CN111014694B - 一种梯度型硬质合金棒材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种梯度型硬质合金棒材的制备方法，将报废的硬质合金刀具的刀头切除后余下长度为b的旧刀柄作为梯度型硬质合金棒材的刀柄粗坯，向回收的硬质合金粉末经过筛后其粒度在100～20目之间的粉末料中加入0～30%的镍粉和0～10%的炭黑粉和酒精后的混合料入球磨机中球磨3～30h取出做成的棒形试样作为刀头粗坯。将石墨模具经氧化铝酒精液处理，把刀头粗坯及刀柄粗坯分别放入各个石墨模具的中心内腔中，将石墨模具当成整体放置到其表面刷除有防粘涂料或氧化铝粉层的烧结石墨板上，其后送入真空炉或过压炉中快速升温到1350～1550℃，Ar气氛中保温30～120min，冷却取出制备成梯度型硬质合金棒材，精加工后成为新的硬质合金刀具。

Description

一种梯度型硬质合金棒材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产高端机械加工工具的梯度型硬质合金棒材的制备方法。

背景技术

硬质合金以其高硬度、优良的耐磨性和高抗冲击性已经成了高端机械铣刀、钻刀等刀具的最优材料，比起用廉价的碳钢和高速钢制作的刀具其使用寿命延长十倍以上，而比起用极高硬度的陶瓷材料，硬质合金刀具其适用范围更广，特别是在大进给高速切削，用碳钢、高速钢或陶瓷材质制作的刀具难以与硬质合金材质制造的铣刀和钻头相比。最为重要的是，如果用户对生产效率和机加工表面要求较高，几乎不可避免的只能采用硬质合金材质制作的刀具。随着科技的发展，高温合金、钛合金、碳纤维、不锈钢和复合材料的广泛应用，对加工刀具提出了更高的要求，对这些材料（如高温合金等）的机械加工，毫无疑问用硬质合金材质制作的刀具是最合适、最具性价比的机加工刀具。

众所周知，硬质合金刀具以硬质合金棒材为原料加工而成的，而硬质合金棒材含有（wt）高达90%左右的碳化钨和10%左右的金属钴，碳化钨和金属钴均为贵重的稀有金属和战略资源，而且只能采用生产成本高又效率低的粉末冶金方法才能得到碳化钨和金属钴，导致了硬质合金棒村价格的昂贵。同时，硬质合金刀具，譬如硬质合金铣刀，在正常使用完毕后，往往只刀头刃尖端极其细微的磨损而使得整个铣刀报废，所以实际使用量与整个刀具材料相比极其微波，极其可惜。如何利用好（即再生资源）这些“报废”的硬质合金刀具，成了本领域的技术人员急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用报废的硬质合金刀具和报废的硬质合金粉末料制备梯度型硬质合金棒材的方法，即为生产梯度型硬质合金棒材提供粗坯。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的一种梯度型硬质合金棒材的制备方法分如下程序：将报废的长度为a的硬质合金刀具的刀头切除，余下长度为b的刀柄，将长度为b的刀柄经烧结后成为梯度型硬质合金棒材的刀柄粗坯。

采用回收的硬质合金粉末料为原料，经筛分除去其杂质，筛分后的原料粒度控制在100～20目之间，把筛分料用来制作梯度型硬质合金棒材的刀头粗坯。此处所述回收的硬质合金粉末料选自：锌熔料、电解料、机械破碎料、硬质合金磨削废料、硬质合金车削废料或硬质合金脏污料。

向原料粒度在100～20目的回收的硬质合金粉末料中加入0～30%（wt）的镍粉和0～10%（wt）的炭黑粉，加入酒精混合，把混合料放入滚筒式球磨机中球磨3～30h后取出干燥成粉，制作成棒形试样，棒形试样经烧结后成为梯度型硬质合金棒材的刀头粗坯。

将制作好的第一石墨模具、第二石墨模具和第三石墨模具放入悬浊的氧化铝酒精液中，使它们的内腔表面粘附一层氧化铝粉，烘干后备用。

在第一石墨模具的上内腔、第二石墨模具的上内腔和第三石墨模具的上内腔分别放置棒形试样，而在第一石墨模具的下内腔、第二石墨模具的下内腔和第三石墨模具的下内腔分别放置长度为b的（硬质合金）刀柄。所述棒形试样和刀柄两者构成梯度型硬质合金棒材的原材料。

将中心内腔中放置有梯度型硬质合金棒材原材料的第一石墨模具、第二石墨模具和第三石墨模具作为整体分别放置在烧结石墨板上，所述烧结石墨板的上表面刷涂有石墨乳质涂层或氧化铝粉层。

将整个摆放完毕的石墨模具和烧结石墨板送入真空炉或过压炉中，快速升温至1350～1550℃，在压力为0～6MPa的Ar气氛中保温30～120mim，随炉冷却至室温，从石墨模具中取出，制备成的梯度型硬质合金棒材分刀头粗坯和刀柄粗坯两部分，两者连成一整体，而且刀头粗坯和刀柄粗坯的直径可相同或不相同。

采用如上技术方案提供的一种梯度型硬质合金棒材的制备方法，与现有技术相比技术效果在于：①能全部回收报废的硬质合金材料重新再利用，极大地节省了贵重金属和战略资源；②刀具制造企业和刀具使用企业都可创造条件建立起一条梯度型硬质合金棒材的制造生产线，投入与产出比相对较小；③使用梯度型硬质合金棒材可以制作用于切削高温合金、钛合金、碳纤维、不锈钢及复合材料等的铣刀、切削刀或钻头，实用性强，应用范围广；④在制备过程中不产生环境污染。

附图说明

图1为本发明所述的一种梯度型硬质合金棒材制备方法所采用的报废硬质合金刀具（如铣刀）的外形示意图。

图2为上腔部分内径大于下腔部分内径的第一石墨模具的剖视示意图。

图3为上腔部分内径等于下腔部分内径的第二石墨模具的剖视示意图。

图4为上腔部分内径小于下腔部分内径的第三石墨模具剖视示意图。

图5为中心内腔中放有长度为b的刀柄及棒形试棒的石墨模具在烧结石墨板上的位置示意图。

图6为使用第一石墨模具2a烧结成的梯度型硬质合金棒材的外形示意图。

图7为使用第二石墨模具3a烧结成的梯度型硬质合金棒材的外形示意图。

图8为使用第三石墨模具4a烧结成的梯度型硬质合金棒材的外形示意图。

具体实施方式

下面结附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

如图1所示为报废待用的旧硬质合金刀具（如铣刀），它有两部分：刀头1和刀柄2，刀柄2的长度为b。将报废的长度为a的旧硬质合金刀具的刀头1切除，余下长度为b的刀柄2。把长度为b的刀柄2经烧结后成为梯度型硬质合金棒材的刀柄粗坯4，其余部分（即铣刀具的刀头1）作为废旧硬质合金材料再回收利用。

采用市场上最为常见的回收的硬质合金粉末料（如锌熔料、电解料、机械破碎料、硬质合金磨削废料、硬质合金车削废料或硬质合金脏污料等）为原料，将它的们中的“单种”或“混合料”采用过筛（即筛分）的方法除去其杂质（其中细小的杂质不影响作为新材料使用），筛分后的原料粒度控制在100～20目之间。

向原料粒度在100～20目的回收的硬质合金粉末料中加入0～30%（wt）的镍粉和0～10%（wt）的炭黑粉混合，使该组合物各组成的质量百分含量之和为100。并根据制作情况向混合的粉末料中加入酒精（以手感，有粘性即可）再混合。将混合料一起放入滚筒式球磨机中球磨3～30h，取样，常温干燥制成棒形试样8，棒形试样8经烧结后成为梯度型硬质合金棒材的刀头粗坯3。此处所述的棒形试样制作为通用技术，即将球磨料放到一棒形空心模具中，压实，待干后取出备用。

将制作好的第一石墨模具2a、第二石墨模具3a和第三石墨模具4a放入悬浊的氧化铝酒精液体中（即为50～60%的氧化铝酒精液体）使其（中心孔的）内腔表面粘附一层氧化铝粉，烘干备用。

如图2，3，4所示为三种不同断面形状的石墨模具，其中第一石墨模具2a、第二石墨模具3a和第三石墨模具4a的上下顶端为方形（如三角形、四方形或六角形）和圆形的石墨模具，在第一石墨模具2a的上内腔2b、第二石墨模具3a的上内腔3b和第三石墨模具4a的上内腔4b分别放置棒形试样8，而在第一石墨模具2a的下内腔2c、第二石墨模具3a的下内腔3c和第三石墨模具4a的下内腔4c放置有长度为b的刀柄2，棒形试样8和刀柄2构成了梯度型硬质合金棒材的基本原材料。放置时两者的相接处要保持平整、干净。

如图5所示，当在第一石墨模具2a、第二石墨模具3a和第三石墨模具4a的下上内腔中放置有长度为b的（旧硬质合金）刀柄2和棒形试样8后，将两者作为整体放置在烧结石墨板5上，所述烧结石墨板5的上表面刷涂有石墨乳质涂层或氧化铝粉层6，其厚度控制在mm级。最后将整个摆放完毕的石墨模具(如第一石墨模具2a、第二石墨模具3a或第三石墨模具4a)和烧结石墨板5送入真空炉或过压炉中，快速升温至1350～1550℃，通入0～6MPa的氩气，保温时间为30～120min，其后随炉冷却到室温，取出，制备的梯度型硬质合金棒材由直径不相同或相同的刀头粗坯3和刀柄粗坯4构成，两者成紧密连接。

如图6，7，8所示，分别为使用第一石墨模具2a、第二石墨模具3a、第三石墨模具4a烧结成的梯度型硬质合金棒材的外形图，根据需要再精加工制造成不同用途的机加工刀具，如硬质合金钻头、铣刀等。

如图2、图3及图4提供的石墨模具，在第一石墨模具2a的下内腔2C、第二石墨模具3a的下内腔3c和第三石墨模具4a的下内腔4c的刀柄粗坯4的硬质合金材料也可采用钢结硬质合金。如刀柄粗坯4和刀头粗坯3均采用回收的废旧硬质合金棒材，但在复合烧结过程中需要在两者结合部位添加镍片、钴片或镍钴合金片，或者它们的金属粉末（厚度在0.1～3.0mm），在烧结炉中的烧结温度可以低于棒材自身烧结温度10～100℃，也能实现完善复合。如果不添加镍片、钴片或镍钴合金片，则需保证刀柄粗坯4部分材料的正常烧结温度低于刀头粗坯3的烧结温度，此时烧结，只需要在刀头粗坯3正常烧结温度附近烧结即可，也能保证棒材的完美复合。

Claims (1)

1.一种梯度型硬质合金棒材的制备方法，其特征是：将报废的长度为a的硬质合金刀具的刀头（1）切除，余下长度为b的刀柄（2），将长度为b的刀柄（2）经烧结后成为梯度型硬质合金棒材的刀柄粗坯（4）；

采用回收的硬质合金粉末料为原料，经筛分除去其杂质，筛分后的原料粒度控制在100～20目之间；

此处所述回收的硬质合金粉末料选自：锌熔料、电解料、机械破碎料、硬质合金磨削废料、硬质合金车削废料或硬质合金脏污料；

向原料粒度在100～20目回收的硬质合金粉末料中加入0～30%（wt）的镍粉和0～10%（wt）的炭黑粉，加入酒精混合，把混合料放入滚筒式球磨机中球磨3～30h后取出干燥成粉，制作成棒形试样（8），棒形试样（8）经烧结后成为梯度型硬质合金棒材的刀头粗坯（3）；

将制作好的第一石墨模具（2a）、第二石墨模具（3a）和第三石墨模具（4a）放入悬浊的氧化铝酒精液中，使它们的内腔表面粘附一层氧化铝粉，烘干后备用；

在第一石墨模具（2a）的上内腔（2b）、第二石墨模具（3a）的上内腔（3b）和第三石墨模具（4a）的上内腔（4b）分别放置棒形试样（8），在第一石墨模具（2a）的下内腔（2c）、第二石墨模具（3a）的下内腔（3c）和第三石墨模具（4a）的下内腔（4c）分别放置长度为b的刀柄（2）；所述棒形试样（8）和刀柄（2）构成梯度型硬质合金棒材的原材料；

将中心内腔中放置有梯度型硬质合金棒材原材料的第一石墨模具（2a）、第二石墨模具（3a）和第三石墨模具（4a）作为整体分别放置在烧结石墨板（5）上；所述烧结石墨板（5）的上表面刷涂有石墨乳质涂层或氧化铝粉层（6）；

将整个摆放完毕的石墨模具和烧结石墨板（5）送入真空炉或过压炉中，快速升温至1350～1550℃，在压力为0～6MPa的Ar气氛中保温30～120mim，随炉冷却至室温，从石墨模具中取出，制备成的梯度型硬质合金棒材由直径不同或相同的刀头粗坯（3）和刀柄粗坯（4）构成，两者成紧密连接。

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