CN110760731A - 应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金及其制备方法，超细晶粒硬质合金的组分及各组分质量百分比为：晶粒度为0.4‑0.6μm的碳化钨粉：89.9％；钴粉：7.2％；碳化钒：0.3％；碳化钽：2.6％。超细晶粒硬质合金能够同时达到K类，P类，M类硬质合金的性能特点，能够同时应用于不同类型切削刀具和不同被加工材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金及其制备方法。
背景技术
目前，机械加工通常包含车削加工，铣削加工，切槽/切断加工，螺纹加工，镗孔加工等，加工不同的材料，需要使用与之相匹配的硬质合金牌号，才能够实现理想的切削效果。
如车削加工，多属于连续加工，非常注重硬质合金材料的耐磨性，对于硬质合金材料的硬度有较高的要求。传统的硬质合金材料在保证硬度的同时很难保证硬质合金具有极高的强度，往往硬质合金材料耐磨性非常好，但是因为强度不足而出现硬质合金刀具寿命极短。
铣削加工，属于断续加工，为了保证刀具具有足够的强度，因此非常注重硬质合金材料的强度。传统的硬质合金材料提高了材料的强度，同时硬度就会急剧下降。因此在保证硬质合金刀具具有足够强度的同时极难兼顾硬质合金材料的高强度。
切槽/切断加工，因为这类加工属于连续，大切深，切削刃接触面积大，对硬质合金刀具材料的要求非常苛刻，既要保证材料具有足够的强度，又要材料具有极高的硬度。想要硬质合金材料兼顾硬度和强度，无异于是水火并存。
传统的硬质合金牌号分为三类：
K类(K10-K40)：物理机械性能：硬度：86HRA-91HRA、强度：2200-3400N/mm2、密度：14.2-14.8g/mm3；主要加工对象：铸铁，有色金属，木材，石材等。
P类(K05-P40)：物理机械性能：硬度：89.5HRA-92.5HRA、强度：2000-2600N/mm2、密度：12-13.5g/mm3；主要加工对象：一般的低碳钢，软钢等。
M类(M10-M30)：物理机械性能：硬度：89.5HRA-91.5HRA、强度：2200-2800N/mm2、密度：14.2-14.8g/mm3；主要加工对象：加工一般淬火钢，硬钢，不锈钢等。
传统硬质合金牌号弊端在于单一硬质合金牌号都有与之对应的加工对象，不同的硬质合金牌号之间很难通用，即互换通用也很难发挥出硬质合金材料的材料特性，因此硬质合金刀具成本大幅增加，造成严重的资源浪费。
相比国外硬质合金，中国的传统硬质合金由于生产技术落后，设备老旧，产品性能差，品质不稳定，很难与国外硬质合金企业竞争。传统的硬质合金牌号的工艺落后，各种技术壁垒等因素也大大限制了硬质合金切削刀具产品的更新迭代，使我国的硬质合金切削刀具与国外的差距越来越扩大。
目前绝大部分硬质合金厂家都很难实现单一硬质合金材料用于不同的切削方式和使用单一硬质合金牌号加工不同的被加工材料。
够根据切削方式和被加工材料不同，使用不同的硬质合金牌号生产与之相应的硬质合金刀具，但是因为加工方式和应用的不同，且硬质合金刀具产品多达上千种，因此几乎无法做到做到根据不同的切削方式和不同被加工材料而使用相应的硬质合金材料。
往往硬质合金生产厂家只能够顾全切削方式的某一点，或者针对某一类材料的切削，来选择相对应的硬质合金材料。因此生产的出来的产品性能差，缺乏市场竞争力。产品价格底价，企业的利润也逐步降低，久而久之就被市场淘汰。
不同的硬质合金材料在烧结过程中有不同的收缩比，专业上我们称之为K值，通常硬质合金材料的K值在1.17-1.25之间。为了达到合适的产品尺寸，同一产品，不同材料的K值是不一样的。
硬质合金刀具的种类有几千种，且不同的材料有不同的K值(收缩系数)。例如：常见的硬质合金刀具切削刀具-CNMG120408，根据不同的被加工材料，通常用到的硬质合金材料有K类(K10-K40)，P类(K05-P40)，M类(M10-M30)，即一款硬质合金切削刀具至少需要三到五套模具。一套简易硬质合金刀具模具的价格是6000-9000元，高端硬质合金刀具模具的价格是25000-30000元。可想而知，对于绝大部分的硬质合金生产厂家，这是一笔巨额的投资，很大程度限制了硬质合金生产厂家的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金，它能够同时达到K类，P类，M类硬质合金的性能特点，能够同时应用于不同类型切削刀具和不同被加工材料。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金，它的组分及各组分质量百分比为：
晶粒度为0.4-0.6μm的碳化钨粉：89.9％；
钴粉：7.2％；
碳化钒：0.3％；
碳化钽：2.6％。
进一步，所述钴粉的费氏粒度<0.8μm。
进一步，所述碳化钒的费氏粒度<0.8μm。
进一步，所述碳化钽的费氏粒度<1.0μm。
本发明还提供了一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金的制备方法，方法的步骤中包括：
按照各组分及其质量百分比配料后进行球磨，得到球磨料；
采用球磨料制粒，得到粒料；
采用粒料进行压制，得到压制条；
压制条通过压力烧结炉进行加压烧结，得到所需要硬质合金。
进一步，球磨的过程如下：
按照各组分及其质量百分比配料后置于球磨机中；
在球磨机中添加无水酒精和PEG4000；
密封球磨机，进行球磨。
进一步，无水酒精的添加量为每千克原料中添加350ml。
进一步，球磨的球料比为：4:1。
进一步，加压烧结中，加压压力：3MPa；烧结温度：1420℃。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：
1、本发明的超细晶粒硬质合金能够同时达到K类，P类，M类硬质合金的性能特点。
2、本发明的超细晶粒硬质合金能够同时应用于不同类型切削刀具和不同被加工材料。
3、因为本发明的超细晶粒硬质合金为单一牌号，因此收缩系数(K值)也是单一不变的，能够大量减少模具的投入量，模具费用成本至少可以降低1/3-1/5。
4、相对传统硬质合金牌号，本发明的超细晶粒硬质合金的硬度，强度，红硬性，耐磨性都远高于传统硬质合金牌号。
5、相对传统硬质合金牌号M类合金，材料成本高，生产高成本，且其性能已经很难满足飞快发展的硬质合金切削行业，本发明的超细晶粒硬质合金材料成本低，生产成本低。
6、本发明的超细晶粒硬质合金可应用于车削加工，铣削加工，切槽加工，螺纹切削加工，镗孔车削加工等各种不同加工方式和复杂工况，并且可用于加工铸铁，软钢，硬钢，淬火钢，不锈钢，高温合金，亚克力，木材，有色金属等多种材料。
附图说明
图1为本发明的应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金的金相图。
具体实施方式
本发明提供了一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金，它的组分及各组分质量百分比为：
作为硬质相的晶粒度为0.4-0.6μm的碳化钨粉：89.9％；
作为粘结相的钴粉：7.2％；
作为晶粒长粗抑制相的碳化钒：0.3％；
作为红硬性增相的碳化钽：2.6％。
进一步，所述钴粉的费氏粒度<0.8μm。钴粉的钴含量>99.8％；
进一步，所述碳化钒的费氏粒度<0.8μm。
进一步，所述碳化钽的费氏粒度<1.0μm。
在本发明中，碳化钨粉作为硬质相，超细晶粒碳化钨将具有极高的硬度，和高耐磨性。
Co的含量经过精确的计算，在保证粘结相的基本功能同时能够确保本发明硬质合金的高硬度不降低。
本发明的碳化钒(VC)不同于传统超细硬质合金材料，本发明使用碳化钒(VC)作为晶粒长粗抑制相，具有更好的抑制效果，是传统抑制剂的3-5倍抑制晶粒长粗效果。
碳化钽降低了本发明的材料成本，在提高材料红硬性的同时也能够期待一定的抑制晶粒长粗的效果。
该应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金的制备方法，方法的步骤中包括：
按照各组分及其质量百分比配料后进行球磨，得到球磨料；
采用球磨料制粒，得到粒料；
采用粒料进行压制，得到压制条；
压制条通过压力烧结炉进行加压烧结，得到所需要硬质合金。
进一步，球磨的过程如下：
按照各组分及其质量百分比配料后置于球磨机中；
在球磨机中添加无水酒精和PEG4000；
密封球磨机，进行球磨。
进一步，无水酒精的添加量为每千克原料中添加350ml。
进一步，球磨的球料比为：4:1。
进一步，加压烧结中，加压压力：3MPa；烧结温度：1420℃。
本发明制备得到的超细晶粒硬质合金的物理机械性能：
硬度：>HRA93；
密度：14.4-14.6g/cm3；
强度：>3000(TRS/MPa)；
钴磁：>6.8％；
矫顽磁力：26-28KA/m。
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金，它的组分及各组分质量百分比为：
碳化钨粉：26970g；
钴粉：2160g；
碳化钒：90g；
碳化钽：780g。
所述钴粉的费氏粒度<0.8μm。钴粉的钴含量>99.8％；
所述碳化钒的费氏粒度<0.8μm。
所述碳化钽的费氏粒度<1.0μm。
碳化钨粉的费氏粒度：0.6um(供应态)，0.57um(研磨态)。
该应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金的制备方法，方法的步骤中包括：
按照各组分及其质量百分比配料后进行球磨，得到球磨料；
采用球磨料制粒，得到粒料；
采用粒料进行压制，得到压制条；
压制条通过压力烧结炉进行加压烧结，得到所需要硬质合金。
将制备好的硬质合金粉末用专用的透明真空袋真空包装，或者使用专用的包装袋并充入保护性气体进行封装，以免硬质合金粉末氧化或者吸潮。
球磨的过程如下：
按照各组分及其质量百分比配料后置于球磨机中；
在球磨机中添加无水酒精10500ml和PEG40001.2kg；
密封球磨机，进行球磨48小时。
无水酒精的添加量为每千克原料中添加350ml。
球磨的球料比为：4:1。
加压烧结中，加压压力：3MPa；烧结温度：1420℃。
对得到的硬质合金做成的鉴定条进行分析，金相图如图1所示，鉴定条分析得到的物理力学性能如下：
鉴定条鉴定结果符合所要得到的物理性能指标，此批次硬质合金材料合格。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，它的组分及各组分质量百分比为：
晶粒度为0.4-0.6μm的碳化钨粉：89.9％；
钴粉：7.2％；
碳化钒：0.3％；
碳化钽：2.6％。
2.根据权利要求1所述的应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，
所述钴粉的费氏粒度<0.8μm。
3.根据权利要求1所述的应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，
所述碳化钒的费氏粒度<0.8μm。
4.根据权利要求1所述的应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，
所述碳化钽的费氏粒度<1.0μm。
5.一种如权利要求1至4中任一项所述的应用于切削刀具的超细晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于方法的步骤中包括：
按照各组分及其质量百分比配料后进行球磨，得到球磨料；
采用球磨料制粒，得到粒料；
采用粒料进行压制，得到压制条；
压制条通过压力烧结炉进行加压烧结，得到所需要硬质合金。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
球磨的过程如下：
按照各组分及其质量百分比配料后置于球磨机中；
在球磨机中添加无水酒精和PEG4000；
密封球磨机，进行球磨。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
无水酒精的添加量为每千克原料中添加350ml。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
球磨的球料比为：4:1。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
加压烧结中，加压压力：3MPa；烧结温度：1420℃。
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2019
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