,所述碳含量给出1-10、优选5-7体积%的η相,所述η相均匀分布为<50μm、优选<25μm的小星形,并且所述η相具有<1μm的极细颗粒,所述硬质合金工具用于制造各种其它成形物品的深拉延和变薄拉深操作,所述成形物品特别地是管状壳体,诸如干电池壳体和气溶胶罐。
4.根据权利要求3所述的硬质合金工具的用途,其中(Ni+Co)中最多30wt%的是Co。
5.硬质合金工具的用途,所述硬质合金工具基本上由以下成分组成,以wt%为单位:80-90的WC、5-15的TiC、以及5-10、优选7-10总量的Ni、Mo、Cr和Co,该总量按以下量组成,也以wt%为单位:40-60、优选45-55的Ni或(Ni+Co)、<20、优选10-18的Mo、15-40、优选30-40的Cr,且所述硬质合金工具具有优选1-2μm的WC颗粒尺寸,并且具有亚化学计量的碳含量,所述碳含量给出1-10、优选5-7体积%的η相,所述η相均匀分布为<50μm、优选<25μm的小星形,并且所述η相具有<1μm的极细颗粒,所述硬质合金工具用于钢丝、特别地钢丝轮胎帘线的拉延操作。
6.根据权利要求5所述的硬质合金工具的用途,其中(Ni+Co)中最多30wt%的是Co。
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