切削刀具的制作方法

本发明涉及一种制造切削刀具的方法，该切削刀具包括硬质合金基底，该基底包括受控量的细小分散η相。
背景技术：
：由硬质合金制成的切削刀具在本领域是已知的。碳含量对硬质合金结构的影响是众所周知的。碳的缺乏导致形成η相(例如w6co6c、w3co3c)，而碳的过量导致游离石墨的析出。碳含量通常是经平衡的，使得既不形成η相也不形成石墨。η相和石墨二者都被认为是需要避免的。已知含有η相的硬质合金是易碎的，并且因此，通常不期望有η相。然而，在本领域中有一些硬质合金牌号是有意形成η相的。在us4,843,039中，带涂层的硬质合金刀片以低碳含量被制造出来，使得在烧结之后，该硬质合金包含η相。然后，硬质合金经受渗碳处理，使得形成梯度表面区。该表面区没有η相，并且具有比硬质合金的内部部分低的钴含量。然而，这些类型的材料在进行切削操作时效果并不好。相反，这些类型的材料通常被用于采矿应用，如在ep0182759中。ep2691198描述了一种适合于采矿应用的硬质合金，其在粘结剂相中通过η相的纳米粒子得到增强。纳米粒子的粒度小于10nm，并且硬质合金具有至少0.70*201.9μtm3/kg＝141μtm3/kg的磁饱和。在一些铣削应用中，梳状裂纹长期以来一直是一个问题，并且人们一直在努力寻找一种切削刀具材料，该材料具有改进的抵抗梳状裂纹的抗性，并且因此具有更长的刀具寿命。已经发现，通过向硬质合金基底提供具有受控且分布良好的η相，能够显著改进抵抗梳状裂纹的抗性。技术实现要素：本发明涉及一种制造包括硬质合金基底的切削刀具的方法，该方法包括以下步骤：-提供第一烧结硬质合金主体,其包括：wc、金属粘结剂相以及包括me12c和/或me6c碳化物的η相，其中me选自w、mo以及一种或多种粘结剂相金属，并且其中硬质合金中的亚化学计量碳含量在-0.30重量％至-0.16重量％之间；-使所述第一烧结硬质合金主体在500℃至830℃之间的温度下经受1小时至24小时之间的热处理。热处理适合于在500℃至830℃之间，优选地是在600℃至800℃之间的温度下执行。处在高温下的时间适合于在1小时至24小时之间，优选地是在1.5小时至8小时之间。在本发明的一个实施例中，热处理在单独的步骤中，例如在炉子中进行。在本发明的一个实施例中，在硬质合金基底设置有pvd涂层的同时执行热处理，其中沉积温度使得基底温度和沉积时间将在用于如上所述的热处理的范围内。基底的实际温度通常比pvd腔室中给定的沉积温度低，因此，如果热处理在pvd腔室中执行，则必需确定的是，基底具有适当的温度，使得实现热处理的目标效果。在本发明的另一个实施例中，在冷却期间，在烧结循环结束时，在烧结炉中执行热处理。热处理将影响材料，使得该材料将具有增加的抵抗梳状裂纹的抗性。对于粘结剂相为co的硬质合金基底，这种性质上的变化能够容易地通过矫顽力(hc)的变化而被测量到。热处理将导致矫顽力(hc)的增加。如果热处理的温度超过830℃，则矫顽力的影响将小得多，并且正面效应将因此减小。看到热处理的效果的另一种方式是测量硬质合金中co(fcc)和co(hcp)的量之间的比率。热处理将增加粘结剂相中的co(hcp)的体积分数。η相在本文中是指选自me12c和me6c的碳化物，其中me选自w、mo以及一种或多种粘结剂相金属。常见的碳化物是w6co6c、w3co3c、w6ni6c、w3ni3c、w6fe6c、w3fe3c。在本发明的一个实施例中，η相包含me12c和me6c。在本发明的一个实施例中，η相不含mo。在本发明的又一个实施例中，η相包含mo。如果mo存在于硬质合金中，则mo将取代η相中的一些钨。η相的平均粒度合适地是在0.1μm至10μm之间，优选地是在0.5μm至3μm之间。η相的分布应该尽可能均匀。在本发明的一个实施例中，η相的体积分数合适地是在2体积％和10体积％之间，优选地是在4体积％和8体积％之间，并且更优选地是在4体积％和6体积％之间。在本发明的一个实施例中，在整个硬质合金基底中，η相分布是相同的。这在本文中意味着该硬质合金不包括η相的任何梯度或者没有η相的区域，像us4,843,039中的梯度。本发明中的硬质合金具有在一定范围内的亚化学计量碳含量。亚化学计量碳是相对于化学计量碳值的碳含量的度量。亚化学计量值是一个很好使用的度量，因为它不依赖于如粘结剂相含量的其它参数、其它碳化物等。为了控制η相形成，硬质合金中的碳平衡很重要。合适地是，硬质合金中的碳含量在-0.30重量％和-0.16重量％的亚化学计量碳之间，优选地是在-0.28重量％和-0.17重量％的亚化学计量碳之间。另一方面，化学计量碳含量取决于其它参数，如粘结剂相含量等。化学计量碳含量是计算值，并且能够对粉末混合物和烧结硬质合金两者进行计算。对于粉末，在烧结之前，通过假设wc是完全化学计量的(即，原子比w:c是1:1)来计算化学计量值。如果存在其它碳化物，则也假设那些碳化物是化学计量的。当计算烧结硬质合金(例如由co和wc组成)的化学计量碳含量时，能够基于所添加的wc原材料的量来进行，假设原子比w:c是1:1；或者根据对所烧结的材料的测量来进行，并且然后根据所测量的钨含量来计算化学计量碳含量，假设原子比w:c是1:1。这意味着术语亚化学计量碳(如在本文中所使用的那样)是通过化学分析所确定的总碳含量减去基于wc和硬质合金中可能存在的其它碳化物的计算得到的化学计量碳含量。作为示例，如果针对特定硬质合金的计算得到的化学计量碳含量是5.60重量％，并且将制造相同的、但具有5.30重量％的碳含量的硬质合金，则亚化学计量碳将为-0.30重量％。为了能够实现均匀分布的η相(这对于获得改进的抵抗梳状裂纹的抗性是必需的)，实现正确的碳含量是必不可少的。因此，不仅仅是η相的存在将改进抵抗梳状裂纹的抗性，η相还需要以合适的量均匀分布。这是通过在制造期间小心控制碳平衡来实现的。如果烧结硬质合金中的碳含量太低(即，低于-0.30重量％的亚化学计量)，则η相的量变得太大，并且硬质合金将变脆。另一方面，如果碳含量高于所要求保护的范围(即，高于-0.16，但仍在η相形成区域中)，则所形成的η相将不均匀地分布(如以大团簇形式)，从而导致硬质合金的韧性降低。对于亚化学计量碳含量的范围的极限基于通过示例中所描述的方法来实现的分析。实现不需要的η相大团簇(参见例如图3)和实现作为目标的精细分布的η相(参见图1)之间的碳含量上的差异可能非常小。接近那个极限需要监测微观结构，以确保避免不需要的大团簇。根据本发明的硬质合金应该具有均匀分布的η相，这在本文中意味着硬质合金没有大的η相的团簇。粘结剂相合适地是选自fe、co和ni中的一种或多种，优选是co，其量是烧结主体的2重量％至20重量％，优选是在烧结主体的5重量％至12重量％之间。在本发明的一个实施例中，当硬质合金中存在cr时，所述cr中的一些溶解在粘结剂相中。硬质合金中的wc的量合适地是从80重量％至98重量％。在烧结之前，原材料粉末中的wc的粒度(fsss)合适地是在0.1μm和12μm之间，优选地是在0.4μm和9μm之间。在本发明的一个实施例中，硬质合金还包括mo，其量为从0.5重量％至20重量％，优选从0.8重量％至5重量％。硬质合金还能够包括硬质合金领域中常见的其它成分，例如ti、ta、nb、cr或v中一种或多种的碳化物、碳氮化物或氮化物。第一硬质合金主体是根据本领域中已知的传统方法制造的，即，通过提供形成硬质成分的粉末、形成粘结剂相的粉末和有机压制剂(例如peg)来制造。粉末与研磨液体混合。然后，对所形成的浆料进行研磨、干燥、压制和烧结，以形成第一烧结硬质合金主体。通过将w、w2c、mo或mo2c中的一种或多种添加到所述浆料来实现适当的亚化学计量碳值。通常，由于氧气的存在，在烧结期间会损失一些碳。在烧结过程中，氧气将与碳反应并作为co或co2离开，因此改变碳平衡，使得必须调整w、w2c、mo或mo2c中的一种或多种的添加量。在烧结期间精确地损失了多少碳取决于所用的原材料和生产技术，并且依靠本领域技术人员来调整w、w2c、mo或mo2c的添加量，使得实现所烧结的材料中的目标亚化学计量碳含量。形成硬质成分的粉末选自wc和硬质合金领域中常见的其它成分，例如ti、ta、nb、cr或v中一种或多种的碳化物、碳氮化物或氮化物。在本发明的一个实施例中，硬质合金刀片设置有耐磨pvd(物理气相沉积)涂层。在本发明的一个实施例中，硬质合金刀片设置有耐磨pvd涂层，该涂层合适地是选自al、si和周期表中的第4、5和6族的元素中的一种或多种的氮化物、氧化物、碳化物或它们的混合物。所述涂层还能够经受本领域中已知的附加处理，诸如刷涂、喷砂等。切削刀具在本文中是指刀片、立铣刀或钻头。在本发明的一个实施例中，切削刀具是刀片，优选是铣削刀片。在本发明的一个实施例中，硬质合金基底被用于铸铁、钢、钛合金的铣削。本发明还涉及一种切削刀具，该切削刀具包括根据上述方法制造的硬质合金基底。根据上述方法制造的切削刀具包括硬质合金基底，其包括wc和粘结剂相，该粘结剂相包括co、fe和ni中的一种或多种，其中该硬质合金还包括η相，该η相包括me12c和/或me6c碳化物，其中me是选自w、mo和粘结剂相金属中的一种或多种金属，其中硬质合金中的亚化学计量碳含量在-0.30重量％至-0.16重量％之间。对于粘结剂相为co的硬质合金基底，这种性质上的变化能够容易地通过矫顽力(hc)的变化来测量到。热处理将导致矫顽力(hc)的增加。在热处理之后测量到的矫顽力将比在热处理前测量到的矫顽力高至少1.5ka/m，优选地是高至少2.5ka/m。如果热处理的温度超过830℃，则矫顽力的影响将小得多，并且正面效应将因此减小。看到热处理的效果的另一种方式是测量硬质合金中的co(fcc)和co(hcp)的体积分数之间的比率。合适地是，在热处理之后的co(fcc)/co(hcp)的比率将低于80/20，优选是低于70/30。通过ebsd合适地测量出co(fcc)和co(hcp)。附图说明图1示出了根据本发明的硬质合金的lom图像，其在烧结主体中的亚化学计量碳含量为-0.17重量％。图2示出了硬质合金的lom图像，该硬质合金由碳含量比所要求保护的碳含量小的粉末制成，其亚化学计量碳含量为-0.35重量％。图3示出了硬质合金的lom图像，该硬质合金在烧结主体中的亚化学计量碳含量为-0.15重量％，即其碳含量比所要求保护的碳含量高。具体实施方式示例1制备了两种烧结基底。它们的组成如表1中所示。表1*材料中的co总量，即，所添加的钴粉的量。使用软件imagej通过图像分析来确定η相的量，该软件imagej使用设置“自动”。用于分析的图像是放大倍数为500倍和1000倍的lom图像，在每种放大倍数下进行两次测量，并且表2中的值是这些值的平均值。表中的值是来自对两幅图像执行的总共四次图像分析的平均值，其中对每幅图像进行两次测量。通过使用foersterinstruments公司的foersterkoerzimatcs1.096进行分析，使用标准diniec60404-7确定磁性-％钴。结果在表1中示出。通过首先由使用lecowc-600仪器测量总碳含量来计算所烧结的材料中的化学计量碳含量，对于该分析，样品在分析之前被压碎。值的准确度为±0.01重量％。通过使用panalyticalaxiosmaxadvanced仪器、利用xrf(x光荧光)来测量钴含量。通过从样品的总重量中减去钴和碳的量，获得了被用于计算得到的化学计量碳含量的钨含量，假设wc具有1:1的比率。通过从由lecowc-600仪器测量得到的总碳中减去化学计量碳含量，获得了亚化学计量碳含量。参照1旨在成为与发明1中的硬质合金相同的硬质合金，但是没有η相。发明1和参照1之间的钴含量不同的原因是，当形成η相时，由于co是该η相的一部分，所以co被消耗。这意味着，除非添加额外的钴来补偿，否则金属钴的量(即，在硬质合金中起粘结剂作用的钴的量)将小于所添加的量。对于基底1，7.4重量％的co是已经添加的co的总量，而基底1中的金属钴的量估计为约6重量％。示例2(热处理)基底1在650℃下经受2小时的热处理。然后，经热处理的基底1和未处理基底1连同参照1一起设置有在700℃下沉积的相同的pvd涂层。具有涂层的经热处理的基底在下文中被标注为发明1，具有涂层的未处理基底被标注为对照1，并且带涂层的参照1别标注为参照1。分析了在沉积之前和之后的矫顽力和磁性co％。结果在表2中示出。矫顽力根据iso3326测量。使用ebsd测量所有样品中的co(fcc)和co(hcp)。通过离子抛光制备样品，并将制备出来的样品安装在样品架上，并插入到扫描电子显微镜(sem)中。所述样品相对于水平面并朝向ebsd探测器倾斜70°。用于表征的sem是在15kv下操作的zeisssupra55vp，使用应用“高电流”模式的60μm物镜光圈，并在0.128托的sem腔室压力下以可变压力(vp)模式操作。所使用的ebsd探测器是oxfordinstruments公司的nordlysmax探测器。用于测量样品的参数(例如步长等)对于所有样品都是相同的。在降噪等方面，对于所有样品，所获得的数据也以相同的方式处理。结果能够在表2中示出。表2示例3(工作示例)在该测试(面铣测试)中，已经将根据本发明的带涂层的硬质合金与根据现有技术的三个刀片进行了比较，所述刀片全部都具有相同的几何形状。该测试已经在灰铸铁ss0125中；在潮湿条件下，以如下切削参数执行：刀具寿命标准是崩刃/裂纹到达0.30mm的深度。下面的走刀(passes)数目均是3次测试的平均值。对照1是以前已经用于这些类型的应用的刀片。结果能够见于表3中。表3刀具寿命(走刀的数目)发明128对照116参照110示例4为了研究热处理的持续时间的影响，使示例1、发明1中所公开的硬质合金基底在650℃下经受不同小时数的热处理。测量在热处理之前和之后的矫顽力，所述矫顽力中的差异用δhc标注。表4时间(小时)0.52481224δhc(ka/m)1.84.667.38.28.6如能够看出的那样，时间以如下方式影响矫顽力的变化，即：使得热处理时间越长，矫顽力的差异越大。当前第1页12