CN104525952A - 一种可适应常规机械加工的硬质合金压坯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可适应常规机械加工的硬质合金压坯的制备方法，包括以下步骤：a.将制备好的硬质合金混合料通过模压、等静压成型工艺压制成压坯；b.将成型的压坯放入真空烧结炉中进行预烧结，烧结温度为810-880℃，保温时间为60-80分钟，预烧结完成后冷却至室温。本发明的硬质合金压坯的制备方法，将压制成型的压坯进行预烧结，经过预烧结的压坯有一定的硬度和抗弯强度，具有了较好的被加工性能，使得硬质合金压坯可以在烧结前用车、铣、钻、镗等常规机械加工来进行有效的切除进一步成形，大量减少了烧结制品后续加工的加工余量，降低了加工成本，提高了加工效率。

Description

一种可适应常规机械加工的硬质合金压坯的制备方法
技术领域
本发明属于硬质合金制备技术领域，具体涉及一种可适应常规机械加工的硬质合金压坯的制备方法。
背景技术
硬质合金主要由金属碳化物硬质相粉末和金属粘结相粉末组成，硬质合金的制造工艺主要包括混合料制备、压制成型和烧结三个部分。压制成型方法主要有模压成型、等静压成型、挤压成型和注塑成型四种，模压成型、等静压成型和挤压成型一般只能加工形状较为简单的压坯，注塑成型虽然能够加工形状较为复杂的压坯，但是注塑模具成本高，技术不成熟，导致注塑成型也只能生产一些大批量的小产品。压制成型的压坯的孔隙率在40％～50％，硬质合金的烧结温度在1370～1470℃之间，烧结后的烧结制品将产生剧烈的非均匀致密化收缩，体积收缩系数在1.6到2.0之间，因此难以保证压制成型压坯的各部位能够完全同比例的收缩成最终的烧结制品，所以形状复杂硬质合金产品的制通常只能通过对烧结制品进行后继加工来完成。
硬质合金有极高的硬度，只有通过磨加工、线切割或电火花的方式来进行后继加工，这些加工方法除存在加工成本高、加工效率低的问题外，还会让产 品产生较大的加工应力和加工缺陷，影响和降低产品的材质质量，因此，能够在烧结前采用常规机械加工的方法对压坯进行加工则是最优的方式。
常规压坯可以用连续切削的车加工来对进行加工，但由于压坯强度很低，难以实现正常的装夹，并且容易产生掉边、掉角和崩裂，加工范围非常有限，间断切削类的机加工更是不能使用。能够让压制成型的压坯具备常规机械加工的性能是目前业内迫切希望解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中的硬质合金成型压坯无法进行常规机械加工的问题，提供一种可适应常规机械加工的硬质合金压坯的制造方法，对压制成型后的压坯进行预烧结处理，预烧结后的压坯可通过常规机械加工方法来加工成形为需要的形状。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种可机械加工的硬质合金压坯的制备方法，包括以下步骤：
a.将制备好的硬质合金混合料通过模压、等静压成型工艺压制成压坯；
b.将成型的压坯放入真空烧结炉中进行预烧结，烧结温度为810-880℃，保温时间为60-80分钟，预烧结完成后冷却至室温。
优选地，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>0且≤15﹪，烧结温度为870-880℃，保温时间为80分钟。
优选地，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>15﹪且≤20﹪，烧结温度为855-865℃，保温时间为75分钟。
优选地，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>20﹪且≤25﹪，烧结温度为840-850℃，保温时间为70分钟。
优选地，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>25﹪且≤30﹪，烧结温度为825-835℃，保温时间为65分钟。
优选地，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>30﹪且≤35﹪，烧结温度为810-820℃，保温时间为60分钟。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种可适应常规机械加工的硬质合金压坯的制备方法，将模压或冷静压成型后的压坯通过真空预烧结，使得压坯具有一定的硬度和抗弯强度，因此压坯能够实现没有破损的正常装夹和进行正常的车、铣、钻、镗等各种类型的常规机加工，能够实现常规硬质合金的压坯难以或者无法进行的压坯切除成形，机械加工处理后再进行最终的烧结，形成最后的产品，这样有效降低了后序加工成本，提高了加工效率。
硬质合金的原料主要采用碳化钨，烧结后的硬质合金加工去除料只能作废弃回收处理，而本发明在烧结前即进行大量的机械加工，切除的坯料则可以直接投入成型，进行再生产，能够有效提高钨资源的利用率，同时能够节能减排、保护环境。
附图说明
图1-1是本发明的实施例1的产品主视图。
图1-2是图3-1的A-A剖视图。
图1-3是本发明的实施例1的产品俯视图。
图2是本发明的实施例2的产品的剖视图。
图3-1是本发明的实施例3的产品主视图。
图3-2是本发明的实施例3的产品俯视图。
图4-1是本发明的实施例4的产品主视图。
图4-2是本发明的实施例4的产品俯视图。
图5-1是本发明的实施例5的产品主视图。
图5-2是图5-1的B-B剖视图。
具体实施方式
硬质合金压坯的孔隙率在40﹪到50﹪之间。压坯是由混合料粉末压制而成的，结成压坯的结合力有两种：一是粘结相金属的啮合，二是成型剂的粘合。压制压力很高的情况下，不需要成型剂，仅靠粘结相金属的啮合也能压制成形，， 增加成型剂含量可以提高一定的粘合力，但粘结相金属啮合和成型剂粘合的粘结结合力有限，压制压坯不具有硬度和抗弯强度的性能，难以实施正常切削用量的各种类型常规机加工。
硬质合金预烧结压坯并没有发生因粘结相金属全熔液化毛细管作用产生的致密化收缩，外观尺寸保持不变。硬质合金的红硬性在700℃至800℃之间，红硬性是指硬质合金高温下抵抗塑性变形、保持相应硬度的能力。超过红硬性温度后会加快粘结相金属的软化塑变。在800℃至900℃之间对压坯进行预烧结，压坯中粘结相金属将发生软化塑变，这种软化塑变会促使粘结相金属的啮合更加紧密，并在粘结相金属啮合点实现了点焊连结，随着温度的降低最终形成了粘结相金属形成的网络骨架把松散粉末的压坯结成了具有一定硬度和抗弯強度的可适应各种类型正常机加工、完成压坯切削成需要的尺寸和形状的准多孔实材体。
本发明的硬质合金压坯的制备方法，通过以下具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
硬质合金牌号：YG6。
YG6是由质量比为94﹪金属碳化物碳化钨和6﹪金属粘结相钴结合成的硬质合金，碳化钨的密度为15.6克/立方厘米，钴的密度为8.9克/立方厘米，粘结相金属钴体积含量为：6÷8.9/﹙94÷15.6+6÷8.9﹚﹦10.06﹪。
压坯的制备方法包括以下步骤：
a.按照94﹪的碳化钨和6﹪的钴的质量百分比含量制备YG6硬质合金混合料，通过等静压压制成型制成压坯。
b.将成型的压坯放入真空烧结炉中进行预烧结，由于粘结相金属钴的体积含量为10.06﹪，因此烧结温度设定为875℃，保温时间为80分钟，预烧结完成后冷却至室温，即得到本发明的硬质合金压坯。
参照图1-1,1-2,1-3，选用人造金刚石刀具，按产品图对预烧结后的硬质合金压坯进行机械加工。机械加工工艺如下：
①打中心孔； 
②车外圆； 
③平两端头； 
④卧铣对称缺；
机械加工后硬质合金压坯外观尺寸保持不变，且无掉边、掉角和崩裂，产品表面粗造度为Ra1.6。
硬质合金压坯性能测试，样块硬度检测值为HRC68.5，抗弯强度检测值为80N/㎜2。
机械加工完成后，再通过真空烧结，即可得到最终产品。
实施例2：
硬质合金牌号：YN10。
YN10是由质量比为90﹪金属碳化物碳化钨和10﹪金属粘结相镍结合成的硬质合金，碳化钨的密度为15.6克/立方厘米，镍的密度为8.9克/立方厘米，粘结相金属镍体积含量为：10÷8.9/﹙90÷15.6+10÷8.9﹚﹦16.30﹪。
压坯的制备方法包括以下步骤：
a.按照90﹪的碳化钨和10﹪的镍的质量百分比含量制备YN10硬质合金混合料，通过等静压压制成型制成压坯。
b.将成型的压坯放入真空烧结炉中进行预烧结，由于粘结相金属镍的体积含量为16.30﹪，因此烧结温度设定为865℃，保温时间为75分钟，预烧结完成后冷却至室温，即得到本发明的硬质合金压坯。
参照图2，选用人造金刚石刀具，按产品图对预烧结后的硬质合金压坯进行机械加工。机械加工工艺如下：
①车外圆； 
②平两端头； 
③钻斜孔； 
机械加工后硬质合金压坯外观尺寸保持不变，且无掉边、掉角和崩裂，产品表面粗造度为Ra1.6。
硬质合金压坯性能测试，样块硬度检测值为HRC62.0，抗弯强度检测值为__87N/㎜2。
机械加工完成后，再通过真空烧结，即可得到最终产品。
实施例3：
硬质合金牌号：YG23C。
YG23C是由质量比为77﹪金属碳化物碳化钨和23﹪金属粘结相钴结合成的硬质合金，碳化钨的密度为15.6克/立方厘米，钴的密度为8.9克/立方厘米，粘结相金属钴体积含量为：23÷8.9/﹙77÷15.6+23÷8.9﹚﹦34.37﹪。
压坯的制备方法包括以下步骤：
a.按照77﹪的碳化钨和23﹪的钴的质量百分比含量制备YG23C硬质合金混合料，通过模压压制成型制成压坯。
b.将成型的压坯放入真空烧结炉中进行预烧结，由于粘结相金属钴的体积含量为34.37﹪，因此烧结温度设定为815℃，保温时间为60分钟，预烧结完成后冷却至室温，即得到本发明的硬质合金压坯。
参照图3-1,3-2，选用人造金刚石刀具，按产品图对预烧结后的硬质合金压坯进行机械加工。机械加工工艺如下：
①卧铣直通槽；
②再立铣底槽；
机械加工后硬质合金压坯外观尺寸保持不变，且无掉边、掉角和崩裂，产品表面粗造度为Ra1.6。
硬质合金压坯性能测试，样块硬度检测值为HRC39.8，抗弯强度检测值为114N/㎜2。
机械加工完成后，再通过真空烧结，即可得到最终产品。
实施例4：
硬质合金牌号：YG15。
YG15是由质量比为85﹪金属碳化物碳化钨和15﹪金属粘结相钴结合成的硬质合金，碳化钨的密度为15.6克/立方厘米，钴的密度为8.9克/立方厘米，粘结相金属钴体积含量为：15÷8.9/﹙85÷15.6+15÷8.9﹚﹦23.62﹪。
压坯的制备方法包括以下步骤：
a.按照85﹪的碳化钨和15﹪的钴的质量百分比含量制备YG15硬质合金混合料，通过模压压制成型制成压坯。
b.将成型的压坯放入真空烧结炉中进行预烧结，由于粘结相金属钴的体积含量为23.62﹪，因此烧结温度设定为845℃，保温时间为70分钟，预烧结完成后冷却至室温，即得到本发明的硬质合金压坯。
参照图4-1,4-2，选用人造金刚石刀具，按产品图对预烧结后的硬质合金压坯进行机械加工。机械加工工艺如下：
①平两端头； 
②立铣品字槽；
机械加工后硬质合金压坯外观尺寸保持不变，且无掉边、掉角和崩裂，产品表面粗造度为Ra1.6。
硬质合金压坯性能测试，样块硬度检测值为HRC52.4，抗弯强度检测值 为97N/㎜2。
机械加工完成后，再通过真空烧结，即可得到最终产品。
实施例5：
硬质合金牌号：YG18。
YG18是由质量比为82﹪金属碳化物碳化钨和18﹪金属粘结相钴结合成的硬质合金，碳化钨的密度为15.6克/立方厘米，钴的密度为8.9克/立方厘米，粘结相金属钴体积含量为：18÷8.9/﹙82÷15.6+18÷8.9﹚﹦26.39﹪。
压坯的制备方法包括以下步骤：
a.按照82﹪的碳化钨和18﹪的钴的质量百分比含量制备YG18硬质合金混合料，通过模压压制成型制成压坯。
b.将成型的压坯放入真空烧结炉中进行预烧结，由于粘结相金属钴的体积含量为26.39﹪，因此烧结温度设定为830℃，保温时间为65分钟，预烧结完成后冷却至室温，即得到本发明的硬质合金压坯。
参照图5-1,5-2，选用人造金刚石刀具，按产品图对预烧结后的硬质合金压坯进行机械加工。机械加工工艺如下：
①平两端头； 
②钻铣锥孔； 
机械加工后硬质合金压坯外观尺寸保持不变，且无掉边、掉角和崩裂，产品表面粗造度为Ra1.6。
硬质合金压坯性能测试，样块硬度检测值为HRC47.3，抗弯强度检测值为105N/㎜2。
机械加工完成后，再通过真空烧结，即可得到最终产品。

Claims (6)

1.一种可适应常规机械加工的硬质合金压坯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将制备好的硬质合金混合料通过模压、等静压成型工艺压制成压坯；
b.将成型的压坯放入真空烧结炉中进行预烧结，烧结温度为810-880℃，保温时间为60-80分钟，预烧结完成后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的硬质合金压坯的制备方法，其特征在于，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>0且≤15﹪，烧结温度为870-880℃，保温时间为80分钟。
3.根据权利要求1所述的硬质合金压坯的制备方法，其特征在于，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>15﹪且≤20﹪，烧结温度为855-865℃，保温时间为75分钟。
4.根据权利要求1所述的硬质合金压坯的制备方法，其特征在于，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>20﹪且≤25﹪，烧结温度为840-850℃，保温时间为70分钟。
5.根据权利要求1所述的硬质合金压坯的制备方法，其特征在于，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>25﹪且≤30﹪，烧结温度为825-835℃，保温时间为65分钟。
6.根据权利要求1所述的硬质合金压坯的制备方法，其特征在于，步骤b中，预烧结的烧结温度和保温时间根据制作硬质合金的混合料粉末中粘结相金属的体积含量来设定，粘结相金属体积含量>30﹪且≤35﹪，烧结温度为810-820℃，保温时间为60分钟。
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