CN109434115A - 一种多层梯度硬质合金冲头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层梯度硬质合金冲头。硬质合金冲头包括位于冲头顶部的第一硬质合金层和结合在所述第一硬质合金层的内侧的第二硬质合金层，所述第一硬质合金层的厚度和所述第二硬质合金层的厚度之比为1:3‑9:11，所述第一硬质合金层的成分包括碳化钨和钴，所述钴的重量百分比为4％‑8％；所述第二硬质合金层的成分包括碳化钨和钴，所述钴的重量百分比为8％‑16％。该多层梯度的硬质合金冲头的冲头身部强度高、冲头顶部耐磨性高的。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金设备技术领域，更具体地，涉及一种多层梯度硬质合金冲头。
背景技术
硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛的应用加工冲头、耐磨零件及矿山工具等。目前使用较多的柱齿冲头、楔形冲头等使用的硬质合金材料都是采用单种配方的原材料粉末制备的合金。这类单种配方原材料粉末制备的合金经高温烧结制备冲头，其冲头头部及冲头身部都是同一性能的合金。然而硬质合金冲头在工作中，其各部分所要求的性能，如硬度、耐磨性、抗弯强度、断裂韧性是不一样的，为了具有更高的耐磨性，冲头顶部必须有高硬度；为了防止断裂，冲头身部必须具有高抗弯强度和高断裂韧性的特点；冲头底部使用要求比较低。通常由单一晶粒度的硬质相和同一含量的粘结相烧结成的硬质合金冲头各部位的硬度、抗弯强度和断裂韧性相同，不能满足使用特性要求。
因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种多层梯度硬质合金冲头的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种多层梯度硬质合金冲头。硬质合金冲头包括位于冲头顶部的第一硬质合金层和结合在所述第一硬质合金层的内侧的第二硬质合金层，所述第一硬质合金层的厚度和所述第二硬质合金层的厚度之比为1:3-9:11，所述第一硬质合金层的成分包括碳化钨和钴，所述钴的重量百分比为4％-8％；所述第二硬质合金层的成分包括碳化钨和钴，所述钴的重量百分比为8％-16％。
可选地，所述第一硬质合金层的厚度为2-15mm；所述第二硬质合金层的厚度为6-25mm。
可选地，所述第一硬质合金层和所述第二硬质合金层之间的接触界面为向所述第一硬质合金层内凹的第一球面。
可选地，所述冲头顶部的外侧面为第二球面,所述第一球面的半径大于所述第二球面的半径。
可选地，所述第二球面的半径为25mm。
可选地，在所述第二硬质合金层的内侧结合有第三硬质合金层。
可选地，所述第二硬质合金层和第三硬质合金层之间的接触界面为第三球面。
可选地，所述第三硬质合金层成分包括碳化钨和钴，钴的重量百分比为4％-25％，其余为碳化钨。
可选地，所述第三硬质合金层成分包括碳化钨和钴，钴的重量百分比为4％-25％，其余为碳化钨。
可选地，所述冲头顶部的外侧面呈球形、锥形、弹形或者楔形。
可选地，所述第一硬质合金层硬度为90-93HRA，所述第二合金层硬度为88-90HRA。
可选地，在所述第一硬质合金层中，碳化钨的平均晶粒大小为0.5-1.5μm；在所述第二硬质合金层中，碳化钨的平均晶粒大小为1.5μm-3μm。
本发明的多层梯度硬质合金冲头包括至少两层合金层，每层合金层主要成分为碳化钨和钴，通过控制其中钴的含量，以及碳化物平均晶粒大小，确保硬质合金冲头顶部具有高硬度，冲头身部具有高抗弯强度和断裂韧性，大大提高了硬质合金冲头寿命。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明的多层梯度硬质合金冲头的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参考图1，本发明实施例提供了一种多层梯度硬质合金冲头。该硬质合金冲头包括位于冲头顶部4的第一硬质合金层1和结合在所述第一硬质合金层1的内侧的第二硬质合金层2。所述第一硬质合金层1的厚度和第二硬质合金层2的厚度之比为1:3-9:11。其中，厚度是指硬质合金层的最厚的部位的厚度数值。例如，各硬质合金层的中心部位。所述第一硬质合金层1的成分包括碳化钨和钴，所述的钴的重量百分比为4％-8％；所述的第二硬质合金层的成分包括碳化钨和钴，所述的钴的重量百分比为8％-16％。
例如，该硬质合金冲头的的形状可以是但不局限于球形、锥形、弹形、楔形等形状，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。在本发明的实施例中，硬质合金冲头包括第一硬质合金层和第二硬质合金层。
其中，第一硬质合金层中的碳化钨含量最大，所以其硬度最大，作为冲头顶部的最外层，可以增强冲头顶部的硬度和耐磨性。
第二硬质合金层中钴的含量较第一硬质合金层中作为粘结相的钴的含量较大，保证了冲头顶部的强度。
第一硬质合金层的厚度和第二硬质合金层的厚度之间的比例为1:3-9:11，该比例使冲头顶部的强度和耐磨性达到最优的平衡。
本发明的一个可选实施例中，所述第一硬质合金层的厚度为2-15mm；所述第二硬质合金层的厚度为6-25mm。该厚度范围内，硬质合金冲头的硬度、耐磨性以及整体的强度最优。
所述第一硬质合金层和所述第二硬质合金层之间的接触界面为向所述第一硬质合金层内凹的第一球面。因为两层合金层的接触界面为第一球面，则在冲头的直径一定的情况下两个硬质合金层之间的接触界面的面积更大，这使得第一硬质合金层受到的力能均匀地进行分散，提高了硬质合金冲头的耐用性。
此外，第一球面使得外层的第一硬质合金层对第二硬质合金层形成一种类似包裹的关系，保证了两者在接触结合的界面处的结合强度。
在本发明的一个实施例中，所述冲头顶部的外侧面为第二球面。所述第一硬质合金层和第二硬质合金层之间的接触界面的第一球面半径大于冲头顶部的第二球面半径。这种设置方式使得第一硬质合金层的中心部位的厚度最大。在通常情况下，中心部位用于与待加工件接触。中心部位的厚度最大使得该部位的结构强度最高，冲头的冲击力更强。
例如，所述的冲头顶部的第二球面半径为25mm。冲头顶部的第二球面，为冲头的工作面，其球面弧度较大，利于冲头工作。
第一硬质合金层和第二硬质合金层接触界面的第一球面半径R1大于第二球面半径R2，既保证了接触界面具有较大的面积，应力的分布更加合理，也使得两层之间的结合更加稳定。
本发明的另一个可选实施例中，所述的第二硬质合金层的内侧结合有第三硬质合金层，第二硬质合金层和第三硬质合金层之间的接触界面为第三球面。其中，第三球面半径R3＞R1＞R2。这三个球面的半径由冲头顶部向内逐渐增大的设置方式使得第一硬质合金层和第二硬质合金层的中心部位的厚度最大，该部位的结构强度最高。这使得硬质合金冲头的抗冲击能力更强，耐用性更加优良。
所述第三硬质合金层成分包括碳化钨和钴，钴的重量百分比为4％-25％，其余为碳化钨。第三硬质合金层中钴的含量更大，其强度较第二硬质合金层更大，所以增设的第三硬质合金层有助于提高冲头身部的强度。
在本发明的另一实施例中，所述冲头身部也可以仅采用第二硬质合金层。所述第一硬质合金层中，碳化钨的平均晶粒大小为0.5-1.5μm；所述第二硬质合金层中，碳化钨的平均晶粒大小为1.5μm-3μm。碳化钨晶粒的直径越小，其微观结构更为致密，则耐磨性更大。该晶粒范围内，硬质合金冲头的结构强度以及耐磨性更加优良。
其中，硬质合金的层数至少为两层，也可为三层或者三层以上。
本发明的多层梯度硬质合金冲头，在制备时，通过设定形状的工装将多层梯度硬质合金的原材料置于真空或低压烧结炉中，在温度1380℃-1450℃的条件下进行烧结。例如。原材料包括形成第一硬质合金层、第二硬质合金层和第三硬质合金层的原料。
形成的硬质合金冲头经过测试可知，第一硬质合金层硬度为90-93HRA，第二合金层硬度为88-90HRA，第三合金层硬度为85-93HRA。该硬质合金冲头的结构强度、耐磨性、耐用性良好。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：包括位于冲头顶部的第一硬质合金层和结合在所述第一硬质合金层的内侧的第二硬质合金层，所述第一硬质合金层的厚度和所述第二硬质合金层的厚度之比为1:3-9:11，
所述第一硬质合金层的成分包括碳化钨和钴，所述钴的重量百分比为4％-8％；
所述第二硬质合金层的成分包括碳化钨和钴，所述钴的重量百分比为8％-16％。
2.根据权利要求1所述的多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：所述第一硬质合金层的厚度为2-15mm；所述第二硬质合金层的厚度为6-25mm。
3.根据权利要求1所述的多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：所述第一硬质合金层和所述第二硬质合金层之间的接触界面为向所述第一硬质合金层内凹的第一球面。
4.根据权利要求3所述的一种多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：所述冲头顶部的外侧面为第二球面,所述第一球面的半径大于所述第二球面的半径。
5.根据权利要求4所述的多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：所述第二球面的半径为25mm。
6.根据权利要求1所述的多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：在所述第二硬质合金层的内侧结合有第三硬质合金层。
7.根据权利要求6所述的多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：所述第二硬质合金层和第三硬质合金层之间的接触界面为第三球面。
8.根据权利要求6所述的多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：所述第三硬质合金层成分包括碳化钨和钴，钴的重量百分比为4％-25％，其余为碳化钨。
9.根据权利要求1所述的多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：所述冲头顶部的外侧面呈球形、锥形、弹形或者楔形。
10.根据权利要求1所述的多层梯度硬质合金冲头，其特征在于：所述第一硬质合金层硬度为90-93HRA，所述第二合金层硬度为88-90HRA。
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