CN105252239A - 一种梯度硬质合金刀具制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种梯度硬质合金刀具的制备方法,其中所述的方法包括下述步骤:(a)制备整体不含η相的贫碳硬质合金基体;(b)将所得贫碳硬质合金基体磨削加工成刀具;(c)对所得刀具进行气体渗碳表面处理;(d)对所得渗碳处理刀具精磨,即得到表面贫Co的梯度硬质合金刀具。本发明工艺简单,设备投资少,过程控制简便,制造的梯度硬质合金刀具表面低Co,具有高硬度和耐磨性;心部Co含量高且无η相存在,具有很好的强韧性,可满足不同数控刀具的使用要求。
Description
技术领域
本发明属合金刀具技术领域,特别是涉及一种梯度硬质合金刀具制备方法。
背景技术
WC-Co硬质合金具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等诸多优异性能,是数控刀具制造业广泛使用的刀具材料。这种合金由大量难熔金属碳化物(WC)和少量粘结金属(Co)组成并用粉末冶金工艺制备而成,其力学性能主要取决于WC的晶粒尺寸和粘结相Co的含量。一般地,相同WC晶粒尺寸条件下,随Co含量的减少,材料的硬度、耐磨性提高,但强度、韧性降低。对于硬质合金钻头、铣刀及可转位刀片等数控刀具,在金属切削过程中,不仅要求表面有很高的硬度和耐磨性,而且还要求心部强韧性好,能承受较大的冲击力。传统结构硬质合金由于成分、组织的均质性,各性能间(如强度和硬度、耐磨性和韧性)存在着尖锐的矛盾,很难实现耐磨性与强韧性的统一,使得硬质合金数控刀具在工业中的应用受到了很大的限制。表面贫Co梯度硬质合金的表层Co含量低,具有很高的硬度和耐磨性;合金的心部Co含量高,具有很好的强度和韧性,可有效解决硬质合金各性能间的矛盾。瑞典Sandvik公司在申请号为85108173的专利文献《最适用于岩石钻孔和矿石切割的硬质合金体》中公开了一种双相结构梯度硬质合金(DP合金)的制备方法,并已在球齿等凿岩工具上得到了商业化应用。这种梯度硬质合金是通过先压制总碳量远低于化学计量碳的WC-Co硬质合金压坯,预烧结制得整体含η相(Co3W3C或Co6W6C)的缺碳硬质合金,之后进行固体渗碳处理的技术来制备的。合金表层为低Co含量的WC+γ组织,中间层为高Co含量的WC+η+γ三相组织,心部为合金名义Co含量的WC+η+γ组织,由于心部存在大量脆性η相,严重降低了材料的强度,因而不适用于制造整体硬质合金刀具。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种梯度硬质合金刀具制备方法,针对现有数控刀具的不足,提供一种工艺方法简单、设备投资少,过程控制简便,适用于制造梯度硬质合金数控刀具的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种梯度硬质合金刀具的制备方法,其中所述的方法包括下述步骤:
(a)制备整体不含η相的贫碳硬质合金基体;
(b)将所得贫碳硬质合金基体磨削加工成刀具;
(c)对所得刀具进行气体渗碳表面处理;
(d)对所得渗碳处理刀具精磨,即得到表面贫Co的梯度硬质合金刀具。
所述的步骤(a)中制备整体不含η相的贫碳硬质合金基体的方法为将贫碳WC-Co混合料,经湿磨、干燥、制粒、模压后,按正常烧结工艺进行液相烧结,得到整体不含η相的贫碳硬质合金基体。
所述的步骤(b)中将贫碳硬质合金基体放在数控磨床上进行磨削,磨削成接近最终尺寸的刀具。
所述的步骤(c)中将刀具垂直放置在真空烧结炉内,在富碳气氛下进行真空渗碳。
所述贫碳WC-Co混合料是将WC粉、Co粉和纯W粉配制成总碳含量位于WC-Co平衡相图的两相区边界、但低于化学计量碳的WC-Co混合料。
所述接近最终尺寸为刀具的磨削余量为0.1mm。
所述富碳气氛为甲烷体积百分浓度为0.8~2.5vol.%的甲烷和氢气混合气体。
所述渗碳温度1260~1320℃,时间2~4h,混合气体流量4~10L/min,炉内压力0.25~0.5atm。
所述刀具精磨是将刀具磨削至最终尺寸并刃磨刃口。
本发明由于采用上述工艺方法,在整体不含η相的贫碳硬质合金基础上,通过对磨削成形的刀具进行真空气体渗碳,使刀具表面的Co相向内部迁移,形成表面贫Co、心部高Co含量的粘结相梯度结构,之后精磨成梯度硬质合金刀具。该方法制造的梯度硬质合金刀具,表面Co含量低,硬度高,耐磨性好。心部Co含量高且无η相存在,强韧性好,比传统结构硬质合金刀具有更好的使用性能。
本发明采用总碳含量位于WC-Co平衡相图的两相区边界、但低于化学计量碳的WC-Co混合料制备刀具,刀具材料为整体不含η相的正常组织,按常规硬质合金生产工艺生产,工艺简便。
本发明采用甲烷和氢气混合气体为碳源,在真空条件下对刀具进行气体渗碳,甲烷分解产生活性碳原子:CH4→C+2H2。当气氛中活性碳原子浓度高于刀具表面碳含量时,碳原子向刀具内部扩散,使得刀具表层碳含量提高,固相Co转变成液相Co并向刀具内部迁移,从而得到表层Co含量低,心部Co含量高的梯度硬质合金刀具。
有益效果
本发明工艺简单,设备投资少,过程控制简便,制造的梯度硬质合金刀具表面低Co,具有高硬度和耐磨性;心部Co含量高且无η相存在,具有很好的强韧性,可满足不同数控刀具的使用要求。
附图说明
附图1为本发明制造梯度硬质合金刀具的工艺流程图;
附图2为本发明实施例1中梯度硬质合金铣刀的XRD谱图;
附图3为本发明实施例1中梯度硬质合金铣刀的显微硬度分布图;
附图4为本发明实施例1中梯度硬质合金铣刀中Co含量的分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示,一种梯度硬质合金刀具的制备方法,其中所述的方法包括下述步骤:
(a)制备整体不含η相的贫碳硬质合金基体;
(b)将所得贫碳硬质合金基体磨削加工成刀具;
(c)对所得刀具进行气体渗碳表面处理;
(d)对所得渗碳处理刀具精磨,即得到表面贫Co的梯度硬质合金刀具。
所述的步骤(a)中制备整体不含η相的贫碳硬质合金基体的方法为将贫碳WC-Co混合料,经湿磨、干燥、制粒、模压后,按正常烧结工艺进行液相烧结,得到整体不含η相的贫碳硬质合金基体。刀具材料为整体不含η相的正常组织,按常规硬质合金生产工艺生产,工艺简便。
所述的步骤(b)中将贫碳硬质合金基体放在数控磨床上进行磨削,磨削成接近最终尺寸的刀具,所述接近最终尺寸为刀具的磨削余量为0.1mm。
所述的步骤(c)中将刀具垂直放置在真空烧结炉内,在富碳气氛下进行真空渗碳。
所述贫碳WC-Co混合料是将WC粉、Co粉和纯W粉配制成总碳含量位于WC-Co平衡相图的两相区边界、但低于化学计量碳的WC-Co混合料。
所述富碳气氛为甲烷体积百分浓度为0.8~2.5vol.%的甲烷和氢气混合气体。采用甲烷和氢气混合气体为碳源,在真空条件下对刀具进行气体渗碳,甲烷分解产生活性碳原子:CH4→C+2H2,当气氛中活性碳原子浓度高于刀具表面碳含量时,碳原子向刀具内部扩散,使得刀具表层碳含量提高,固相Co转变成液相Co并向刀具内部迁移,从而得到表层Co含量低,心部Co含量高的梯度硬质合金刀具。
所述渗碳温度1260~1320℃,时间2~4h,混合气体流量4~10L/min,炉内压力0.25~0.5atm。
所述刀具精磨是将刀具磨削至最终尺寸并刃磨刃口。
实施例一:
如图2~4所示,将适量W粉与粒径为0.6μm的WC粉、Co粉配制成WC-6wt.%Co的混合料,经湿磨、喷雾干燥制粒后压制成Φ6mm×300mm的圆棒压坯,然后,在低于400℃下脱蜡处理,再经真空烧结和HIP烧结,烧结温度1400℃,保温时间60min,之后冷却至室温,得到碳含量约5.72wt.%的贫碳硬质合金圆棒,用数控工具磨床磨削成MG-4EA45M-D2型整体硬质合金四刃立铣刀,然后在ZLX-2000型一体化烧结炉内进行真空气体渗碳:温度1320℃,甲烷体积百分数0.6%,混合气体流量8L/min,炉内压力0.25atm,渗碳时间240min,冷却至室温后,在数控工具磨床上精磨成最终产品。
经检测,刀具表面硬度为HV1828,心部为HV1695,材料内部无η相,从而得到梯度硬质合金铣刀。
实施例二:
将适量W粉与粒径为0.8μm的WC粉、Co粉配制成WC-10wt.%Co的混合料,经湿磨、喷雾干燥制粒后压制成Φ10mm×300mm的圆棒压坯,然后,在低于400℃下脱蜡处理,再经真空烧结和HIP烧结,烧结温度1420℃,制得碳含量约5.36wt.%的贫碳硬质合金圆棒,用五轴数控工具磨床磨削成DG-ATA03-D9型整体硬质合金定柄径麻花钻,然后在ZLX-2000型一体化烧结炉内进行真空气体渗碳:温度1300℃,CH4体积百分数1.5%,混合气体流量6L/min,炉内压力0.5atm,渗碳时间120min,之后冷却至室温,在五轴数控工具磨床上精磨成最终产品。
经检测,刀具表面硬度为HV1805,心部为HV1634,材料内部无η相,从而得到梯度硬质合金钻头。
Claims (9)
1.一种梯度硬质合金刀具的制备方法,其特征在于:所述的方法包括下述步骤:
(a)制备整体不含η相的贫碳硬质合金基体;
(b)将所得贫碳硬质合金基体磨削加工成刀具;
(c)对所得刀具进行气体渗碳表面处理;
(d)对所得渗碳处理刀具精磨,即得到表面贫Co的梯度硬质合金刀具。
2.根据权利要求1所述的一种梯度硬质合金刀具制备方法,其特征在于:所述的步骤(a)中制备整体不含η相的贫碳硬质合金基体的方法为将贫碳WC-Co混合料,经湿磨、干燥、制粒、模压后,按正常烧结工艺进行液相烧结,得到整体不含η相的贫碳硬质合金基体。
3.根据权利要求1所述的一种梯度硬质合金刀具制备方法,其特征在于:所述的步骤(b)中将贫碳硬质合金基体放在数控磨床上进行磨削,磨削成接近最终尺寸的刀具。
4.根据权利要求1所述的一种梯度硬质合金刀具制备方法,其特征在于:所述的步骤(c)中将刀具垂直放置在真空烧结炉内,在富碳气氛下进行真空渗碳。
5.根据权利要求2所述的一种梯度硬质合金刀具制备方法,其特征在于:所述贫碳WC-Co混合料是将WC粉、Co粉和纯W粉配制成总碳含量位于WC-Co平衡相图的两相区边界、但低于化学计量碳的WC-Co混合料。
6.根据权利要求3所述的一种梯度硬质合金刀具制备方法,其特征在于:所述接近最终尺寸为刀具的磨削余量为0.1mm。
7.根据权利要求4所述的一种梯度硬质合金刀具制备方法,其特征在于:所述富碳气氛为甲烷体积百分浓度为0.8~2.5vol.%的甲烷和氢气混合气体。
8.根据权利要求4所述的一种梯度硬质合金刀具制备方法,其特征在于:所述渗碳温度1260~1320℃,时间2~4h,混合气体流量4~10L/min,炉内压力0.25~0.5atm。
9.根据权利要求1所述的一种梯度硬质合金刀具制备方法,其特征在于:所述刀具精磨是将刀具磨削至最终尺寸并刃磨刃口。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160120 |