CN104278186B - 用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片 - Google Patents

Abstract

本发明为用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片，解决已有硬质合金刀片不同时具有高的抗冲击性和高的耐磨性的问题。粘结相Co含量为5～7%，固溶体（W，Ti，Ta）C含量8—12%，TaC含量0.5—2%，其余为WC，硬质合金中WC的粒径范围为1—1.5um，固溶体粒径为WC平均粒径1—1.5倍。本发明刀片在汽车铸铁加工方面具有良好的性能。

Description

用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片

技术领域：

本发明与金属材料切屑加工刀具有关，尤其涉及用于制备硬质合金刀具基体材料。

背景技术：

硬质合金自问世以来，被广泛地应用于金属切屑加工领域，一时间受到人们的青睐，但随着被加工材料的发展，硬质合金刀具也逐渐显现出不足的地方，相对于工具钢而言，硬质合金虽有良好的耐磨性，但韧性不足，相对于金属陶瓷而言，其耐磨性又比较差。而硬质合金本身要同时提高耐磨性与韧性是比较困难，为了提高其耐磨性，需要提高固溶体的含量或者降低合金中钴的含量，但与此同时韧性降低，为了提高合金的韧性，需要降低固溶体含量或提高合金中钴的含量，但耐磨性又降低，因此在实际应用的情况中要兼顾两者的平衡。

硬质合金刀在使用过程中，主要的失效方式为磨损和崩刃，而磨损又分为：机械摩擦磨损、黏结磨损、扩散以及氧化磨损，机械摩擦磨损存在所有加工的情况，工件材料硬度越高，硬质点越多，刀具磨损越严重。黏结磨损、扩散以及氧化磨损主要出现在高温情况下，黏结磨损在切削塑性高、黏结性强，切削温度高的情况下最容易发生；在高温高压的时候，刀具与被切削件之间产生元素扩散，从而引起扩散磨损。

汽车铸铁件加工时，由于铸铁的硬度很高，再加上表面有氧化皮，刀具磨损快且易崩刃，因此对刀具要求有高的抗冲击性和耐磨性。传统的铸铁加工主要是以钨钴硬质合金刀具为主，并向其中单独添加少量的TaC、TiC、NbC、Cr3C2来改变其磨损性能。例如专利US2007134517公开了一种用于铸铁车削的硬质合金基体，其成分为6—8%的Co，2—3%的TaC，0.2—0.35%的NbC，其余为WC。专利CN201010500969.7公开了一种汽车铸铁加工用硬质合金刀片及其制备方法，其成分为7—9%的Co，1—3%的TaC，其余为电解WC。专利CN201110420253.0公开了一种用于铸铁车削加工的硬质合金及其硬质合金涂层刀片，其成分为粘接相含量为4—10%，Cr占粘接相的1—10%，立方碳化物的含量为0.5—2%，其余为WC。上述专利文献中所述的技术方案从一定程度上解决了耐磨性以及韧性，但单独添加的TaC、TiC、NbC等并不能有效地发挥其性能，特别是TaC、TiC，在烧结过程中因烧结温度远远低于碳化温度而无法获得完全的固溶体，从而影响其强度性能。不同时具有高的抗冲击性和高的耐磨性。本发明刀片在汽车铸铁加工方面具有良好的性能。

发明内容：

本发明的目的提供一种既有较高的抗冲击性，同时又有较好的耐磨性的用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片。

本发明是这样实现的：

用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片，粘结相Co含量为5～7%，固溶体（W，Ti，Ta）C含量8—12%，TaC含量0.5—2%，其余为WC，硬质合金中WC的粒径范围为1—1.5μm，固溶体粒径为WC平均粒径1—1.5倍。

粘结相Co含量为5.5～6.5%。

所用固溶体（W，Ti，Ta）C为不饱和固溶体。

固溶体（W，Ti，Ta）C中TiC/TaC/WC的重量比为3:2:5。

制备方法如下：按照配方，将平均粒径分别为2—3μm的WC、1.5—2μm的（W，Ti，Ta）C、1μm的TaC以及1μm的Co，按比例混合，以己烷为湿磨介质，每公斤粉末加300毫升，球料比为4:1，球磨时间64h，参蜡混合2h，干燥制粒后压成刀片毛坯，在温度1425℃下低压烧结1.5h。

本发明与现有的技术相比优点在于：

本发明从化学成分上添加了（W，Ti，Ta）C三元固溶体，能够充分发挥Ti以及Ta的优良性能，TaC作为抑制剂可以起到细化WC晶粒作用，提高合金的硬度，（W，Ti，Ta）C也能够改善合金的高温性能，从而进一步加强合金的耐磨性，其中的TiC使得合金对碳的敏感降低，从而能够改善合金的烧结性能。本发明的刀片硬度为91HRA以上，强度为2000Mpa以上，同时具有高的抗冲击性和耐磨性。

附图说明：

图1为被冲击材料主视图。

图2为图1的左视图。

图3为图1的D—D剖视图。

图4为被冲击材料的轴侧图。

具体实施方式：

以下结合具体实施对本发明做进一步阐述。

实施例1：

用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片，粘结相Co含量为6.5%，固溶体（W，Ti，Ta）C含量12%，TaC含量0.5，其余为WC，硬质合金中WC的平均粒径为1.4μm，固溶体的平均粒径为1.5μm。

步骤如下：按照配方，将平均粒径分别为3μm的WC、1.5μm的（W，Ti，Ta）C、1μm的TaC以及1μm的Co，按比例混合，以己烷为湿磨介质，每公斤粉末加300毫升，球料比为4:1，球磨时间64h，参蜡混合2h，干燥制粒后压成刀片毛坯，在温度1425℃下低压烧结1.5h，制成的刀片硬度为：91HRA，强度为2200MPa。

实施例2：

用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片，粘结相Co含量为6%，固溶体（W，Ti，Ta）C含量10%，TaC含量1%，其余为WC，硬质合金中WC的平均粒径为1.2μm，固溶体的平均粒径为1.4um。

步骤如下：按照配方，将平均粒径分别为2μm的WC、1.3um的（W，Ti，Ta）C、1μm的TaC以及1μm的Co，按比例混合，以己烷为湿磨介质，每公斤粉末加300毫升，球料比为4:1，球磨时间64h，参蜡混合2h，干燥制粒后压成刀片毛坯，在温度1425℃下低压烧结1.5h，制成的刀片硬度为：91.6HRA，强度为2000MPa。

对比例1：

一种现有技术的硬质合金，其成分包括：7wt%的Co，0.8%的TaC，0.2%的NbC，其余为WC，按照比例配制成粉末，经过球磨后压制成刀片压坯，在1425℃下低压烧结1.5h得到硬质合金基体。

对比例2：

一种现有技术的硬质合金，其成分包括：6wt%的Co，1%的TaC，0.2%的NbC，其余为WC，按照比例配制成粉末，经过球磨后压制成刀片压坯，在1425℃下低压烧结1.5h得到硬质合金基体。

对比试验一：

以上各实施和对比的硬质合金刀片基体和型号一样，经加工钝化后，涂CVDAL2O3，将涂层后的刀片进行切削试验对比其使用性能。

实施例1和对比例1切削对比，被加工材料HT250；

表1：

实施例2和对比例2切削对比，被加工材料HT250；

表2：

由上表可知，实施例与对比例的刀片基体和涂层基本一致，实施例中加入了三元固溶体，这种固溶体能够提高合金的高温性能，其耐磨性要比普通合金提高约20%的寿命；

对比试验二：（成都工具研究所所内毛坯冲击实验）

以上各实施和对比的硬质合金刀片基体和型号一样，烧结后，统一加工成12.5x12.5x5（mm）刀片，刀片不涂层，刀尖圆弧为R=1。

试验用材料：直径35mm，厚度32mm，原始长度150mm（切削变短）的轴承钢GCr15，淬火状态，硬度为HRC22—24。被冲击材料做成十字架，对刀具进行冲击，每转冲击4次，被冲击材料形状见图1—4。

冲击参数如下：

表3：

表4：

样品	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2
					磨损值（mm）	0.32	0.25	1	0.8

在做冲击实验时，刀具切削量少，主要受到冲击力，对比例实验刀具存在崩刃情况，从表中的结果看，实施例的抗冲击性能明显比对比例要高。

Claims (4)

1.用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片，其特征在于：粘结相Co含量为5～7%，固溶体（W，Ti，Ta）C含量8～12%，TaC含量0.5～2%，其余为WC，硬质合金中WC的粒径范围为1～1.5μm，固溶体粒径为WC平均粒径1～1.5倍，制备方法如下：按照配方，将平均粒径分别为2～3μm的WC、1.5～2μm的（W，Ti，Ta）C、1μm的TaC以及1μm的Co，按比例混合，以己烷为湿磨介质，每公斤粉末加300毫升，球料比为4:1，球磨时间64h，参蜡混合2h，干燥制粒后压成刀片毛坯，在温度1425℃下低压烧结1.5h。

2.如权利要求1所述的一种用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片，其特征在于：粘结相Co含量为5.5～6.5%。

3.如权利要求1所述的用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片，其特征在于：所用固溶体（W，Ti，Ta）C为不饱和固溶体。

4.如权利要求3所述的用于汽车铸铁加工的硬质合金刀片，其特征在于：固溶体（W，Ti，Ta）C中TiC/TaC/WC的重量比为3:2:5。