CN109604608A - 一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料及其制作工艺，本发明公开了一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料：粘结相Co含量为5.0wt％～2.0wt％，VC为含量0.2wt％～1.0wt％，C含量为0.05wt％～0.4wt％，余量为硬质相WC。本发明在材料方面，所添加的硬质相WC为粗细搭配，通过添加70～90％的直径为0.25～0.45μm细颗粒WC，确保高强度、高硬度、高耐磨性和刃口的锋利，并降低切削温度；添加30～10％的直径为3～10μm中等偏粗WC，提高了断裂韧性，并实现粉末均匀错位有效填充，避免了刀口蹦刃，确保在恶劣环境下刀具的优良切削效果。

Description

一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料及其制作工艺
技术领域
本发明属于领域高性能硬质合金薄片圆刀领域，具体涉及一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料及其制作工艺。
背景技术
切削加工是工业生产中最基本、最普通和最重要的方法之一，它直接影响工业生产的效率、成本和能源消耗。提高加工效率和延长刀具寿命，将会带来巨大的社会、经济效益。随着各种材料及工艺的发展，以及数控机床、自动化生产线的应用，加工速度的提高，对刀具的工作寿命提出了更高要求。一副刀具失效，可能造成整条生产线停顿。因此，开发具有自主知识产权的、优质、高寿命的刀具材料具有显著的经济效益和社会效益，在理论和工程上都有重要的意义。
此外，硬质合金具有优良的耐磨性，与高速钢等相比，具有综合力学性能好、刀片寿命长等特点。迄今为止，硬质合金已广泛用于制造车刀、铣刀等应用于钢铁等材料切削加工，使用寿命比高速钢制造的刀具提高10倍以上，有些场合甚至于寿命提高几十倍。但在一些细分切削领域，例如切纸领域，现有硬质合金切纸刀强韧性偏低，工作时切纸刀容易发生崩刃、耐磨性不足等导致刀片失效，因此，提高切纸刀的强韧性、耐磨性具有重要的理论意义和实用价值。
综上所述，现有硬质合金薄片圆刀的力学性能待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料及其制作工艺。
为了解决上述技术问题，发明人经过实践和总结得出本发明的技术方案，本发明公开了一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料：
粘结相Co含量为5.0wt％～12.0wt％，
VC为含量0.2wt％～1.0wt％，
C含量为0.05wt％～0.4wt％，
余量为硬质相WC。
优选的，硬质相WC为粗细颗粒搭配，直径0.25～0.45μm细颗粒WC添加比例为70～90％，直径3～10μm中等偏粗WC颗粒添加比例为30～10％。
优选的，VC颗粒直径为0.05～0.35μm，C颗粒直径为0.05～0.35μm。
优选的，Co、VC、WC的纯度≧99.9％，C的纯度≧99.99％。
本发明还公开了一种高性能硬质合金薄片圆刀的制作工艺，包括以下步骤：
a.将如下的原料均匀混合,得到混合粉末：
粘结相Co含量为5.0wt％～12.0wt％，
VC为含量0.2wt％～1.0wt％，
C含量为0.05wt％～0.4wt％
余量为硬质相WC。
b.将所述的混合粉末干燥后添加石蜡，均匀混合后进行造粒；
c.将所述造粒后的混合粉末加压成型，得到工业切纸圆刀粉末冶金胚体；
d.将所述粉末冶金胚体烧结，烧结温度为1400℃～1450℃，得到工业切纸圆刀硬质合金毛坯；
e.将步骤d得到的硬质合金毛坯进行淬火和回火处理；
f.将步骤e得到的硬质合金进行刀具刃口磨削机械加工，然后得到圆刀产品。
优选的，步骤a中所述混合采用球磨方法，球磨时间为20h～30h。
优选的，步骤c中所述的加压的压力为100MPa～300MPa。
优选的，步骤d中所述的烧结在还原气氛、惰性气氛、压力气氛或真空中进行。
优选的，步骤e中所述的淬火采用真空或盐浴加热到980℃～1030℃保温后油淬，回火温度为450℃～500℃。
与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：
(1)本发明在材料方面，所添加的硬质相WC为粗细搭配，通过添加70～90％的直径为0.25～0.45μm细颗粒WC，确保高强度、高硬度、高耐磨性和刃口的锋利，并降低切削温度；添加30～10％的直径为3～10μm中等偏粗WC，提高了断裂韧性，并实现粉末均匀错位有效填充，避免了刀口蹦刃，确保在恶劣环境下刀具的优良切削效果。
(2)本发明微量添加直径为0.05～0.35μm的VC作为晶粒生长抑制剂，抑制烧结过程中细颗粒WC晶粒长大；微量添加直径为0.05～0.35μm的C保证硬质合金组织处于正常的硬质相+金属相两相区，获得优良的综合力学性能配合。
(3)本发明对于硬质合金采用淬回火热处理可以进一步提高材料的力学性能，延长刀具使用寿命。
(4)本发明涉及的硬质合金应用于工业切纸刀生产制造，在使用过程中表现出良好的综合性能，延长了刀具的使用寿命。
(5)实验证明，本发明涉及的硬质合金的硬度为91HRA～93HRA，抗弯强度为3400MPa以上，冲击韧性为5.5J/cm2以上，断裂韧性20MPa√m以上。
(6)本发明制作工艺烧结温度为1400℃～1450℃，球磨时间为20h～30h，步骤c中所述的加压的压力为100MPa～300MPa，骤d中所述的烧结在还原气氛、惰性气氛、压力气氛或真空中进行，步骤e中所述的淬火采用真空或盐浴加热到980℃～1030℃保温后油淬，回火温度为450℃～500℃；以上均是本发明最优的范围，能够有效减少原料损耗、提高良品率、实现预期力学性能。
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。
本发明的实施例公开了一种硬质合金，包括粘结相Co含量为5.0wt％～12.0wt％，VC为含量0.2wt％～1.0wt％，C含量为0.05wt％～0.4wt％，余量为硬质相WC。其中所添加的硬质相WC为粗细颗粒搭配，直径0.25～0.45μm细颗粒WC添加比例为70～90％，直径3～10μm中等偏粗WC颗粒添加比例为30～10％，微量添加的VC颗粒直径为0.05～0.35μm，C颗粒直径为0.05～0.35μm。此外，WC、Co、VC的纯度≧99.9％，C的纯度≧99.99％
实施例1
(1)WC为91.4wt％，粘结相Co为8.0wt％，VC为0.5wt％，C为0.1wt％。其中直径0.35μm细颗粒WC添加比例为73.1wt％，直径4μm中等偏粗WC颗粒添加比例为18.3wt％,通过加入适量乙醇和硬质合金球球磨24小时，喷雾干燥后得到混合粉末。
(2)将步骤(1)得到的混合粉末经过造粒，然后施加170MPa的压力，得到粉末冶金胚体；
(3)将步骤(2)得到的粉末冶金胚体经过脱蜡，然后在真空中烧结，烧结温度为1430℃，得到硬质合金刀具材料；
(4)将步骤(3)得到的硬质合金刀具材料进行淬回火处理，淬火加热温度为1000℃，采用油淬，回火温度为470℃，回火后空冷。
按照上述方法制备的硬质合金进行性能检测，结果参见表1。
实施例2
(1)WC为89.25wt％，粘结相Co为10.0wt％，VC为0.6wt％，C为0.15wt％。其中直径0.35μm细颗粒WC添加比例为71.4wt％，直径5μm中等偏粗WC颗粒添加比例为17.85wt％,通过加入适量乙醇和硬质合金球球磨24小时，喷雾干燥后得到混合粉末。
(2)将步骤(1)得到的混合粉末经过造粒，然后施加180MPa的压力，得到粉末冶金胚体；
(3)将步骤(2)得到的粉末冶金胚体经过脱蜡，然后在真空中烧结，烧结温度为1430℃，得到硬质合金刀具材料；
(4)将步骤(3)得到的硬质合金刀具材料进行淬回火处理，淬火加热温度为1000℃，采用油淬，回火温度为480℃，回火后空冷。
按照上述方法制备的硬质合金进行性能检测，结果参见表1。
实施例3
(1)WC为93.42wt％，粘结相Co为6.0wt％，VC为0.4wt％，C为0.18wt％。其中直径0.35μm细颗粒WC添加比例为74.7wt％，直径5μm中等偏粗WC颗粒添加比例为18.72wt％,通过加入适量乙醇和硬质合金球球磨24小时，喷雾干燥后得到混合粉末。
(2)将步骤(1)得到的混合粉末经过造粒，然后施加150MPa的压力，得到粉末冶金胚体；
(3)将步骤(2)得到的粉末冶金胚体经过脱蜡，然后在氢气还原气氛中烧结，烧结温度为1430℃，得到硬质合金刀具材料；
(4)将步骤(3)得到的硬质合金刀具材料进行淬回火处理，淬火加热温度为980℃，采用油淬，回火温度为480℃，回火后空冷。
按照上述方法制备的硬质合金进行性能检测，结果参见表1。
实施例4
(1)WC为87.24wt％，粘结相Co为12.0wt％，VC为0.5wt％，C为0.26wt％。其中直径0.35μm细颗粒WC添加比例为70.0wt％，直径5μm中等偏粗WC颗粒添加比例为17.24wt％,通过加入适量乙醇和硬质合金球球磨24小时，喷雾干燥后得到混合粉末。
(2)将步骤(1)得到的混合粉末经过造粒，然后施加200MPa的压力，得到粉末冶金胚体；
(3)将步骤(2)得到的粉末冶金胚体经过脱蜡，然后在氩气压力气氛中烧结，烧结温度为1430℃，得到硬质合金刀具材料；
(4)将步骤(3)得到的硬质合金刀具材料进行淬回火处理，淬火加热温度为1020℃，采用油淬，回火温度为500℃，回火后空冷。
按照上述方法制备的硬质合金进行性能检测，结果参见表1。
实施例5
(1)WC为94.2wt％，粘结相Co为5.0wt％，VC为0.7wt％，C为0.1wt％。其中直径0.35μm细颗粒WC添加比例为75.4wt％，直径6μm中等偏粗WC颗粒添加比例为18.8wt％,通过加入适量乙醇和硬质合金球球磨24小时，喷雾干燥后得到混合粉末。
(2)将步骤(1)得到的混合粉末经过造粒，然后施加150MPa的压力，得到粉末冶金胚体；
(3)将步骤(2)得到的粉末冶金胚体经过脱蜡，然后在真空中烧结，烧结温度为1430℃，得到硬质合金刀具材料；
(4)将步骤(3)得到的硬质合金刀具材料进行淬回火处理，淬火加热温度为980℃，采用油淬，回火温度为470℃，回火后空冷。
按照上述方法制备的硬质合金进行性能检测，结果参见表1。
表1实施例制备的硬质合金性能测试结果
由表1可知，本发明提供的硬质合金具有较高的硬度、强度、断裂韧性和冲击韧性，适用于工业切纸圆刀用硬质合金刀具材料。
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 (9)

1.一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料，其特征在于：
粘结相Co含量为5.0wt％～12.0wt％，
VC为含量0.2wt％～1.0wt％，
C含量为0.05wt％～0.4wt％，
余量为硬质相WC。
2.根据权利要求1所述的一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料，其特征在于：硬质相WC为粗细颗粒搭配，直径0.25～0.45μm细颗粒WC添加比例为70～90％，直径3～10μm中等偏粗WC颗粒添加比例为30～10％。
3.根据权利要求1所述的一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料，其特征在于：VC颗粒直径为0.05～0.35μm，C颗粒直径为0.05～0.35μm。
4.根据权利要求1所述的一种高性能硬质合金薄片圆刀用材料，其特征在于：Co、VC、WC的纯度≧99.9％，C的纯度≧99.99％。
5.一种高性能硬质合金薄片圆刀的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a.将如下的原料均匀混合,得到混合粉末：
粘结相Co含量为5.0wt％～12.0wt％，
VC为含量0.2wt％～1.0wt％，
C含量为0.05wt％～0.4wt％
余量为硬质相WC，
b.将所述的混合粉末干燥后添加石蜡，均匀混合后进行造粒；
c.将所述造粒后的混合粉末加压成型，得到工业切纸圆刀粉末冶金胚体；
d.将所述粉末冶金胚体烧结，烧结温度为1400℃～1450℃，得到工业切纸圆刀硬质合金毛坯；
e.将步骤d得到的硬质合金毛坯进行淬火和回火处理；
f.将步骤e得到的硬质合金进行刀具刃口磨削机械加工，然后得到圆刀产品。
6.根据权利要求5所述的一种高性能硬质合金薄片圆刀的制作工艺，其特征在于：步骤a中所述混合采用球磨方法，球磨时间为20h～30h。
7.根据权利要求5所述的一种高性能硬质合金薄片圆刀的制作工艺，其特征在于：步骤c中所述的加压的压力为100MPa～300MPa。
8.根据权利要求5所述的一种高性能硬质合金薄片圆刀的制作工艺，其特征在于：步骤d中所述的烧结在还原气氛、惰性气氛、压力气氛或真空中进行。
9.根据权利要求5所述的一种高性能硬质合金薄片圆刀的制作工艺，其特征在于：步骤e中所述的淬火采用真空或盐浴加热到980℃～1030℃保温后油淬，回火温度为450℃～500℃。
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