一种低钴超粗晶硬质合金截齿及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种低钴超粗晶硬质合金截齿，包括齿尖部、齿头部和齿柄部，其中：齿尖部包括基础部、柱体部以及锥体部，基础部与柱体部形成有阶级面并具有底面；齿头部套置于齿尖部外围，并包括贯穿其底部与顶部的中心孔，中心孔分为上、下段，上段为沉头孔，下段为螺纹孔，沉头孔具有抵持面及平行面，抵持面与阶级面贴合，使得锥体部凸出在齿头部顶部，此时的平行面则与底面形成平整面；齿柄部具有螺旋部、柄部及顶持部，螺旋部具有顶端并与螺纹孔拧紧连接，藉由前述结构构造的结合，解决了低钴超粗晶硬质合金截齿的技术问题，达成了提升合金截齿韧性、硬度，且降低制造成本及提高利用率的良好效果。
【专利说明】一种低钴超粗晶硬质合金截齿及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种适于挖掘机的合金截齿，尤指一种低钴超粗晶硬质合金截齿及其制造方法。
【背景技术】
[0002]为了满足挖掘机截齿具有抗腐蚀、高硬度和高韧性的要求，截齿一般采用WC硬质合金(包括钨粉、钴粉)材料并经成型模具、冲压、磨削和以及WEDM放电加工的方式成型。然而，粗晶粒WC具有微观结构缺陷少、晶粒尺寸大、微观硬度高、微观应变小等一系列优点，通过将其和钴含量进行适当调整，可以获得韧性和硬度匹配良好的低钴超粗晶硬质合金。然而，硬质合金材料的组配加工应该做到:
1.均匀一致。均匀一致的晶体结构、最少的杂质和最高的洁净度是硬质合金材料成型后具有耐用、耐磨性的标志。
[0003]2.避免多孔。多孔是验证原材料的纯度和生产工艺是否精细的标准。多孔程度越高，磨损度和折断的危险就越高。
[0004]3.提高硬度。原材料粉末的混合和晶体颗粒的大小决定烧结工具的硬度。在硬度和加工任务般配的情况下，磨损度则较小。
[0005]4.降低断裂强度。容易断裂，说明硬质合金质量很差。
[0006]5.抗磨损。硬质合金除了应该具有高抗磨损性，还应该具有足够的刚性。
[0007]在此基础上，本发明人经过研宄、实验，提供了一种具有抗腐蚀、高硬度和高韧性的低钴超粗晶硬质合金截齿及其制造方法。
【发明内容】
[0008]为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种具有抗腐蚀、高硬度和高韧性的低钴超粗晶硬质合金截齿及其制造方法。
[0009]为达成上述目的，本发明应用的技术方案是:一种低钴超粗晶硬质合金截齿，包括齿尖部、齿头部和齿柄部，其中:所述的齿尖部呈凸台状，采用高硬度的碳化钨硬质合金制成，并包括基础部向上延伸的柱体部以及在柱体部顶端设有锥体部，该基础部与柱体部形成有阶级面并具有底面；所述的齿头部为锥台状，套置于所述齿尖部外围，其采用高韧性、抗磨性的低钴硬质合金制成，并包括贯穿于该齿头部底部与顶部的中心孔以及其下部具有的环形部，所述中心孔分为上下两段，上段为容置所述齿尖部的沉头孔，下段为与该齿柄部相连接的螺纹孔，该沉头孔具有抵持面及相对该抵持面形成阶状平行面，该抵持面与所述阶级面贴合，使得所述锥体部凸出在该齿头部顶部，此时的该平行面则与所述底面形成平整面；所述的齿柄部具有螺旋部、柄部及介于该柄部与螺旋部之间的顶持部，该螺旋部具有顶端并与所述螺纹孔拧紧连接。
[0010]在本发明实施例中优选，所述的低钴超粗晶硬质合金截齿进一步包括焊层，该焊层是通过贯注钎液将焊所述底面与所述顶端焊接形成。
[0011]在本发明实施例中优选，所述的基础部与柱体部均为圆柱状，其基本部的直径大于该柱体部的直径，且这二者间处于同一轴线并呈叠加态势显现，并藉此形成有阶级面。
[0012]在本发明实施例中优选，所述的锥体部设于所述柱体部顶面，其锥体部锥底的周长等于或小于柱体部顶面的周长，在该锥体部表面还设有凹陷部。
[0013]在本发明实施例中优选，所述的环形部外围向内缩进有环形槽。
[0014]在本发明实施例中优选，所述的顶持部呈倒塔台状并具有顶持面，当所述螺旋部与所述螺纹孔拧紧时，该顶持面抵紧所述齿头部底部。
[0015]为达成上述目的，本发明应用的技术方案是:一种低钴超粗晶硬质合金截齿的制造方法，其中:该制造方法包括:首先，对齿尖部、齿头部及齿柄部各组件所需原材料进行混合组配；其次，采用液态模锻成型方法分别成型；再次，以液态模锻技术，通过贯注钎液形成焊层并将齿尖部与齿柄部紧密焊接成一体；最后，通过螺纹孔与螺旋部拧紧，使得齿尖部、齿头部及齿柄部这三者成为一体。
[0016]在本发明实施例中优选，所述的齿头部的材料组成及混料过程是:将钴粉5-7%、碳化钨粉86.4-92.6%、铬粉0.1-0.6%、铼粉2_5%、铁粉0.3-1%及适量烧结剂混合，再加入酒精湿磨，得到混合物料；再将所述混合物料放入干燥箱，在85-100°C的条件下烘25-40小时。
[0017]在本发明实施例中优选，所述的齿头部的成型法是先定型、再排胶，然后烧结，其中:
定型:利用混合物料，结合质量浓度为5%的丁纳橡胶汽油溶液以100-200ml/kg的配比作为结合剂加入干燥后的混合物料中，在28-32Mpa及保压15s的条件下造粒、筛分，在39-42Mpa及保压15s的条件下模压预成型，后经在200MPa下冷等静压压制成型，得到生坯；
排胶:将生坯烘干后，在500-600°C的真空炉中做排胶处理；
烧结:在100-200Pa的真空条件下，将排胶后的生坯在135-1400°C保温1_2小时后随炉冷却。
[0018]在本发明实施例中优选，所述的焊层厚度为2_3mm。
[0019]本发明与现有技术相比，其有益的效果:通过调整合金材料钴含量，不但提升合金截齿的韧性和硬度，而且降低了制造成本并提高了使用效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例的立体示意图。
[0021]图2是本发明实施例的爆炸示意图。
[0022]图3是本发明实施例另一视角的爆炸图。
[0023]图4是本发明实施例的局部剖面示意图。
[0024]图5是图4中齿头部的局部剖面示意图。
[0025]图6是本发明实施例藉由模具制造过程的示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
[0027]在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
[0028]请参阅图1并结合参阅图2、图3、图4及图5所示，本发明提供了低钴超粗晶硬质合金截齿及其制造方法，该低钴超粗晶硬质合金截齿包括齿尖部10、齿头部20和齿柄部30，其中:
所述的齿尖部10呈凸台状，采用高硬度的碳化钨硬质合金制成，并包括基础部11向上延伸的柱体部12以及在柱体部顶端设有锥体部13。该基础部11与柱体部12均为圆柱状，其基本部11具有底面111，其直径大于该柱体部12的直径，且这二者间处于同一轴线并呈叠加态势显现，藉此形成为阶级面112。同时，该锥体部13设于所述柱体部12顶面，其锥体部13的锥底的周长等于或小于柱体部12顶面的周长。适用时，为了增加摩擦力以及易于分卸细渣，在该锥体部13表面还设有凹陷部131 ；
所述的齿头部20为锥台状，可套置于所述齿尖部10外围，其采用高韧性、抗磨性的低钴硬质合金制成，并包括贯穿于该齿头部20底部与顶部的中心孔21以及其下部具有的环形部22，在该环形部22的外围向内缩进并形成有环形槽221。在本实施例中，所述中心孔21分为上下两段，上段为容置所述齿尖部10的沉头孔211，下段为可与齿柄部30相连接的螺纹孔212，该沉头孔211具有抵持面2112及相对该抵持面2112形成阶状平行面2111，组装时，该抵持面2112与所述阶级面112贴合，使得所述锥体部13凸出在该齿头部20顶部，而此时的该平行面2112与所述基础部11的底面111则形成为平整面，以此使得组装于沉头孔211中的所述齿头部20不会向上脱出；
所述的齿柄部30具有螺旋部31并藉此与所述螺纹孔212拧紧连接，此时所述齿尖部10也可通过焊层40与该齿柄部30熔焊并连成一体。在本实施例中，该齿柄部30还包括柄部32及其介于该柄部32与螺旋部31之间的顶持部33，所述顶持部33呈倒塔台状并具有顶持面331，当该螺旋部31与所述螺纹孔212拧紧时，该顶持面331抵紧所述齿头部20底部，用以支持该齿头部20向下或向前受力，同时也使所述齿头部20在沉头孔211中不会向下脱出。在本实施例中，所述焊层40是焊接于所述底面111与所述螺旋部31自由顶端313形成，藉此可以有效将所述齿尖部10与齿柄部30固定为一体。在本实施例中，所述柄部32包括锁扣部321，该锁扣部321是为配合与其他(包括挖掘机、钻探机及采煤机的)相关设备而为的结构，因该结构并非本发明的设计重点，在此不作详细赘述。
[0029]请结合参阅图6所示，本发明提供了低钴超粗晶硬质合金截齿及其制造方法，该低钴超粗晶硬质合金截齿制造方法包括:首先，对齿尖部10、齿头部20及齿柄部30各组件所需原材料进行混合组配；其次，采用液态模锻成型方法分别成型；再次，将成型的齿尖部10与齿柄部30采用液态模锻(包括贯注钎液形成焊层40)的方法，使得这二者紧密结合为一体(如图6);最后，通过齿头部20的螺纹孔212与齿柄部30的螺旋部31拧紧，使得齿尖部10、齿头部20及齿柄部30这三者成为一体，其中:
第一步:对齿尖部10、齿头部20及齿柄部30各组件所需原材料进行混合组配，其中:所述齿尖部10、齿柄部30的材料组份为现有技术，故在此不作详细赘述。然而，针对所述的齿头部20的材料组配及其加工而言，采用超粗晶粒来提升了 WC晶粒强度，这是因为WC晶粒变粗，使得WC晶粒内缺陷减少而提升了 WC晶粒强度。然而，将WC晶粒比表面积减小，使合金钴层增厚，从而提高合金的冲击韧性，合金中的钴含量减少及WC含量的增加使合金的耐磨性提高，也有利于提高合金的导热率，降低合金的热膨胀系数。当WC的晶粒度达到5.0um以上时，硬质合金在保持良好的强度的同时，塑性得到明显改善，产品可靠性大大提高，因此，低钴超粗晶硬质合金同时具有高的导热率及低的膨胀系数，较好的断裂韧性、较硬的强度和耐高温性能，能满足中硬以上的煤层以及硬岩掘进等一些特殊的使用要求，藉此促进了采矿、挖掘工具的发展。综上并结合本发明实施例的设计制造，其所述的齿头部20就是依据这种理论予以实现的，例如，在本发明中，所述的齿头部20，其材料组成及混料过程是:将钴粉5-7%、碳化钨粉86.4-92.6%、铬粉0.1-0.6%、铼粉2_5%、铁粉0.3_1%及适量烧结剂混合，再加入酒精湿磨，得到混合物料；再将所述混合物料放入干燥箱，在85-100°C的条件下烘25-40小时。
[0030]第二步:分别采用液态模锻成型方法使得所述齿尖部10、齿头部20及齿柄部30成型，其中:所述齿尖部10、齿柄部30的成型方法属于现有技术，在此不再作说明。然而，所述的齿头部20的成型法是:(I)利用第一步中的混合物料进行定型，将质量浓度为5%的丁纳橡胶汽油溶液以100-200ml/kg的配比作为结合剂加入干燥后的混料中，在28-32Mpa及保压15s的条件下造粒、筛分，在39-42Mpa及保压15s的条件下模压预成型，后经在200MPa下冷等静压压制成型，得到生坯；(2)排胶:将生坯烘干后，在500-600°C的真空炉中做排胶处理；(3)烧结:在100-200Pa的真空条件下，将排胶后的生坯在135-1400°C保温1_2小时后随炉冷却，得到低钴硬质合金材料，藉此工艺方法成型的所述的齿头部20，其实验结果为:
利用MC010-HRS-150数显洛氏硬度计测得洛氏硬度(HRC):70-72 ；
利用JMTT HVC-10A1显微维氏硬度计测得维氏硬度(HV):
a.加载条件200g/15s 1252-1286 ；
b.加载条件500g/15s 1053-1148。
[0031]利用INSTRON1195型(8800控制系统)电子万能试验机测得三点抗弯强度的加载速度 lmm/min2180-2430MPa。
[0032]第三步:将成型的齿尖部10与齿柄部30采用液态模锻(请参阅图6所示)并以贯注钎液形成焊层40的方法，使得这二者紧密结合为一体，其具体的工艺方法是:将齿尖部10以其底面111朝上嵌入模具50并加热至200-350°C，再贯注熔点为800-900°C钎液后，将加热至150-300°C的齿柄部30(如螺旋部31向下并对准齿尖部底面111)，通过相关设备(未图示)垂直压入模腔，使得齿尖部10与齿柄部30焊接为一体，焊接形成的钎层40的厚度为2_3mm。
[0033]第四步:通过齿头部20的螺纹孔212与齿柄部30的螺旋部31拧紧，使得齿尖部10、齿头部20及齿柄部30这三者成为一体。
[0034]第五步:淬火及回火处理。将成型的低钴超粗晶硬质合金截齿重新加热作淬火处理，淬火后8小时内加热至回火温度进行回火处理，藉此提高截齿的抗磨性。所述的淬火、回火温度是根据截齿使用的材料来确定，一般为现有技术相同的处理方法，在此不再作详细赘述。
【权利要求】
1.一种低钴超粗晶硬质合金截齿，包括齿尖部、齿头部和齿柄部，其特征在于:所述的齿尖部呈凸台状，采用高硬度的碳化钨硬质合金制成，并包括基础部向上延伸的柱体部以及在柱体部顶端设有锥体部，该基础部与柱体部形成有阶级面并具有底面；所述的齿头部为锥台状，套置于所述齿尖部外围，其采用高韧性、抗磨性的低钴硬质合金制成，并包括贯穿于该齿头部底部与顶部的中心孔以及其下部具有的环形部，所述中心孔分为上下两段，上段为容置所述齿尖部的沉头孔，下段为与该齿柄部相连接的螺纹孔，该沉头孔具有抵持面及相对该抵持面形成阶状平行面，该抵持面与所述阶级面贴合，使得所述锥体部凸出在该齿头部顶部，此时的该平行面则与所述底面形成平整面；所述的齿柄部具有螺旋部、柄部及介于该柄部与螺旋部之间的顶持部，该螺旋部具有顶端并与所述螺纹孔拧紧连接。
2.如权利要求1所述的低钴超粗晶硬质合金截齿，其特征在于:所述的低钴超粗晶硬质合金截齿进一步包括焊层，该焊层是通过贯注钎液将焊所述底面与所述顶端焊接形成。
3.如权利要求2所述的低钴超粗晶硬质合金截齿，其特征在于:所述的基础部与柱体部均为圆柱状，其基本部的直径大于该柱体部的直径，且这二者间处于同一轴线并呈叠加态势显现，并藉此形成有阶级面。
4.如权利要求3所述的低钴超粗晶硬质合金截齿，其特征在于:所述的锥体部设于所述柱体部顶面，其锥体部锥底的周长等于或小于柱体部顶面的周长，在该锥体部表面还设有凹陷部。
5.如权利要求4所述的低钴超粗晶硬质合金截齿，其特征在于:所述的环形部外围向内缩进有环形槽。
6.如权利要求5所述的低钴超粗晶硬质合金截齿，其特征在于:所述的顶持部呈倒塔台状并具有顶持面，当所述螺旋部与所述螺纹孔拧紧时，该顶持面抵紧所述齿头部底部。
7.一种实用于如权利要求6所述的低钴超粗晶硬质合金截齿的制造方法，其特征在于:该制造方法包括:首先，对齿尖部、齿头部及齿柄部各组件所需原材料进行混合组配；其次，采用液态模锻成型方法分别成型；再次，以液态模锻技术，通过贯注钎液形成焊层并将齿尖部与齿柄部紧密焊接成一体；最后，通过螺纹孔与螺旋部拧紧，使得齿尖部、齿头部及齿柄部这三者成为一体。
8.如权利要求7所述的低钴超粗晶硬质合金截齿的制造方法，其特征在于:所述的齿头部的材料组成及混料过程是:将钴粉5-7%、碳化钨粉86.4-92.6%、铬粉0.1-0.6%、铼粉2_5%、铁粉0.3-1%及适量烧结剂混合，再加入酒精湿磨，得到混合物料；再将所述混合物料放入干燥箱，在85-100°C的条件下烘25-40小时。
9.如权利要求8所述的低钴超粗晶硬质合金截齿的制造方法，其特征在于:所述的齿头部的成型法是先定型、再排胶，然后烧结，其中: 定型:利用混合物料，结合质量浓度为5%的丁纳橡胶汽油溶液以100-200ml/kg的配比作为结合剂加入干燥后的混合物料中，在28-32Mpa及保压15s的条件下造粒、筛分，在39-42Mpa及保压15s的条件下模压预成型，后经在200MPa下冷等静压压制成型，得到生坯； 排胶:将生坯烘干后，在500-600°C的真空炉中做排胶处理； 烧结:在100-200Pa的真空条件下，将排胶后的生坯在135-1400°C保温1_2小时后随炉冷却。
10.如权利要求8所述的低钴超粗晶硬质合金截齿的制造方法，其特征在于:所述的焊层厚度为2-3mm。
【文档编号】B22F7/06GK104500063SQ201410732635
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月7日 优先权日:2014年12月7日
【发明者】赵迎九, 郭华彬, 郭建锋, 刘小平, 陈敏, 蔡运花, 黄腾, 吴俊龙, 张丽芳 申请人:江西耀升钨业股份有限公司