CN1869267B - 具有改善性能的用于冷成形操作的工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轮胎钢帘线拉伸操作的硬质合金。该硬质合金含有超细颗粒尺寸的WC和＞5但＜10重量％的Co，并且包含颗粒增长抑制剂(V和/或Cr)，而且HV30和钴含量之间有确定的关系。

Description

具有改善性能的用于冷成形操作的工具
本发明涉及一种用于冷成形和拉伸操作、特别是轮胎钢帘线拉伸操作的工具。
轮胎钢帘线生产中拉伸模具的性能通过提高硬质合金的硬度而得到了改善。粗拔钢丝通常按如下规格干拉伸：10重量％或6重量％的Co和分别为1600和1750的维氏硬度。将1.5-2mm湿拉伸至最终尺寸0.15-0.3mm，通常在如下规格的拉伸模具中进行：硬度约为1900-2000HV和Co含量＜5重量％，最常见的约为3重量％。
在二十世纪八十年代用于轮胎帘线拉伸的只有3重量％Co和超细颗粒尺寸的规格被Sandvik引入。之后该规格因为低强度和脆性表现导致过早失效而被淘汰了。
在一个欧洲项目Wireman中，(A.M.Mzssai等报道，“Scientificand technological progress in the field of steel wire drawing”，Wire6/1999)，调研了用于轮胎帘线拉伸的条件。在颗粒尺寸0.3-1μm和0.3-5重量％Co的粘合剂下测试了新的硬质合金规格。通过减少粘合剂含量和减小WC颗粒尺寸，硬度得到了增加。根据公布的结果这些规格并未完全满足对更好性能的预期，尽管得到了高强度。引用的结论如下：“磨损测试证明了不只是模具的硬度控制着模具磨损机制。”
根据美国专利6,464,748，除了硬质合金的硬度以外，腐蚀也是控制抗磨损性的一个主要因素。通常较高的Co粘合剂含量导致对腐蚀更敏感而且所述美国专利公开了通过降低粘合剂含量和用镍和铬合金化该钴粘合剂使得它抗腐蚀而进行改善，即同上述的Wireman项目中方法类似。
美国专利5,948,523公开了具有改善的硬磨损表面区域的冷成形工具。这已经通过在含氮化硼环境下烧结后热处理由合适成分构成的硬金属而得到。当对如下硬金属热处理时效果最明显：通过合适选择化学成分和加工条件该硬金属之前已经被烧结以得到高碳含量。
很多年以来硬质合金的颗粒尺寸被发展得越来越精细。将硬质合金颗粒尺寸发展成超细尺寸范围导致了磨损加工的许多积极改善。
磨损(或颗粒损失量)可以按照稍微大于烧结颗粒尺寸一半的数量级减小(没有其它磨损加工)，因为颗粒量同立方体直径相关。
粘合断裂是另一种危险的磨损，其中强焊接的工具加工材料的界面的分离能引起基础碳化物内部的张拉分裂。超细硬金属由于它们更高的断裂强度能比较粗的硬金属更好地抵抗这种断裂的发生。
粘合剂相的侵蚀/腐蚀是拉丝中磨损机制的一部分。即使粘合剂的含量在超细硬质合金中增加了，但是较小的WC颗粒尺寸导致了较薄的粘合剂膜，通常被称作粘合剂自由行程。因此软的粘合剂相抗磨损颗粒的选择腐蚀性能下降。有理由认为较薄的粘合剂也导致了更好的氧化/腐蚀性能，因为在WC界面的粘合剂的性能不同于纯金属。
从以上可以得出在将较精细次微米硬金属发展成纳米范围的主要好处在于提高硬度，最大化抗磨损性和强度同时最大可能地维持所有有用的其它特性。
现在已经发现使用超细颗粒的硬质合金和＞5重量％Co含量通过改善超细硬质合金的强度、硬度和韧性能导致轮胎钢帘线生产中改善的性能。
本发明的一个目的在于提供一种用于冷成形和拉伸操作、特别是轮胎帘线拉伸操作的具有进一步改善的高抗磨损性、高强度和保持高韧性的工具。
附图1显示了拉伸模具，其中A是硬质合金模坯和B是钢套。
附图2显示了在10000放大倍数下Murakami蚀刻的本发明硬质合金的微结构。该结构含有WC和Co粘合剂。
现在已经惊奇地发现用于冷成形和拉伸操作、特别是轮胎帘线拉伸操作的具有比现有技术工具更好性能的工具能如下获得：该工具是由Co含量＞5重量％但＜10重量％含有超细颗粒尺寸的WC的硬质合金制成。导致更好性能的颗粒尺寸和粘合剂含量的结合表示为硬度约100-150HV的6重量％Co和超细WC，该硬度比最常用的3重量％Co粘合剂规格的1925HV硬度高。
另一个成功地被测试用于轮胎帘线拉伸的超细硬质合金的例子的特征在于有着9重量％钴和超细碳化钨颗粒尺寸从而硬度，HV30，是1900。因此通过超细颗粒尺寸得到了和常规3重量％Co规格相同的硬度。
通过减小颗粒尺寸和增加粘合剂含量改善了抗磨损性从而通过有着超细颗粒尺寸的碳化钨HV30的硬度得到保持或甚至被增加了。
因此本发明涉及硬质合金规格在冷成形工具中的应用，该硬质合金有着增加的Co粘合剂含量和十分小的WC颗粒尺寸，制得的材料具有改善的抗磨损性以用于冷成形和拉伸操作、特别是轮胎帘线拉伸操作。
众所周知硬质合金的硬度取决于粘合剂含量和碳化钨的颗粒尺寸。通常颗粒尺寸或粘合剂含量降低时硬度增加。为了解决众所周知的确定和测量硬质合金中“颗粒尺寸”和该情况下特征定义“超细硬质合金”的困难，硬度/粘合剂含量的关系被用于特征定义本发明的硬质合金。
本发明因此涉及一种硬质合金的冷成形工具，其含有超细硬质合金，该硬质合金含有WC、Co粘合剂相和＜1重量％的颗粒增长抑制剂V和/或Cr。该硬质合金Co含量＞5重量％但＜10重量％而且HV30硬度和Co重量％含量有着如下关系：
HV30＞2150-52×重量％Co
优选地
HV30＞2200-52×重量％Co
更优选地
HV30＞2250-52×重量％Co
并且最优选地硬度HV30＞1900。
该硬质合金是通过如碾磨、挤压和烧结的常规粉末冶金技术制得的。
本发明也涉及将本发明的硬质合金特别地用于轮胎钢帘线拉伸操作，但是它也能被用于其它冷成形和如深拉伸罐的拉伸操作。
实施例1
钢丝拉伸模具的内径在1.3-0.2mm之间，和
A.WC-3重量％Co，次微米颗粒尺寸，VC作为颗粒增长抑制剂，现有技术。
B.由WC-9重量％Co及碳化V和Cr颗粒尺寸抑制剂组成的超细硬质合金，本发明。
维氏硬度HV30的规格分别是1925和1950。这些工具被在用于轮胎帘线的钢丝拉丝中测试，这些钢丝是被铜包裹的并具有高抗张强度，得到如下结果。性能因素同通过不同于现有技术模坯A的模坯被拉伸的产品(丝)以质量多少表征的数量相关。表1总结了结果。
表1
  样品   性能因素
  A.现有技术   基准
  B.本发明   +15％
实施例2
钢丝拉伸模具的内径在1.3-0.175mm之间，和
A.现有技术规格，同实施例1中相同
B.由WC和6重量％Co及颗粒尺寸抑制剂V和Cr组成的超细硬质合金拉伸模具。
维氏硬度HV30的规格分别是1925和2050，在用于轮胎帘线的铜包裹的钢丝拉伸中被测试：
表2总结了结果。
表2
  样品   性能因素
  A.现有技术   基准
  B.本发明   +30％
实施例3
钢丝拉伸模具的内径在1.7-0.3mm之间，和
同实施例2相同的硬质合金成分在用于轮胎帘线的铜包裹的钢丝拉伸中被测试：
表3
  样品   性能因素
  A.现有技术   基准
  B.本发明   +120％
从15-120％的很大的改进差别中可以看出，拉丝操作中的条件，如钢质量、润滑、保养等，除了硬质合金制造商影响以外的因素，造成了很大的变化。所以，实施例的测试不能在不同测试条件下被对比。

Claims (5)

1.拉伸模具，用于轮胎钢帘线拉伸操作，该拉伸模具含有超细硬质合金，该硬质合金由WC、Co粘合剂相和<1重量％的颗粒增长抑制剂V和Cr组成，其特征在于Co含量>5重量％但<10重量％并且维氏硬度HV30>2150-52×重量％Co。
2.根据权利要求1的拉伸模具，其特征在于维氏硬度HV30>2200-52×重量％Co。
3.根据权利要求1的拉伸模具，其特征在于维氏硬度HV30>2250-52×重量％Co。
4.根据权利要求1的拉伸模具，其特征在于维氏硬度HV30>1900。
5.权利要求1－4中的任一项的拉伸模具用在轮胎钢帘线拉伸操作中。
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