CN107937786A - 一种新型硬质合金分切刀具用材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬质合金分切刀具的制备工艺，包括配料、湿磨、干燥制粒或真空干燥制粉、压制、烧结、淬火、深冷和检测的工序，其中配料的V‑Fe‑Ni‑Co为粘结相，配料中加入VC:2％～5％，上述配料经过淬火和深冷工序能够得到。本发明还公开了增加初次刮平、辅助压圈压型两个步骤的压制工艺，其中辅助压圈压型后在底模外圈和内圈形成凹槽，原来只有一次刮平改为两次，第二次刮平将粉料填平所述凹槽，能够增强粉料填充的均匀性，经压型后从而提升内径和外径位置的压坯强度，减少孔隙度，进而提升合金整体的强度。

Description

一种新型硬质合金分切刀具用材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及硬质合金分切刀具领域，具体是涉及一种用于瓦楞纸分切生产行业的新型硬质合金刀具及其制备工艺。
背景技术
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。硬质合金属于复合材料，主要由硬质相和粘结相组成，其中，硬质相赋予材料硬度和耐磨性，而基体粘结相赋予材料一定的塑韧性和强度。能作为硬质合金粘结相的金属，不仅需要对硬质相具有良好的润湿性，还要对硬质相具有一定的固溶度，铁族元素VC、Fe、Ni和Co满足以上条件。
现有硬质合金的耐冲击性能和韧性不够高；压坯强度不够高；合金材料的性能不够稳定；此外鉴于粉料填充均匀性的重要程度和使用过程中消耗度，应考虑提升内径和外径位置的压坯强度，减少孔隙度，从而提升合金整体的强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种耐冲击性能和韧性较高的硬质合金材料，同时提高现有硬质合金的稳定性和整体强度、提高产品的使用寿命。
为了解决上述技术问题，发明人经过不断创新和改进得出本发明的技术方案，本发明公开了一种新型硬质合金分切刀具用材料及其制备工艺：
一种新型硬质合金分切刀具用材料，材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:2％～5％，Fe:3％～25％，Co:5％～20％，Ni:0.5％～5％，TiC:3％～15％，余量:WC。
一种硬质合金分切刀具的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，配料：将原材料VC、Fe、Co、Ni、TiC和WC加入湿磨机进行混合；
步骤二，湿磨：将步骤一配制好的原料、湿磨介质和成型剂一同加入湿磨机中混合均匀，湿磨时间为36h～40h；
步骤三，干燥制粒或制粉：将湿磨好的混合料在喷雾干燥塔内进行混合料干燥制粒；或经过真空干燥再制粉；
步骤四，压制:将干燥制粒好的混合料经压力机压制成型，压力值为：0.8Mpa～1.2Mpa；
步骤五，烧结:将压制成型的毛坯用石墨材质舟皿装好放入真空烧结炉中，经1400℃～1430℃的高温烧结，制成新型硬质合金材料；
步骤六，淬火:将烧结好的硬质合金材料放入淬火炉中进行淬火处理，温度900℃～1100℃，保温15min～20min，之后放入淬火专用油内极速冷却，冷却时间为1min～2min；
步骤七，深冷:步骤六淬火处理后的材料放入深冷炉内进行深冷处理，深冷温度为-160℃～-190℃，深冷时间为:12h～24h。
优选的，所述步骤一中VC的粒度为0.9um～1.2um，Fe粉的粒度为0.8um～1.0um，Co粒度≤1.0um，Ni粒度≤1.0um，所述V-Fe-Ni-Co为粘结相。
优选的，所述步骤二中湿磨介质为≥95％的无水乙醇，无水乙醇的加入比例为：330ml酒精/kg原料；成型剂为:PEG，加入比例为2％～3％。
优选的，所述步骤三中喷雾干燥塔顶进口温度为：180℃～230℃，塔底出口温度为：90℃～100℃，干燥塔内部压力为：1.6kPa～2.0kPa。
优选的，所述步骤三中喷雾干燥塔还可以是真空干燥机，其真空度≥0.95MPa，干燥时间为8h～12h；混合料经过真空干燥机干燥后制粉，制粉是用40目～80目的筛网过筛制粉。
优选的，所述步骤六中淬火专用油为ZZ-1型淬火专用油。
本发明还公开了一种硬质合金分切刀具的制备工艺中步骤四压制工艺包括：粉料称重、倒入底模、初次刮平、辅助压圈压型、第二次刮平、压平和压制，其中辅助压圈压型后在底模外圈和内圈形成凹槽，第二次刮平将粉料填平所述凹槽。
优选的，所述辅助压圈底部靠近外圈和内圈有突出圆环。
优选的，所述突出圆环的厚度为0.5mm～1.0mm。
优选的，所述突出圆环的宽度为8.0mm～15mm。
与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：
(1)本发明中TiC的加入是为了提高合金的硬度，从而提高产品的使用寿命。
(2)本发明中湿磨可以将各组分原料充分的混合均匀。
(3)本发明中复合粘结相V-Fe-Ni-Co可有效的改善合金的抗疲劳性能和韧性，在满足使用性能的同时可以有效的降低生产成本，加入VC，降低Fe的含量能够增加材料的韧性，提高材料的耐冲击性能。
(4)本发明中混合料干燥速度快，料液经雾化后表面积大大增加，在热风气流中，瞬间就可蒸发95％-98％的水份，完成干燥时间仅需数秒钟，物料具有良好的均匀度和流动性，产品纯度高，质量好；生产过程简化，操作控制方便。
(5)压制工艺增加初次刮平、辅助压圈压型两个步骤，其中辅助压圈压型后在底模外圈和内圈形成凹槽，原来只有一次刮平改为两次，第二次刮平将粉料填平所述凹槽，能够增强粉料填充的均匀性，经压型后从而提升内径和外径位置的压坯强度，减少孔隙度，进而提升合金整体的强度。
(9)提升压制压力，能够使粉料粒子被充分压破结合，从而更好提升压坯的强度。
(10)提升烧结温度，能够使VC更好地溶解于粘结相中，进而抑制WC的晶粒长大，使合金材料性能更加稳定。
(11)述突出圆环的厚度为0.5mm～1.0mm；宽度为8.0mm～15mm；均为经过试验得出的优选范围，能够有效保证两次刮平的进行，同时增强粉料填充的均匀性，提升内径和外径位置的压坯强度，减少孔隙度，进而提升合金整体的强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明流程示意图。
图2是本发明压制工艺流程示意图。
图3是本发明辅助压圈示意图。
图4为压平压圈示意图。
图5为底模示意图
其中：1.底模，2.底模凹槽，3.辅助压圈，4.突出圆环，5.压平压圈。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
实施例1
如图1所示，一种新型硬质合金分切刀具用材料，材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:3.0％，Fe:25％，Co:5.0％，Ni:5.0％，TiC:5.0％，余量:WC。
上述硬质合金分切刀具的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，配料：将原材料VC、Fe、Co、Ni、TiC和WC加入湿磨机进行混合；
步骤二，湿磨：将步骤一配制好的原料、湿磨介质和成型剂一同加入湿磨机中混合均匀，湿磨时间为36h；
步骤三，干燥制粒：将湿磨好的混合料在喷雾干燥塔内进行混合料干燥制粒；
步骤四，压制:将干燥制粒好的混合料经压力机压制成型，压力值为：0.8Mpa～1.2Mpa，其中包括1.0Mpa或1.1Mpa；
步骤五，烧结:将压制成型的毛坯用石墨材质舟皿装好放入真空烧结炉中，经1400℃～1430℃的高温烧结，制成新型硬质合金材料，其中包括1420℃高温烧结或1425℃高温烧结；
步骤六，淬火:将烧结好的硬质合金材料放入淬火炉中进行淬火处理，温度900℃～1100℃，保温15min～20min，之后放入淬火专用油内极速冷却，冷却时间为1min～2min；
步骤七，深冷:步骤六淬火处理后的材料放入深冷炉内进行深冷处理，深冷温度为-160℃～-190℃，深冷时间为:12h～24h。
步骤八，检测。
其中：所述步骤一中VC的粒度为0.9um～1.2um，Fe粉的粒度为0.8um～1.0um，Co粒度≤1.0um，Ni粒度≤1.0um，所述V-Fe-Ni-Co为粘结相。
所述步骤二中湿磨介质为≥95％的无水乙醇，无水乙醇的加入比例为：330ml酒精/kg原料；成型剂为:PEG，加入比例为2％～3％。
所述步骤三中喷雾干燥塔顶进口温度为：180℃～230℃，塔底出口温度为：90℃～100℃，干燥塔内部压力为：1.6kPa～2.0kPa。
所述步骤三中喷雾干燥塔还可以是真空干燥机，其真空度≥0.95MPa，干燥时间为8h～12h；混合料经过真空干燥机干燥后制粉，制粉是用40目～80目的筛网过筛制粉。
所述步骤六中淬火专用油为ZZ-1型淬火专用油。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.3～12.9g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2100N/mm2。
实施例2
如图1所示，一种新型硬质合金分切刀具用材料，材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:5.0％，Fe:25％，Co:5.0％，Ni:5.0％，TiC:5.0％，余量:WC。
上述硬质合金分切刀具的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，配料：将原材料VC、Fe、Co、Ni、TiC和WC加入湿磨机进行混合；
步骤二，湿磨：将步骤一配制好的原料、湿磨介质和成型剂一同加入湿磨机中混合均匀，湿磨时间为36h；
步骤三，真空干燥机并制粉，将湿磨好的混合料在真空干燥机内干燥，其真空度≥0.95MPa，干燥时间为8h～12h；混合料经过真空干燥机干燥后制粉，制粉是用40目～80目的筛网过筛制粉；
步骤四，压制:将干燥制粒好的混合料经压力机压制成型，压力值为：0.8Mpa～1.2Mpa，其中包括1.0Mpa或1.1Mpa；
步骤五，烧结:将压制成型的毛坯用石墨材质舟皿装好放入真空烧结炉中，经1400℃～1430℃的高温烧结，制成新型硬质合金材料，其中包括1420℃高温烧结或1425℃高温烧结；
步骤六，淬火:将烧结好的硬质合金材料放入淬火炉中进行淬火处理，温度900℃～1100℃，保温15min～20min，之后放入淬火专用油内极速冷却，冷却时间为1min～2min；
步骤七，深冷:步骤六淬火处理后的材料放入深冷炉内进行深冷处理，深冷温度为-160℃～-190℃，深冷时间为:12h～24h。
步骤八，检测。
其中：所述步骤一中VC的粒度为0.9um～1.2um，Fe粉的粒度为0.8um～1.0um，Co粒度≤1.0um，Ni粒度≤1.0um，所述V-Fe-Ni-Co为粘结相。
所述步骤二中湿磨介质为≥95％的无水乙醇，无水乙醇的加入比例为：330ml酒精/kg原料；成型剂为:PEG，加入比例为2％～3％。
所述步骤三中喷雾干燥塔顶进口温度为：180℃～230℃，塔底出口温度为：90℃～100℃，干燥塔内部压力为：1.6kPa～2.0kPa。
所述步骤三中喷雾干燥塔还可以是真空干燥机，其真空度≥0.95MPa，干燥时间为8h～12h；混合料经过真空干燥机干燥后制粉，制粉是用40目～80目的筛网过筛制粉。
所述步骤六中淬火专用油为ZZ-1型淬火专用油。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.3～12.9g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2100～2300N/mm2。
实施例3
实施例3与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:2.0％，Fe:25％，Co:5.0％，Ni:5.0％，TiC:5.0％，余量:WC。
经检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.3～12.9g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2100～2300N/mm2。
实施例4
实施例4与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:3.0％，Fe:18％，Co:8.0％，Ni:4.0％，TiC:8.0％，余量:WC。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.5～12.9g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2300～2600N/mm2。
实施例5
实施例5与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:2.0％，Fe:18％，Co:8.0％，Ni:4.0％，TiC:8.0％，余量:WC。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.5～12.9g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2300～2600N/mm2。
实施例6
实施例6与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:5.0％，Fe:18％，Co:8.0％，Ni:4.0％，TiC:8.0％，余量:WC。
经检多次试样测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.5～12.9g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.5～90.2，抗弯强度TRS＝2600～2800N/mm2。
实施例7
实施例7与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:3.0％，Fe:18％，Co:8.0％，Ni:4.0％，TiC:8.0％，余量:WC。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.5～12.9g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2300～2600N/mm2。
实施例8
实施例8与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:5.0％，Fe:15％，Co:20％，Ni:5.0％，TiC:3.0％，余量:WC。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.1～12.8g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2500～2900N/mm2。
实施例9
实施例9与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:5.0％，Fe:15％，Co:5.0％，Ni:0.5％，TiC:15％，余量:WC。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝13.1～13.8g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.8～90.6，抗弯强度TRS＝2100～2500N/mm2。
实施例10
实施例10与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:5.0％，Fe:3％，Co:20％，Ni:5.0％，TiC:12％，余量:WC。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.1～12.8g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2500～2900N/mm2。
实施例11
实施例11与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:3.0％，Fe:15％，Co:10％，Ni:4.0％，TiC:12％，余量:WC。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.1～12.8g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2000～2300N/mm2。
实施例12
实施例12与实施例1或2基本相同，不同之处在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:4.0％，Fe:15％，Co:13％，Ni:3.0％，TiC:10％，余量:WC。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝11.9～12.5g/cm2，洛氏硬度HRA＝88.6～90.0，抗弯强度TRS＝2000～2300N/mm2。
实施例12
实施例12与实施例1或2基本相同，不同之处在于：步骤二，湿磨时间为38h或40h。
经多次试样检测得出硬质合金分切刀具材料的密度D＝12.3～12.9g/cm2，洛氏硬度HRA＝89.2～90.0，抗弯强度TRS＝2100N/mm2。
实施例13
如图2-5所示，一种硬质合金分切刀具的制备工艺中步骤四压制工艺包括：粉料称重、到入底模、初次刮平、辅助压圈压型、第二次刮平、压平和压制，其中辅助压圈3压型后在底模1外圈和内圈形成凹槽，第二次刮平将粉料填平所述凹槽。其中底模1中部包括底模凹槽2，压平中用到传统压平压圈5，其底部为平面。
粉料称重有两种形式，第一种：称重一次，初次刮平后会预留用于填平凹槽的粉料，称重总重量包括预留重量；第二种：称重两次，初次刮平刚好填满底模凹槽2，第二次称重为用于填平凹槽的粉料的重量，总之第二次刮平会预留有粉料将所述凹槽填平。
本实施例还包括所述辅助压圈3底部靠近外圈和内圈有突出圆环4；所述突出圆环4的厚度为0.5mm～1.0mm；所述突出圆环的宽度为8.0mm～15mm。
实施例14
实施例14与实施例13基本相同，不同之处在于：所述突出圆环4的厚度还可以优选为0.8mm；所述突出圆环的宽度为10mm。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种新型硬质合金分切刀具用材料，其特征在于：材料按重量百分比由如下原料制备而成：VC:2％～5％，Fe:3％～25％，Co:5％～20％，Ni:0.5％～5％，TiC:3％～15％，余量:WC。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金分切刀具的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，配料：将原材料VC、Fe、Co、Ni、TiC和WC加入湿磨机进行混合；
步骤二，湿磨：将步骤一配制好的原料、湿磨介质和成型剂一同加入湿磨机中混合均匀，湿磨时间为36h～40h；
步骤三，干燥制粒或制粉：将湿磨好的混合料在喷雾干燥塔内进行混合料干燥制粒；或经过真空干燥再制粉；
步骤四，压制:将干燥制粒好的混合料经压力机压制成型，压力值为：0.8Mpa～1.2Mpa；
步骤五，烧结:将压制成型的毛坯用石墨材质舟皿装好放入真空烧结炉中，经1400℃～1430℃的高温烧结，制成新型硬质合金材料；
步骤六，淬火:将烧结好的硬质合金材料放入淬火炉中进行淬火处理，温度900℃～1100℃，保温15min～20min，之后放入淬火专用油内极速冷却，冷却时间为1min～2min；
步骤七，深冷:步骤六淬火处理后的材料放入深冷炉内进行深冷处理，深冷温度为-160℃～-190℃，深冷时间为:12h～24h。
3.根据权利要求2所述的一种硬质合金分切刀具的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中VC的粒度为0.9um～1.2um，Fe粉的粒度为0.8um～1.0um，Co粒度≤1.0um，Ni粒度≤1.0um，所述V-Fe-Ni-Co为粘结相。
4.根据权利要求2所述的一种硬质合金分切刀具的制备工艺，其特征在于：所述步骤二中湿磨介质为≥95％的无水乙醇，无水乙醇的加入比例为：330ml酒精/kg原料；成型剂为:PEG，加入比例为2％～3％。
5.根据权利要求2所述的一种硬质合金分切刀具的制备工艺，其特征在于：所述步骤三中喷雾干燥塔顶进口温度为：180℃～230℃，塔底出口温度为：90℃～100℃，干燥塔内部压力为：1.6kPa～2.0kPa。
6.根据权利要求2所述的一种硬质合金分切刀具的制备工艺，其特征在于：所述步骤三中喷雾干燥塔还可以是真空干燥机，其真空度≥0.95MPa，干燥时间为8h～12h；混合料经过真空干燥机干燥后制粉，制粉是用40目～80目的筛网过筛制粉。
7.根据权利要求2所述的一种硬质合金分切刀具的制备工艺，其特征在于：所述步骤六中淬火专用油为ZZ-1型淬火专用油。
8.用于权利要求2至7中任一项所述的一种硬质合金分切刀具的制备工艺中步骤四压制工艺，其特征在于，包括：粉料称重、到入底模、初次刮平、辅助压圈压型、第二次刮平、压平和压制，其中辅助压圈压型后在底模外圈和内圈形成凹槽，第二次刮平将粉料填平所述凹槽。
9.根据权利要求8所述压制工艺中辅助压圈压型所用的辅助压圈，其特征在于：所述辅助压圈底部靠近外圈和内圈有突出圆环。
10.根据权利要求9所述压制工艺中辅助压圈压型所用的辅助压圈，其特征在于：所述突出圆环的厚度为0.5mm～1.0mm。
11.根据权利要求9所述压制工艺中辅助压圈压型所用的辅助压圈，其特征在于：所述突出圆环的宽度为8.0mm～15mm。
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