一种电机级进模用硬质合金模具材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种电机级进模用硬质合金模具材料及其制备方法，其化学组分及其重量比为：碳化钨：78～98%，碳化铬：0.1～0.8%，钴:9.0～16.5%，硫：0～0.002%，铁：0～0.05%，余量微量杂质。方法为：将上述原料湿磨、干燥、模压成块状；置于压力快冷炉中高温烧结，充入氩气压力为5MPa，使得液相完全浸润硬质相，硬质相晶粒发育完全，密度分布均匀；再进行消除内应力处理，获得高性能材质。本发明的优点是，本发明制得的材料洛氏硬度为89.0～89.8HRA，断裂韧性为12～16MPa*m1/2，抗弯强度≥3600MPa，冲击韧性5～6J/cm2，完全适用于高耐磨性和高韧性要求的电机级进模。
【专利说明】
一种电机级进模用硬质合金模具材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种电机级进模用硬质合金模具材料产品生产制造领域，具体涉及一种电机级进模用硬质合金模具材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]级进模是冷冲模的一种，它是一种复杂、精密的冲压模具，可以对于一些形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形加工。近年来，我国模具国产化发展迅速，体现高水平制造技术的多工位级进模越来越多，冲压自动线、自动冲压也得到了广泛应用。
[0003]电机级进模中的凸、凹模为配对使用，要求做到适应高速度、高精度、长寿命和稳定冲压生产的需要，此外模具刃口要求高耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有高的硬度与适当的韧性，目前高档模具材料多半选用进口的硬质合金材料保证使用寿命。为解决国产合金的低使用寿命的问题，我司通过潜心开发已摸索出新的材料配方和制备方法，确保材料性能可与欧美或日本产品相当。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有国产电机级进模用硬质合金模具材料产品使用寿命低等质量问题，提供一种成熟稳定的电机级进模用硬质合金模具材料及其制备方法，
本发明的技术方案为:一种电机级进模用硬质合金模具材料，其特征在于化学组分及其重量比为:费氏粒度为3.5?4.5um的碳化钨:23?33%，费氏粒度为1.7?2.3um的碳化钨:55?65%，碳化铬:0.I?0.8%，钴:9.0?16.5%，硫:O?0.002%，铁:O?0.05%，余量为微量杂质。
[0005]—种电机级进模用硬质合金模具材料的制备方法，其特征在于方法步骤如下:
(1)依据上述材料化学组成进行配料，将各种粉末原料湿磨、干燥、模压成块状；
(2)置于压力快冷炉中高温烧结，烧结温度为1400?1450°C，充入氩气压力为5MPa，并保持0.5?1.5小时，使得液相(Co粘结相)完全浸润硬质相(WC)，硬质相(WC)晶粒发育完全，密度分布均匀；
(3 )再冷却至1000?1200 0C时快冷，冷却至80 °C以下后，再升温室700?1000 V退火，消除内应力，获得高性能材质。
[0006]本发明电机级进模用硬质合金模具材料的化学组成，其确定和设计的依据如下:碳化钨是硬质合金材质的硬质相。合金的耐磨性和韧性主要取决于碳化钨的含量、晶粒发育完全程度和晶粒粒度分布。碳化钨含量越高，硬度越高，合金的耐磨性增加，但韧性会下降，电机级进模具在工作中，要承受大量的冲击，需要材料有良好的韧性，为保证寿命，又需要一定的耐磨性，为取得合金的耐磨性和韧性的良好平衡，WC的含量控制在83.5?91.0%之间。晶粒的发育程度，主要由烧结温度来控制，在保证合金WC晶粒均匀，不发生异常长大前提下，尽量提升烧结温度，提高晶粒发育完全程度，故烧结温度在1400?1450°C为宜。粗、细两种WC粒度搭配，可改变WC晶粒粒度分布，提高合金组织中钴层厚度分布的均匀性，使材料在工作中均匀磨损，提高材料的耐磨性;同时，可以提高合金材料的韧性，硬质合金断裂时裂纹主要沿着WC和Co的界面扩展，合金这种粗、细晶粒搭配的组织结构，使得裂纹沿WC和Co界面扩展的路径变长，材料在完全断裂前能吸收更多的能量，从而使材料的韧性提高，通过金相组织观察和性能测试，故两种WC的成分配比为:费氏粒度为3.5?4.5um的碳化钨:23?33%，费氏粒度为1.7?2.3um的碳化钨:55?65%。
[0007]碳化铬是WC晶粒生长抑制剂，阻止WC晶粒异常长大，提高硬质合金材料对烧结温度的敏感性，含量太少起不到抑制作用，含量太多合金材料韧性急剧下降。同时，碳化铬在钴中有一定的溶解度，碳化铬溶解在钴中，对钴相起到固溶强化的作用，能提高硬质合金的强度和韧性，特别是对钴含量多10%的中、高钴硬质合金固溶强化的作用比较明显。综合考虑上述碳化铬对合金性能影响因素，碳化铬含量控制在0.1?0.8%。
[0008]钻是硬质合金的粘结相，与碳化妈的作用相反，钻含量越尚，合金的初性提尚，耐磨性下降，级进模具硬质合金材料工作承受大量的冲击，要求韧性较高，通常采用中高钴配方。故钴含量控制在9.0?16.5%。
[0009]硫和铁是有害的杂质元素。硫在合金中以硫化物的形式存在，通过高温烧结无法消除，硫化物残留在合金中，其有害作用与合金中孔洞类似，会降低合金的强度和韧性。铁对WC的润温性较差，且铁与合金中的C会形成脆性的碳化物，两种作用均会降低合金的强度和韧性。故两种杂质的含量应控制在最低，硫:<0.002%，铁:<0.05%。
[0010]本发明所述微量杂质可以为硅、钙、钠、钾、氯等。
[0011 ]本发明的优点是，本发明制得的材料洛氏硬度为89.0?89.8!11^，断裂韧性为12?WMPa*!!!1气抗弯强度彡3600MPa，冲击韧性5?6J/cm2，完全适用于高耐磨性和高韧性要求的电机级进模。
【具体实施方式】
[0012]在电机级进模领域，客户曾采用常规的合金材料A(凹模)和合金材料B(凸模)搭配使用，但由于现在加工设备的重复精度更高，被加工材料的硬度更高，客户提出:需要一种韧性足够好，但更耐磨的牌号来满足他们的使用要求。我司开发了新型合金材料C，即新的搭配为:凹凸模均采用新型材料C。其使用寿命对比如下:高速冲床上搭载级进模具对硅钢片进行高速冲压，冲床冲速在250?280次/分钟，冲压产品厚度为0.5mm，此过程为持续的操作过程，中途不停顿，并对冲压产品进行质量抽检。
[0013]凹凸模均采用新型材料C搭配时:模具一次修磨冲压次数平均在480万次左右，其失效形式为凹凸模刃口产生圆角，导致冲压件不合格，原因为模具正常磨耗。
[0014]常规的合金材料A(凹模)搭配合金材料B(凸模):模具一次修磨冲压次数在300万次左右，其失效形式为凹凸模刃口产生圆角和倒锥度。导致冲压件不合格，原因为模具磨耗。与常规的硬质合金模具材料相比，本发明的新型模具材料使用寿命提高了 1.6倍。
[0015]实施例一
一种电机级进模用硬质合金模具材料，其特征在于化学组分及其重量比为:费氏粒度为3.5?4.5um的碳化钨:23%，费氏粒度为I.7?2.3um的碳化钨:59.648%，碳化铬:0.8%，钴:16.5%，硫:0.002%，铁:0.05%。其方法步骤如下:依据上述材料化学组成进行配料，将各种粉末原料湿磨、干燥、模压成块状;置于压力快冷炉中高温烧结，烧结温度为14000C，充入氩气压力为5MPa，并保持0.5小时，使得液相(Co粘结相)完全浸润硬质相(WC)，硬质相(WC)晶粒发育完全，密度分布均匀;再冷却至1000?1200 °C时快冷，冷却至80°C以下后，再升温室700?1000 0C退火，消除内应力，获得高性能材质。
[0016]实施例二
一种电机级进模用硬质合金模具材料，其特征在于化学组分及其重量比为:费氏粒度为3.5?4.5um的碳化钨:28%，费氏粒度为I.7?2.3um的碳化钨:58.349%，碳化铬:0.4%，钴:13%，硫:0.001%，铁:0.25%。其方法步骤如下:依据上述材料化学组成进行配料，将各种粉末原料湿磨、干燥、模压成块状;置于压力快冷炉中高温烧结，烧结温度为14200C，充入氩气压力为5MPa，并保持0.8小时，使得液相(Co粘结相)完全浸润硬质相(WC)，硬质相(WC)晶粒发育完全，密度分布均匀;再冷却至1000?1200 °C时快冷，冷却至80 °C以下后，再升温室700?1000 0C退火，消除内应力，获得高性能材质。
[0017]实施例三
一种电机级进模用硬质合金模具材料，其特征在于化学组分及其重量比为:费氏粒度为3.5?4.5um的碳化钨:30%，费氏粒度为I.7?2.3um的碳化钨:60.889%，碳化铬:0.1%，钴:9%，硫:0.001%，铁:0.01%。其方法步骤如下:依据上述材料化学组成进行配料，将各种粉末原料湿磨、干燥、模压成块状;置于压力快冷炉中高温烧结，烧结温度为1450°C，充入氩气压力为5MPa，并保持1.5小时，使得液相(Co粘结相)完全浸润硬质相(WC)，硬质相(WC)晶粒发育完全，密度分布均匀;再冷却至1000?1200 °C时快冷，冷却至80 °C以下后，再升温室700?1000 0C退火，消除内应力，获得高性能材质。
[0018]实施例四
一种电机级进模用硬质合金模具材料，其特征在于化学组分及其重量比为:费氏粒度为3.5?4.5um的碳化钨:24.399%，费氏粒度为1.7?2.3um的碳化钨:65%，碳化铬:0.3%，钴:10%，硫:0.001%，铁:0.3%。其方法步骤如下:依据上述材料化学组成进行配料，将各种粉末原料湿磨、干燥、模压成块状;置于压力快冷炉中高温烧结，烧结温度为1450°C，充入氩气压力为5MPa，并保持1.5小时，使得液相(Co粘结相)完全浸润硬质相(WC)，硬质相(WC)晶粒发育完全，密度分布均匀;再冷却至1000?1200 °C时快冷，冷却至80 °C以下后，再升温室700?1000 0C退火，消除内应力，获得高性能材质。
[0019]四个实施例所制得的材料完全适用于高耐磨性和高韧性要求的电机级进模。
【主权项】
1.一种电机级进模用硬质合金模具材料，其特征在于化学组分及其重量比为:费氏粒度为3.5?4.5um的碳化钨:23?33%，费氏粒度为1.7?2.3um的碳化钨:55?65%，碳化铬:0.I?0.8%，钴:9.0?16.5%，硫:O?0.002%，铁:O?0.05%，余量为微量杂质。2.—种根据权利要求1所述的电机级进模用硬质合金模具材料的制备方法，其特征在于方法步骤如下: (1)依据上述材料化学组成进行配料，将各种粉末原料湿磨、干燥、模压成块状； (2)置于压力快冷炉中高温烧结，充入氩气压力为5MPa，并保持0.5?I.5小时，使得液相完全浸润硬质相，硬质相晶粒发育完全，密度分布均匀； (3)再冷却至1000?12000C时快冷，冷却至80°C以下后，再升温室700?1000V退火，消除内应力，获得材质。3.根据权利要求2所述的一种电机级进模用硬质合金模具材料的制备方法，其特征在于:所述压力快冷炉中高温烧结烧结温度为1400?1450°C。
【文档编号】C22C1/05GK106048361SQ201610696825
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月22日
【发明人】黄家明, 孙东平, 杜伟, 刘迎平, 刘诗彪
【申请人】九江金鹭硬质合金有限公司