CN101435048B

CN101435048B - 一种锰钢加工用硬质合金刀具材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101435048B
Application number: CN2008102044225A
Authority: CN
Inventors: 刘莹华; 杜玉国; 林春芳; 王云岫
Original assignee: Shanghai Institute of Materials
Current assignee: Shanghai Institute of Materials
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: CN101435048A

Abstract

本发明涉及一种锰钢加工用硬质合金刀具材料及其制备方法和应用，该硬质合金刀具材料含碳化钛6.5～20％wt，碳化钽6.5～20％wt，钴8～13％wt，余量为1～5μ碳化钨。与现有刀具材料相比，本发明具有较高的抗热疲劳和抗冲击性能，同时具有较好的抗前面磨损能力，在加工锰钢钢轨道叉时，具有较高的寿命，与YW、YT类合金相比，耐用度可提高50～100％。

Description

一种锰钢加工用硬质合金刀具材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及合金材料，尤其涉及一种锰钢加工用硬质合金刀具材料及其制备方法和应用。

背景技术

铁路被喻为国民经济的“动脉”，在整个国家的经济发展中发挥着越来越重要的作用，而作为铁路的主要构件钢轨和道叉为了提高其使用年限和寿命大多由锰钢制造，有的含锰量甚至高达13％以上。众所周知，锰钢的一个显著特点就是加工硬化现象严重，这在使用时长寿命的优良品质，对制造厂家来说则是望而生畏的困难。也是长期困扰刀具工程技术人员的难点所在。由于锰钢传热慢，加工硬化严重，导致机械加工时切削力大，温升高，刀具前面磨损极快，尤其在铣削加工时，因为周期性的热疲劳和机械冲击，一般刀具使用寿命很短。据文献资料，国内外尚未见专门针对锰钢钢轨，道叉加工的硬质合金材料牌号，而目前国内使用的YT，YW类合金及进口TN35M(德国维地亚)合金，均无法达到令人满意的效果。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种高效、长寿命的锰钢加工用硬质合金刀具材料及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种锰钢加工用硬质合金刀具材料，其特征在于，该硬质合金刀具材料含碳化钛6.5～20％wt，碳化钽6.5～20％wt，钴8～13％wt，余量为1～5μ碳化钨。

一种锰钢加工用硬质合金刀具材料的制备方法是，将TiO₂、TaC、WC、C按要求的重量比进行配制，在干式球磨机中混合5小时，然后在2200℃～2300℃的温度下，在碳管炉中碳化预制成WC-TiC-TaC三元固熔体，出炉破碎、球磨、过筛，制成三元固熔体粉供配制合金使用；按固熔体粉20～30％wt，钴粉6～13％wt，碳化钨粉45～60％wt的比例配制合金，加入介质丙酮5～20％wt，球磨72小时，然后出料、蒸干、加入石蜡成型剂，烘干过筛，制得硬质合金刀具材料。

所述的TiO₂、TaC、WC、C按4∶3∶3∶2的重量比进行配制。

所述的三元固熔体含碳化钛20～40％wt，碳化钽20～40％wt，碳化钨25～45％wt。

所述的碳化钨粉的粒度为1～5μ。

一种锰钢加工用硬质合金刀具材料的应用，其特征在于，将硬质合金刀具材料按(0.5-1)T/cm²的压制压力成型，在真空炉中经1400～1500℃保温70分钟烧结，制得刀具材料烧结毛坯，再经磨削刃磨处理得到硬质合金刀具成品。

我们知道，在合金中添加碳化钛(TiC)可改善刀具的抗前面磨损能力，但单质碳化钛脆性较强，且化学性质较为活泼，易吸附氧(O)，氮(N)等元素杂质，恶化合金的强度及抗冲击，抗崩刃能力，所以总体效果并不理想。

碳化钽(TaC)也有一定的抗前面磨损作用，但效果无碳化钛明显，且由于其密度接近碳化钛的三倍，要达到同样效果，加入量需很大。而碳化钽十分昂贵，大比例使用碳化钽并不现实。另外，碳化钽还具有提高合金红硬性的性质。

碳化钨(WC)是硬质合金的基本硬质相，其粒度从0.2μ～20μ，有很宽的范围，一般来说，粒度越细，合金材料的硬度越高，耐磨性越好；但同样由于粒度越细，分散度越高，钴层越薄，合金抗冲击性能也就愈弱。所以合适、匹配的碳化钨粒度，对合金的综合性能至关重要。

钴(Co)是硬质合金的粘结相，是构成合金强度的主要支持元素，但过量的粘结相会降低刀具的耐磨性能，影响寿命。

本发明采用碳化钛(TiC)：20～40％，碳化钽(TaC)：20～40％，碳化钨(WC)：25～45％，预制成不饱和三元固熔体，在克服掉单质碳化钛(TiO2)脆性弱点的同时，能自净化自身吸附的氧(O)，氮(N)等杂质元素，改善粘结金属的润湿性，提高了合金的强度。

用上述预制的固熔体，再配以8～12％的黏结剂(Co)和1～5μ粒度的余量碳化钨，制备成硬质合金刀具，具有较高的抗热疲劳和抗冲击性能，同时具有较好的抗前面磨损能力，耐用度与YW，YT类硬质合金相比，可提高50～100％。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

法国进口的GEISMAR公司制造的钢轨整形机，配套采用的是世界著名硬质合金企业——德国Vidia的TN35M刀片，平均单刃修铣25m长的标准钢轨15～20根。

按比例为20％～40％wt的碳化钛，20％～40％wt的碳化钽，20％～40％wt的碳化钨。将碳化钨、碳化钽、二氧化钛(钛白粉)、碳黑混合物150kg在干式球磨机里充分搅拌混合5小时，(球料比2∶1)；出料装舟后在碳管炉里进行碳化，碳化温度为2250℃，氢气(H₂)保护，推舟速度40min/舟，出炉冷却、破碎、球磨、过筛后即制得WC-TiC-TaC三元固熔体粉末。

按合金最终成分比例(重量)：6.5～20％TiC；6.5～20％TaC；8～13％Co.余量WC(1～5μ粒度)，将三元固熔体粉末、钴粉、碳化钨粉按三元固熔体粉末25％wt，钴粉10％wt，碳化钨粉50％wt的比例配制合金，加入介质丙酮15％wt，置入球磨机(湿式)中混合球磨72小时，出料、蒸馏、烘干并掺入3～4％Wt的成型剂石蜡，60目过筛后制得D16合金粉末。

用模具将D16合金粉末在压机上成型(压制压力1T/cm2)，经真空炉烧结(烧结温度1480℃，保温70分钟)，制得硬质合金刀具毛坯，其性能指标如下：

牌号密度(g/cm3) 硬度(HRA) 抗弯强度(MPa) 孔隙度

D16 12.5～13 90.5～92.5 1600～2200 A02B00C00

经磨削和刃磨处理，制得的D16牌号的钢轨整形机刀具，平均单刃铣削25m长标准钢轨40根以上，寿命超过进口一倍。

实施例2

一种锰钢加工用硬质合金锯齿，按合金最终成分(重量)：6.5～20％TiC；6.5～20％TaC；8～13％Co.余量WC(1～5μ粒度)，将不饱和三元固熔体粉末、钴粉、碳化钨粉按三元固熔体粉末30％wt，钴粉6％wt，碳化钨粉59％wt的比例配制合金，加入介质丙酮5％wt，置入球磨机(湿式)中混合球磨72小时，出料、蒸馏、烘干并掺入石蜡成型剂。在压机上用模具成型，经烧结(真空炉，1430℃，保温50分钟)，制得锯齿毛坯，其性能指标如下：

牌号密度(g/cm3) 硬度(HRA) 抗弯强度(MPa) 孔隙度

五#合金 12.0～13.0 89.0～92.0 1600～2500 A02B00C00

经焊接，刃磨，使用寿命与进口相当。

实施例3

一种加工锰钢硬质合金铣刀：

按比例为30％～35％wt的碳化钛，30～40％wt的碳化钽，25～45％wt的碳化钨。将碳化钨、碳化钽、二氧化钛(钛白粉)、碳黑混合物在干式球磨机里充分搅拌，混合5小时(球料比2∶1)；出料装舟后在碳管炉里进行碳化，碳化温度为2250℃，氢气保护，推舟速度40分钟/舟，出炉冷却，破碎、球磨、过筛后即得WC-TiC-TaC固熔体。

按合金最终成分比例(重量)：8～25％TiC，8～25％TaC，9～13％Co，余量WC(1～5μ)，将三元固熔体粉末、钴粉、碳化钨粉按三元固熔体粉末20％wt，钴粉13％wt，碳化钨粉47％wt的比例配制合金，加入介质丙酮20％wt，置入球磨机(湿式)中混合球磨72小时，出料、蒸馏、烘干并掺入成型剂石蜡，过筛后制得D20合金粉末，用模具将D20合金粉末经压机上成型(压制压力1T/cm 2)，真空烧结(烧结温度1460℃，保温70分钟)，制得硬质合金刀具毛坯，其性能指标如下：

牌号密度(g/cm3) 硬度(HRA) 抗弯强度(MPa) 孔隙度

D20 12.0～13.0 90～92.0 1600～2300 A02B00C00

经磨削和刃磨处理，制得D20牌号的高锰钢辙叉的硬质合金可转位铣刀。

Claims

1.一种锰钢加工用硬质合金刀具材料，其特征在于，该硬质合金刀具材料含碳化钛6.5～20％wt，碳化钽6.5～20％wt，钴8～13％wt，余量为1～5μ碳化钨；

该硬质合金刀具材料采用以下方法制备而成：将TiO₂、TaC、WC、C按4∶3∶3∶2的重量比进行配制，在干式球磨机中混合5小时，然后在2200℃～2300℃的温度下，在碳管炉中碳化预制成WC-TiC-TaC三元固熔体，出炉破碎、球磨、过筛，制成三元固熔体粉供配制合金使用；按固熔体粉20～30％wt，钴粉6～13％wt，碳化钨粉45～60％wt的比例配制合金，加入介质丙酮5～20％wt，球磨72小时，然后出料、蒸干、加入石蜡成型剂，烘干过筛，制得硬质合金刀具材料。

2.一种权利要求1所述锰钢加工用硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于，将TiO₂、TaC、WC、C按4∶3∶3∶2的重量比进行配制，在干式球磨机中混合5小时，然后在2200℃～2300℃的温度下，在碳管炉中碳化预制成WC-TiC-TaC三元固熔体，出炉破碎、球磨、过筛，制成三元固熔体粉供配制合金使用；按固熔体粉20～30％wt，钴粉6～13％wt，碳化钨粉45～60％wt的比例配制合金，加入介质丙酮5～20％wt，球磨72小时，然后出料、蒸干、加入石蜡成型剂，烘干过筛，制得硬质合金刀具材料。

3.根据权利要求2所述的锰钢加工用硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于，所述的三元固熔体含碳化钛20～40％wt，碳化钽20～40％wt，碳化钨25～45％wt。

4.一种权利要求1所述锰钢加工用硬质合金刀具材料的应用，其特征在于，将硬质合金刀具材料按(0.5-1)T/cm²的压制压力成型，在真空炉中经1400～1500℃保温70分钟烧结，制得刀具材料烧结毛坯，再经磨削刃磨处理得到硬质合金刀具成品。