CN106834868A - 用于深孔加工硬质合金刀具材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为用于深孔加工硬质合金刀具材料及其制备方法，解决现有深孔加工刀具材料耐磨性、冲击性能、强度硬度不够的问题。其化学成份为：粘结相Co含量8wt.%‑12wt.%，四元固溶体（W，Ti，Ta，Nb）C含量为15wt.%‑22wt.%，其余为WC，硬质合金中WC的粒径为0.8‑1.5um，固溶体平均粒径为WC平均粒径1‑1.5倍。球磨64小时后，将干燥制粒后的粉末经过1‑1.2T/cm3的压制压力模压成型，在1450℃‑1475℃低压炉烧结1.5h制成硬着合金刀片。本发明与目前使用的硬质合金刀具材料进行试验对比，前者在深孔切削加工领域具有良好的耐磨性能和抗冲击性能。

Description

用于深孔加工硬质合金刀具材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硬质合金刀具材料，尤其与用于深孔加工用钻头的刀具材料及其制备方法有关。
背景技术：
随着我国经济的高速发展，核电作为一种低碳清洁能源发展迅速。核电关键零部件蒸汽发生器管板材料主要是由镍基合金 EQNiCrFe-7A制造而成，由于其具有抗高温氧化和高温耐蚀性的特殊性能，属于典型的难加工材料。同时由于深孔加工系统有着半封闭、切削温度高、切削热不易传散、排屑困难的特殊性，因此深孔钻钻削时切削力大,切削温度高, 现有的硬质合金，其成分包括：9%Co，22.5%（W，Ti）C,5.5%TaC,其余WC，按比例配制成粉末，球磨、干燥、制粒后以1.0T/cm3压制压力将粉末压成刀片毛坯，在温度1450℃，5MPa低压烧结1.5h。制成的刀片抗弯强度2017MPa；洛氏硬度91.4。钻削刀刃的磨料磨损、扩散磨损乃至氧化磨损都较严重,尤其当工件中存在一些硬质化合物时，磨损更加严重。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种高硬度、高强度、高韧性、高温红硬性好、耐磨性好的用于深孔加工硬质合金刀具材料及其制备方法。
本发明是这样实现的：
用于深孔加工硬质合金刀具材料，由如下重量百分比的原料制成：粘结相Co，8%-12%，四元固溶体（W，Ti，Ta，Nb）C1，5%-22%，余量为WC，其中WC晶粒度1-1.5um，Co晶粒度1-1.5um，四元固溶体晶粒度1.4-2.5um。
四元固溶体（W，Ti，Ta，Nb）C中WC：TiC：TaC：NbC的质量比为:1:2:1:1。
四元固溶体（W，Ti，Ta，Nb）C的制备方法：将WC、TiO2、Ta2O5、Nb2O5按照12-20:40-50:10-20:10-20重量比进行配制，另加炭黑作为还原剂，在干式球磨机中均匀混合10小时，然后在1700-1800℃温度下还原反应，最终于2000℃~2200℃条件下真空固溶3-5小时制备出四元固溶体粉末。
用于深孔加工硬质合金刀具材料的制备方法，将平均粒径分别为1-1.5μm的WC、1.5-2.5μm的四元固溶体（（W，Ti，Ta，Nb）C、以及1μm的Co混合，以正己烷为湿磨介质，每公斤粉末加350毫升正己烷，球料比为4:1，球磨时间82h，再加入重量百分比2%蜡混合2h，干燥制粒后的粉末以1-1.2T/cm3的压力压制成型，在低压炉中经1450℃-1475℃烧结1.5h。
本发明与现有技术相比优点如下：
本发明从化学成分上添加了四元（W，Ti，Ta，Nb）C固溶体，能够充分发挥Ti，Ta，Nb的优良性能，抑制晶粒长大，提高合金硬度和强度，同时改善合金的高温性能和耐磨性。
附图说明：
图1为深孔钻钻头主视图。
图2为图1的左视图。
具体实施方式：
实施例1：
将2umWC粉末、1umTiO2粉末、1umTa2O5粉末、1um Nb2O5按照16.43:43.8:18.97:20.82重量比进行配制，另加重量百分比29.88%的炭黑。在干式球磨机中均匀混合10小时，然后在1800℃温度下还原反应，最终于2100℃条件下真空固溶4小时制备出四元固溶体粉末（W0.1Ti0.63Ta0.09Nb0.18）C。
将制得的（W，Ti，Ta，Nb）C固溶体粉末，制备深孔加工用硬质合金刀片。步骤如下：
按照9%Co，20%（W，Ti，Ta，Nb）C，71%WC的重量百分比，将平均粒径分别为1μm的WC、1.5μm的（W，Ti，Ta，Nb）C、以及1μm的Co混合，以己烷为湿磨介质，每公斤粉末加350毫升，球料比为4:1，球磨时间64h，球磨时间64h后，再参蜡混合2h，干燥制粒后以1.0T/cm3压制压力将粉末压成刀片毛坯，在温度1450℃，5MPa低压烧结1.5h。制成的刀片抗弯强度2178MPa；洛氏硬度91.5。
试验例：
对比硬质合金刀片：
一种现有技术的硬质合金，其成分包括：9%Co，22.5%（W，Ti）C,5.5%TaC,其余WC，按比例配制成粉末，球磨、干燥、制粒后以1.0T/cm3压制压力将粉末压成刀片毛坯，在温度1450℃，5MPa低压烧结1.5h。制成的刀片抗弯强度2017MPa；洛氏硬度91.4.
实验例1：
将实施例1硬质合金材料和对比硬质合金材料分别制作成深孔钻头刀片，刀片见附图.然后再经过相同的涂层工艺处理后在实验室进行切削验证，其结果如下表。从表中可以看出，实施例1制得的硬质合金刀片在钻削长度达到8.216m之后刀面磨损量仅0.2mm；且排屑情况良好，钻削性能出色。
实验例2：
将实施例1硬质合金刀具材料制作成深孔钻头刀片，刀片附图.与国外钻头进行现场对比试验，对各个钻头打孔数量进行统计，以机床设定相同的峰值推力和峰值电流作为判定极限寿命的依据，统计结果显示如下表。从表中可以看出，（1）实施例1制得的钻头平均寿命是24孔（19.2m），高于进口钻头16.6%，（2）实施例1钻头的磨损，小于进口钻头，平均磨损小50%以上。（3）实施例1钻头钻孔垂直度高于进口钻头。

Claims (4)

1.用于深孔加工硬质合金刀具材料，其特征在于由如下重量百分比的原料制成：粘结相Co，8%-12%，四元固溶体（W，Ti，Ta，Nb）C1，5%-22%，余量为WC，其中WC晶粒度1-1.5um，Co晶粒度1-1.5um，四元固溶体晶粒度1.4-2.5um。
2.根据权利要求1所述的用于深孔加工硬质合金刀具材料，其特征在于四元固溶体（W，Ti，Ta，Nb）C中WC：TiC：TaC：NbC的质量比为:1:2:1:1。
3.根据权利要求1所述的用于深孔加工硬质合金刀具材料，其特征在于四元固溶体（W，Ti，Ta，Nb）C的制备方法：将WC、TiO2、Ta2O5、Nb2O5按照12-20:40-50:10-20:10-20重量比进行配制，另加炭黑作为还原剂，在干式球磨机中均匀混合10小时，然后在1700-1800℃温度下还原反应，最终于2000℃~2200℃条件下真空固溶3-5小时制备出四元固溶体粉末。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于深孔加工硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于将平均粒径分别为1-1.5μm的WC、1.5-2.5μm的四元固溶体（（W，Ti，Ta，Nb）C、以及1μm的Co混合，以正己烷为湿磨介质，每公斤粉末加350毫升正己烷，球料比为4:1，球磨时间82h，再加入重量百分比2%蜡混合2h，干燥制粒后的粉末以1-1.2T/cm3的压力压制成型，在低压炉中经1450℃-1475℃烧结1.5h。
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