本发明涉及切削工具技术领域，特别涉及一种车刀刀片及车刀刀片的制备方法。
背景技术：
车刀是机械加工中最常用的切削工具，主要用于在各种车床上加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。在切削过程中，车刀刀片要承受很大的压力、摩擦力和冲击力，使得车刀刀片在使用中被严重消耗，通过对失效的车刀刀片的观察，失效主要是刀刃部分的磨损，这大大降低了车刀刀片的使用寿命。因此，车刀刀片的材料必须在具备高硬度、高强度、高韧性和高的耐热性的同时，更要具备高的耐磨性。
目前常用的车刀主要有高碳钢车刀、高速钢车刀、硬质合金车刀和陶瓷车刀。高碳钢车刀经过淬火硬化后使用，因切削中很容易回火软化，被高速钢等其它刀具所取代；高速钢具有模具钢中最高的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高，但由于自身材料原因，不能突破硬度瓶颈，且韧性较差，需要采用低温淬火工艺，以提高其韧性；硬质合金车刀中高温碳化物含量超过高速钢，从硬度、韧性和切削速度等方面都有了很大程度的提高，但其冲击韧性差，脆性大，抗振能力低。由上可知，现有的车刀均无法兼顾耐磨性和韧性。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种车刀刀片及车刀刀片的制备方法，其可以通过碳化钨增强层有效增加刀片本体的表面复合厚度，提高了车刀刀片的耐磨性能和韧性。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
本发明的一种车刀刀片，包括刀片本体，所述刀片本体表面设有多个凹陷管状体，且所述刀片本体表面和所述凹陷管状体的内表面均设有碳化钨增强层，其中，所述刀片本体的材质包括钨系高速钢。
进一步，相邻两个所述凹陷管状体之间的间距为25μm～1000μm，所述凹陷管状体的管径为10μm～40μm，所述凹陷管状体的深度为小于等于20μm。
进一步，所述碳化钨增强层的厚度为5μm～15μm，所述碳化钨增强层由均匀分布在所述刀片本体上的碳化钨颗粒组成，所述碳化钨颗粒的粒径为0.5μm～3.0μm，所述碳化钨颗粒的体积分数为70%～95%。
本发明的一种车刀刀片具有以下有益效果：
本发明提供一种车刀刀片，包括刀片本体，刀片本体表面设有多个凹陷管状体，且刀片本体表面和凹陷管状体的内表面均设有碳化钨增强层，这样，可以通过碳化钨增强层有效增加刀片本体的表面复合厚度，提高了车刀刀片的耐磨性能和韧性。
本发明的一种车刀刀片的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将刀片本体的表面进行处理；其中，所述刀片本体的材质包括钨系高速钢；步骤2：采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔，并对打孔后的刀片本体依次进行酸洗、水洗至中性、超声波清洗，得到具有凹陷管状体的刀片本体；步骤3：将具有凹陷管状体的刀片本体放置在真空渗碳炉中在预设温度下进行渗碳，并按照预设时间进行保温，得到具有碳化钨层的刀片本体；步骤4：将具有碳化钨层的刀片本体依次进行退火处理、分级淬火处理和三次低温回火处理，得到具有碳化钨增强层的车刀刀片。
进一步，所述步骤1的将刀片本体的表面进行处理具体包括：将所述刀片本体的表面采用丙酮清洗。
进一步，所述步骤2中采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔具体包括：在真空条件或惰性气体保护下，采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔。
进一步，所述步骤2中酸洗采用的液体包括体积浓度为300 ml/L的盐酸，或者，体积浓度为60ml/L的磷酸，或者，体积浓度为120ml/L的双氧水，或者，体积浓度为300ml/L的氢氟酸，或者，体积浓度为200ml/L的硫酸；所述超声波清洗具体包括：采用乙醇或丙酮进行超声波清洗。
进一步，所述步骤3的真空渗碳炉中碳的质量分数为0.9%～1.0%，所述真空渗碳炉内的真空度小于等于1×104 Pa，所述预设温度为920℃～940℃，所述预设时间为10min～35min，所述具有凹陷管状体的刀片本体的单位面积内渗碳的质量分数小于等于0.5%。
进一步，所述步骤4中将具有碳化钨层的刀片本体依次进行退火处理、分级淬火处理和三次低温回火处理具体包括：将具有碳化钨层的刀片本体在880℃下进行退火处理，并保温3h，再840℃下预热，再在1280℃下加热分级淬火处理，最后在560℃下进行三次低温回火处理，并回火保温1h，其中，所述分级温度为620℃。
本发明的一种车刀刀片的制备方法具有以下有益效果：
本发明提供了一种车刀刀片的制备方法，首先，在真空条件或惰性气体保护下，采用激光打孔机在刀片本体的表面形成若干个凹陷管状体，且可对凹陷管状体之间的间距、凹陷管状体的深度和管径进行调整；然后，将刀片本体在预设温度和预设时间下进行渗碳和保温，使得钨原子和碳原子在固态温度下反应生成碳化钨，并可以根据打好的凹陷管状体限制碳化钨的扩散，实现了刀片本体上碳化钨增加层的制备，其可以有效增加刀片本体的表面复合厚度，提高了车刀刀片的耐磨性能和综合使用性能；且本发明中的碳化钨颗粒与刀片本体间为冶金结合，结合牢固，碳化钨颗粒不易脱落；同时，可通过控制渗碳预设时间和预设温度、激光打孔参数的调节来控制碳化钨增强层的颗粒体积分数、分布和形态，达到碳化钨增强层与刀片本体相间的性能最佳。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的一种车刀刀片的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示：本实施例的一种车刀刀片包括：刀片本体1，所述刀片本体1表面设有多个凹陷管状体4，且所述刀片本体1表面和所述凹陷管状体4的内表面均设有碳化钨增强层2。
其中，所述刀片本体的材质包括钨系高速钢。
具体的，钨系高速钢可以为W18Cr4V、W14Cr4VMn、W9Mo3Cr4V等。
本实施例中，相邻两个所述凹陷管状体4之间的间距为25μm～1000μm，所述凹陷管状体4的管径为10μm～40μm，所述凹陷管状体4的深度为小于等于20μm。
本实施例中，所述碳化钨增强层2的厚度为5μm～15μm，所述碳化钨增强层2由均匀分布在所述刀片本体1上的碳化钨颗粒3组成，所述碳化钨颗粒3的粒径为0.5μm～3.0μm，所述碳化钨颗粒3的体积分数为70%～95%。
本实施例中，刀片本体1的基本组织为马氏体、少量碳化物和少量残余奥氏体。
本发明提供一种车刀刀片，包括刀片本体1，刀片本体1表面设有多个凹陷管状体4，且刀片本体1表面和凹陷管状体4的内表面均设有碳化钨增强层2，这样，可以通过碳化钨增强层2有效增加刀片本体1的表面复合厚度，提高了车刀刀片的耐磨性能和韧性。
本发明提供一种车刀刀片的制备方法，主要包括以下步骤：
步骤1：将刀片本体的表面进行处理。
其中，所述刀片本体的材质包括钨系高速钢。
具体的，将所述刀片本体的表面采用丙酮清洗。
步骤2：采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔，并对打孔后的刀片本体依次进行酸洗、水洗至中性、超声波清洗，得到具有凹陷管状体的刀片本体。
其中，酸洗采用的液体包括体积浓度为300 ml/L的盐酸，或者，体积浓度为60ml/L的磷酸，或者，体积浓度为120ml/L的双氧水，或者，体积浓度为300ml/L的氢氟酸，或者，体积浓度为200ml/L的硫酸；采用乙醇或丙酮进行超声波清洗。
具体的，在真空条件或惰性气体保护下，采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔，并对打孔后的刀片本体依次进行酸洗、水洗至中性、超声波清洗，得到具有凹陷管状体的刀片本体。
步骤3：将具有凹陷管状体的刀片本体放置在真空渗碳炉中在预设温度下进行渗碳，并按照预设时间进行保温，得到具有碳化钨层的刀片本体。
其中，所述真空渗碳炉中碳的质量分数为0.9%～1.0%，所述真空渗碳炉内的真空度小于等于1×104 Pa，所述预设温度为920℃～940℃，所述预设时间为10min～35min，所述具有凹陷管状体的刀片本体的单位面积内渗碳的质量分数小于等于0.5%。
需要说明的是，本发明的预设温度选择为920℃～940℃的理由是：若在温度为940℃以上渗碳，一方面，碳在车刀本体中的扩散系数会迅速升高，扩散速度过快，扩散深度增加，这样不利于碳化钨增强中碳化钨体积分数的提高；另一方面，会使生成的碳化钨颗粒急速长大，导致力学性能下降；若在温度为920℃以下渗碳，会降低碳的扩散动力，导致车刀本体表面碳浓度较低。
需要说明的是，本发明的碳的质量分数选择为0.9%～1.0%的理由是：若碳的质量分数大于1.0%，则碳在车刀本体中的扩散速度加快，扩散深度增加，这样不利于碳化钨增强中碳化钨体积分数的提高；若碳的质量分数小于0.9%，会导致车刀本体表面碳浓度较低。
需要说明的是，本发明的预设时间选择为10min～35min的理由是：若保温时间大于35min，则碳化钨会集中向车刀本体内扩散，这样不利于保持碳化钨增强层中碳化钨的高体积分数；若保温时间小于10 min，则渗碳层中的碳不能完全反应，从而影响碳化钨增强层的增强效果。
步骤4：将具有碳化钨层的刀片本体依次进行退火处理、分级淬火处理和三次低温回火处理，得到具有碳化钨增强层的车刀刀片。
其中，所述分级温度为620℃。
具体的，将具有碳化钨层的刀片本体在880℃下进行退火处理，并保温3h，再840℃下预热，再在1280℃下加热分级淬火处理，最后在560℃下进行三次低温回火处理，并回火保温1h，最终得到具有碳化钨增强层的车刀刀片。
本发明提供了一种车刀刀片的制备方法，首先，在真空条件或惰性气体保护下，采用激光打孔机在刀片本体的表面形成若干个凹陷管状体，且可对凹陷管状体之间的间距、凹陷管状体的深度和管径进行调整；然后，将刀片本体在预设温度和预设时间下进行渗碳和保温，使得钨原子和碳原子在固态温度下反应生成碳化钨，并可以根据打好的凹陷管状体限制碳化钨的扩散，实现了刀片本体上碳化钨增加层的制备，其可以有效增加刀片本体的表面复合厚度，提高了车刀刀片的耐磨性能和综合使用性能；且本发明中的碳化钨颗粒与刀片本体间为冶金结合，结合牢固，碳化钨颗粒不易脱落；同时，可通过控制渗碳预设时间和预设温度、激光打孔参数的调节来控制碳化钨增强层的颗粒体积分数、分布和形态，达到碳化钨增强层与刀片本体相间的性能最佳。
实施例一
步骤1：将刀片本体的表面采用丙酮清洗干净。
步骤2：在真空条件下，采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔，得到凹陷管状体，其中凹陷管状体的管径为30μm，凹陷管状体的深度为20μm，相邻两个凹陷管状体之间的间距为1000μm，之后对打孔后的刀片本体进行酸洗，酸洗使用的液体是体积浓度为300 ml/L的盐酸，再用水冲洗至中性，最后使用乙醇进行超声波清洗，得到具有凹陷管状体的刀片本体。
步骤3：将具有凹陷管状体的刀片本体放置在真空渗碳炉中在920℃的温度下进行渗碳，真空渗碳炉中碳的质量分数为0.9%，真空渗碳炉内的真空度小于等于1×104 Pa，且保证具有凹陷管状体的刀片本体的单位面积内渗碳的质量分数小于等于0.5%，最后保温10min，得到具有碳化钨层的刀片本体。
步骤4：将具有碳化钨层的刀片本体在880℃下进行退火处理，并保温3h，再840℃下预热，再在1280℃下加热分级淬火处理，分级温度为620℃，最后在560℃下进行三次低温回火处理，并回火保温1h，最终得到具有碳化钨增强层的车刀刀片。
本实施一得到的车刀刀片，其碳化钨增强层的厚度为5μm左右，基本组织包括粒径为0.5～1.2μm的碳化钨颗粒和马氏体基体，碳化钨颗粒的体积分数为70%，凹陷管状体的微观硬度为1850HV，车刀刀片的硬度为62HRC，车刀刀片的冲击韧性aK达到15J/cm2。
实施例二
步骤1：将刀片本体的表面采用丙酮清洗干净。
步骤2：在惰性气体氩气保护下，采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔，得到凹陷管状体，其中凹陷管状体的管径为20μm，凹陷管状体的深度为18μm，相邻两个凹陷管状体之间的间距为25μm，之后对打孔后的刀片本体进行酸洗，酸洗使用的液体是体积浓度为300 ml/L的氢氟酸，再用水冲洗至中性，最后使用丙酮进行超声波清洗，得到具有凹陷管状体的刀片本体。
步骤3：将具有凹陷管状体的刀片本体放置在真空渗碳炉中在930℃的温度下进行渗碳，真空渗碳炉中碳的质量分数为1.0%，真空渗碳炉内的真空度小于等于1×104 Pa，且保证具有凹陷管状体的刀片本体的单位面积内渗碳的质量分数小于等于0.5%，最后保温20min，得到具有碳化钨层的刀片本体。
步骤4：将具有碳化钨层的刀片本体在880℃下进行退火处理，并保温3h，再840℃下预热，再在1280℃下加热分级淬火处理，分级温度为620℃，最后在560℃下进行三次低温回火处理，并回火保温1h，最终得到具有碳化钨增强层的车刀刀片。
本实施二得到的车刀刀片，其碳化钨增强层的厚度为9μm左右，基本组织包括粒径为1.0～2.1μm的碳化钨颗粒和马氏体基体，碳化钨颗粒的体积分数为82%，凹陷管状体的微观硬度为1975HV，车刀刀片的硬度为63HRC，车刀刀片的冲击韧性aK达到14J/cm2。
实施例三
步骤1：将刀片本体的表面采用丙酮清洗干净。
步骤2：在惰性气体氩气保护下，采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔，得到凹陷管状体，其中凹陷管状体的管径为10μm，凹陷管状体的深度为17μm，相邻两个凹陷管状体之间的间距为350μm，之后对打孔后的刀片本体进行酸洗，酸洗使用的液体是体积浓度为200 ml/L的硫酸，再用水冲洗至中性，最后使用乙醇进行超声波清洗，得到具有凹陷管状体的刀片本体。
步骤3：将具有凹陷管状体的刀片本体放置在真空渗碳炉中在940℃的温度下进行渗碳，真空渗碳炉中碳的质量分数为0.94%，真空渗碳炉内的真空度小于等于1×104 Pa，且保证具有凹陷管状体的刀片本体的单位面积内渗碳的质量分数小于等于0.5%，最后保温35min，得到具有碳化钨层的刀片本体。
步骤4：将具有碳化钨层的刀片本体在880℃下进行退火处理，并保温3h，再840℃下预热，再在1280℃下加热分级淬火处理，分级温度为620℃，最后在560℃下进行三次低温回火处理，并回火保温1h，最终得到具有碳化钨增强层的车刀刀片。
本实施三得到的车刀刀片，其碳化钨增强层的厚度为15μm左右，基本组织包括粒径为1.8～3.0μm的碳化钨颗粒和马氏体基体，碳化钨颗粒的体积分数为95%，凹陷管状体的微观硬度为2100HV，车刀刀片的硬度为65HRC，车刀刀片的冲击韧性aK达到10J/cm2。
实施例四
步骤1：将刀片本体的表面采用丙酮清洗干净。
步骤2：在惰性气体氩气保护下，采用激光打孔机对表面处理后的刀片本体进行打孔，得到凹陷管状体，其中凹陷管状体的管径为40μm，凹陷管状体的深度为18μm，相邻两个凹陷管状体之间的间距为700μm，之后对打孔后的刀片本体进行酸洗，酸洗使用的液体是体积浓度为120 ml/L的双氧水，再用水冲洗至中性，最后使用乙醇进行超声波清洗，得到具有凹陷管状体的刀片本体。
步骤3：将具有凹陷管状体的刀片本体放置在真空渗碳炉中在935℃的温度下进行渗碳，真空渗碳炉中碳的质量分数为0.98%，真空渗碳炉内的真空度小于等于1×104 Pa，且保证具有凹陷管状体的刀片本体的单位面积内渗碳的质量分数小于等于0.5%，最后保温30min，得到具有碳化钨层的刀片本体。
步骤4：将具有碳化钨层的刀片本体在880℃下进行退火处理，并保温3h，再840℃下预热，再在1280℃下加热分级淬火处理，分级温度为620℃，最后在560℃下进行三次低温回火处理，并回火保温1h，最终得到具有碳化钨增强层的车刀刀片。
本实施四得到的车刀刀片，其碳化钨增强层的厚度为12μm左右，基本组织包括粒径为1.4～2.6μm的碳化钨颗粒和马氏体基体，碳化钨颗粒的体积分数为90%，凹陷管状体的微观硬度为2060HV，车刀刀片的硬度为64HRC，车刀刀片的冲击韧性aK达到12J/cm2。
本发明的一种具有碳化钨增强层的车刀刀片，其组织特征为凹陷管状体均匀垂直分布于刀片本体表面，凹陷管状体的管径为10～40μm，凹陷管状体的深度小于等于20 μm，相邻两个凹陷管状体之间的间距在25～1000μm范围内可调；碳化钨增强层的厚度为5～15μm，碳化钨增强层包括均匀分布的粒径为0.5～3.0μm的微米级碳化钨颗粒，体积分数为70%～95%，凹陷管状体的微观硬度可达到1850～2100 HV，车刀刀片的硬度达62～65 HRC，冲击韧性aK达到10～15 J/cm2。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。