一种硬质合金分切刀具用材料及其制备方法与流程

本发明涉及硬质合金分切刀具用材料领域，具体是涉及一种硬质合金分切刀具用材料及其制备方法。

背景技术

随着工业技术的快速发展，硬质合金工具材料快速深入到工业生产的方方面面，逐步替代了原始的高速钢材料，并表现出了无可比拟的优异性能。为了迎合纸加工业刀具，传统的分切刀具材料由高速钢材料转为硬质合金材料。硬质合金主要成分是碳化钨(wc)，一般采用钴做粘接相，采用粉末冶金方法生产，具有很高的耐磨性和强度。它的高耐磨性使其使用寿命提高了10～30倍，大大的提高了生产效益，减少了浪费，降低了生产成本，得到了行业的认可。但还是有一些致命缺陷，用颗粒细的原料做，虽然耐磨性好，但韧性差；用粗的原料做，虽然强度、韧性可以，但刀口钝、切削阻力大、易产生高温，影响切削质量和刀具寿命。

钨钴是硬质合金中使用最广泛的一类，是由碳化钨和金属钴组成的硬质合金，通常抗弯强度和断裂韧性随钴含量的增加而提高，而硬度下降。针对客户所用的机床精度低、跳动大的问题，现有合金领域制备硬质合金材料的原料都采用偏粗的高钴合金(钴的含量为10％～20％)，压制成型使用橡胶方法烧结，制成的硬质合金材料的性能一般是密度d＝14左右、钴磁com＝11左右、硬度hra＝86左右、磁力he＝10左右、强度trs＝2800左右。由于硬质合金材料原料颗粒越粗刀口越钝、切削阻力越大、刀口易发热，影响切削质量和刀具寿命；钴含量越高硬度越低、耐磨性越差。因此由高钴合金制备的硬质合金刀口不锋利、硬度低、使用寿命短，从而导致工作过程中修刀、换刀的频率高，影响工作效率，造成大量人力物力的严重浪费。

中国专利申请(申请号201310270044.1，公开号为cn103305741a)公开了一种硬质合金、硬质合金刀杆及其制造方法。硬质合金材料选用wc80～90质量份，钴10～20质量份，碳化钽0.15～0.5质量份，碳化铬0.2～0.4质量份，碳化钒0.1～0.3质量份，成型剂选用油酸、四氢萘和乙基纤维素的混合物。wc的粒度为1.0～1.2μm。但是该方法由于采用1.0um～1.2um的细颗粒碳化钨，制备得到的硬质合金在使用时刀口容易崩裂。也有技术人员尝试用粗颗粒和细颗粒碳化钨掺配，但很容易造成碳化钨聚积，晶粒长大、夹粗的缺陷，因此现有技术中分切刀具的硬质合金材料，都是选用的4.0um～5.0um的碳化钨为主要合金原料，虽然崩口的问题得到了有效改善，但刀口不锋利、切削阻力大、硬度低、不耐磨。

中国专利申请(申请号201310485442.5，公开号cn103540823a)公开了一种硬质合金。该硬质合金包括金属碳化物粉末和金属粘结剂组成的硬质合金基体，还包括涂层，其中金属碳化物粉末选用各组分质量百分比为碳化钨40～50％、碳化铬3～8％、碳化钛5～9％、碳化钒5～10％、碳化铌2～5％、碳化钽6～11％，金属粘结剂选用钴，其质量百分比为12～18％，涂层选用金刚石cvo涂层。优选wc粒度为0.1～0.4μm，其他金属碳化物粒度为0.1～0.8um。但该方法的缺点在于生产成本非常高：一是，原料中碳化铌、碳化钽都是价格非常昂贵的稀有金属，1公斤碳化钽的价值相当于10公斤碳化钨的价值；二是，涂层技术要求高、设备贵，一台涂层设备耗资上千万，不能广泛应用于一般企业。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中硬质合金分切刀的刀口钝、耐磨性差，或者刀口锋利但韧性差，严重影响切削质量和刀具使用寿命、造成资源浪费的问题。

为了解决上述技术问题，发明人经过不断创新和改进得出本发明的技术方案，本发明公开了一种硬质合金分切刀具用材料，其组分包括锌熔棒材和球形钴粉，所述锌熔棒材含有晶粒长大抑制剂，所述锌熔棒材质量占比为95％～98％，所述球形钴粉质量占比为2％～5％。

进一步的，所述锌熔棒材为包括碳化钨、钴和的晶粒长大抑制剂的合金，其中碳化钨质量占比为89.0％～90.3％、钴质量占比为9.5％～10.5％、晶粒长大抑制剂质量占比为0.2％～0.5％。

进一步的，所述晶粒长大抑制剂为碳化铬。

进一步的，所述晶粒长大抑制剂还包括碳化钽和/或碳化钒。

进一步的，所述锌熔棒材的粒度为0.8～1.0um；所述球形钴粉的粒度为1.0～2.0um。

进一步的，所述球形钴粉的粒度为1.0um。

本发明还公开了一种硬质合金分切刀具用材料的制备方法，包括以下步骤：

a.混合、湿磨

a1.将研磨棒球、锌熔棒材和球形钴粉分别倒入湿磨机混合，所述研磨棒球与锌熔棒材和球形钴粉混合料的质量比例为4～5:1；

a2.加入浓度≥98％的乙醇、同时加入石蜡或橡胶作为研磨介质加入湿磨机；

a3.湿磨得到湿磨料浆，时间为36～60h；

b.初步过筛、干燥、二次过筛

b1.初步过筛：利用400目不锈钢筛网过筛湿磨料浆得到初筛浆料；

b2.干燥：通过真空干燥机将初筛浆料干燥得到干燥料；

b3.在干燥料中加入质量比为1.8％～2.4％的石蜡橡胶作为成型剂；

b4.利用50目～70目不锈钢筛网擦筛b3的混合物得到料粒；

c.压制：将b4中料粒压制成压型料；

d.烧结：在烧结炉中将步骤c中压型料烧结，温度为1410～1460℃，保温50～90min；

e.冷却：将步骤d得到的烧结料冷却至室温出炉即得。

进一步的，步骤a1中质量比为4.21:1；a2中石蜡为56#石蜡或58#石蜡。

进一步的，所述步骤b2中干燥步骤包括：抽真空、搅拌、干燥：

先抽真空，然后送热水加热，热水温度控制在90℃，加热4h后；

再开动双z搅拌，搅拌速度控制在≤8r/min，

再加热4h，达到最高真空度60～80min后，冷却到40～50℃；

在干燥过程中或干燥完成后加入硬质合金成型剂，所述硬质合金成型剂与步骤a1中锌熔棒材原料的质量比为1.8～2.4:100。

进一步的，步骤e为急速冷却真空退火，在真空退火炉内，将步骤d得到的烧结料的温度调整至1300～1350℃，在真空状态下，烧结料从真空退火炉转至冷却室，在30～40min内急速降至室温。

与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：

(1)用本发明制作硬质合金分切刀具既有较好的韧性又有锋锐的刃口，在比较恶劣的生产环境下确保良好的切削效果和超强的使用寿命，并且随着原生料碳化钨和钴粉因为成本的不断上涨，给企业增加的制造成本也不断上涨，使用锌熔棒材料，既保证了材质品质的稳定性，又能有效降低企业的制造成本，经过客户的长期使用，完全能够取代原生料制造的产品。

(2)本发明的原材料中锌熔棒材的粒度为0.8～1.0um的细颗粒，既能确保刀口锋锐切削阻力小，又有效的改变了合金崩口时的撕裂曲线，增强了韧性，同时很好的避免了机床跳动时刀口容易崩裂的问题，从而确保了在较恶劣环境下刀具的优良切削效果和超强的使用寿命；大大的提高了切削效率和切削质量，减少了材料的严重浪费，增强了市场竞争力；

(3)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料，粒度为0.8～1.0um的碳化钨经实验验证制得的硬质合金分切刀具用的材料的效果最好，各项性能指标良好；

(4)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料，碳化钨的粒度分别优选0.8～1.0um，所制得的硬质合金分切刀具用的材料的效果最好，各项性能指标良好；

(5)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料，选用球形钴粉的粒度为1.0～2.0um，因钴粉越细在合金中的分散性越好，又由于原材料主要成分是粒度为0.8～1.0um的碳化钨，是细颗粒，钴粉越细、两者接触面积也就越大、合金韧性越好，从而保证了硬质合金的韧度，同时制作钴粉的成本更低，球形钴粉的粒度为1.0um的效果最佳；

(6)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料，细颗粒锌熔棒材内含一定比例的碳化铬、碳化钽、谈话钒主要起抑制碳化钨晶粒长大的作用，颗粒越细抑制作用越好，同时制作钴粉的成本相较而言比较适宜；

(7)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料内含晶粒长大抑制剂的粒度为1.0um，抑制碳化钨晶粒长大的效果最好，克服了碳化钨聚积、晶粒长大、夹粗的缺陷；

(8)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料的制备方法中，步骤a2中乙醇和石蜡的加入：乙醇是湿磨研磨剂，为了湿磨各组分能更均匀地混合；石蜡是成形剂，为了压制过程顺利成型，不会破裂；步骤a2中质量比为4.21:1；a2中石蜡为56#石蜡或58#石蜡为最优选方案，熔点更高，纯度更好；

(9)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料的制备方法中，步骤b3中在干燥料中加入质量比为1.8％～2.4％的石蜡橡胶作为成型剂；

(10)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料的制备方法中，步骤b2中干燥步骤包括：抽真空、搅拌、干燥的好处是：能把乙醇研磨剂去除掉，方便粉料压制；

(11)本发明的一种硬质合金分切刀具用材料的制备方法中，步骤e为急速冷却真空退火的好处是：提升产品的断裂韧性和增加耐磨性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例1

一种硬质合金分切刀具用材料，组分包括锌熔棒材和球形钴粉，锌熔棒材含有晶粒长大抑制剂，锌熔棒材质量占比为95％～98％，球形钴粉质量占比为2％～5％。

锌熔棒材为包括碳化钨、钴和的晶粒长大抑制剂的合金，其中碳化钨质量占比为89.0％～90.3％、钴质量占比为9.5％～10.5％、晶粒长大抑制剂质量占比为0.2％～0.5％。

晶粒长大抑制剂为碳化铬，另一种晶粒长大抑制剂还包括碳化钽和/或碳化钒；锌熔棒材的粒度为0.8～1.0um；球形钴粉的粒度为1.0～2.0um；球形钴粉的最佳粒度为1.0um

本实施例包含这种硬质合金分切刀具用材料的制备方法，包括以下步骤：

a.混合、湿磨

a1.将研磨棒球、锌熔棒材和球形钴粉分别倒入湿磨机混合，研磨棒球与锌熔棒材和球形钴粉混合料的质量比例为4～5:1；

a2.加入浓度≥98％的乙醇、同时加入石蜡或橡胶作为研磨介质加入湿磨机；

a3.湿磨得到湿磨料浆，时间为36～60h；

b.初步过筛、干燥、二次过筛

b1.初步过筛：利用400目不锈钢筛网过筛湿磨料浆得到初筛浆料；

b2.干燥：通过真空干燥机将初筛浆料干燥得到干燥料；

b3.在干燥料中加入质量比为1.8％～2.4％的石蜡橡胶作为成型剂；

b4.利用50目～70目不锈钢筛网擦筛b3的混合物得到料粒；

c.压制：将b4中料粒压制成压型料；

d.烧结：在烧结炉中将步骤c中压型料烧结，温度为1410～1460℃，保温50～90min；

e.冷却：将步骤d得到的烧结料冷却至室温出炉即得。

其中：步骤a1中质量比为4.21:1为最优选择；a2中石蜡为56#石蜡或58#石蜡；步骤b2中干燥步骤包括：抽真空、搅拌、干燥：

先抽真空，然后送热水加热，热水温度控制在90℃，加热4h后；

再开动双z搅拌，搅拌速度控制在≤8r/min，

再加热4h，达到最高真空度60～80min后，冷却到40～50℃；

在干燥过程中或干燥完成后加入硬质合金成型剂，硬质合金成型剂与步骤a1中锌熔棒材原料的质量比为1.8～2.4:100；步骤e可以是常温冷却退火，最优的事急速冷却真空退火，在真空退火炉内，将步骤d得到的烧结料的温度调整至1300～1350℃，在真空状态下，烧结料从真空退火炉转至冷却室，在30～40min内急速降至室温。

实施例2

本实施例的一种硬质合金分切刀具用的材料，其组分包0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料和球形钴粉，其中细颗粒锌熔棒材料粒度为0.8～1.0um，球形钴粉的粒径为1.0um；粒度为0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料和球形钴粉的质量比为95:5。

如图1所示，本实施例的一种硬质合金分切刀具用的材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)选用规格直径分别为10.5cm、9.5cm、8.5cm、7.3cm、5.5cm，高度相应为17cm、16.7cm、16.3cm、15.6cm、14.4cm，质量比例相应为3％、33％、32.5％、16％、15.5％的研磨棒球1350kg，加入到湖南湘潭高昇粉末设备有限公司制造的300l可倾湿磨机。

(2)选用粒度为0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料，1.0um的球形钴粉，按照质量比为95:5的比例配成270kg的原料投入步骤(1)所述的湿磨机进行混合。

(3)将浓度≥98％的乙醇作为研磨介质直接加入步骤(2)中所述湿磨机，乙醇的体积为66l。

(4)湿磨经上述步骤处理所得的混合料。

(5)选择400目不锈钢筛网过筛湿磨料浆。

(6)将经步骤(5)处理的料浆装入湖南湘潭高昇粉末设备有限公司制造的300l双z真空干燥机，该干燥机使用双z混合、真空、乙醇回收、热水干燥系统；先抽真空，然后送热水加热，热水温度控制在90℃，加热4h后，开动双z搅拌，搅拌速度控制在≤8r/min，再加热4h，达到最高真空度60～80min后，冷却到40～50℃。干燥完成后加入橡胶5.4kg作为成型剂。

(7)干燥完成后，用50目筛网擦筛，得到满足我们压制圆盘切刀要求的料粒。

(8)将步骤(7)所述的料粒压制成型，压制成20*6.5*5.25标准样条，在普通真空烧结一体炉烧结到1460℃，保温50min，真空退火处理并冷却至室温出炉即得硬质合金材料。

出炉后将试样进行测试的结果是：密度：d＝14.25，钴磁：com＝11.5，硬度：hra＝90.5，磁力：he＝17.5，强度：trs＝2800。

实施例3

本实施例的一种硬质合金分切刀具用的材料，其组分包括0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料和球形钴粉，其中细颗粒锌熔棒材料粒度为0.8～1.0um，球形钴粉的粒径为1.0um，碳化铬的粒径为1.0um；粒度为0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料和球形钴粉质量比为98:2。

本实施例的一种硬质合金分切刀具用的材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)选用规格直径为5.5cm，高度为14.4cm的研磨棒球1200kg，加入到湖南湘潭高昇粉末设备有限公司制造的300l可倾湿磨机。

(2)选用粒度为0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料和粒度为1.0um的球形钴粉按照质量比为98:2的比例配成270kg的原料投入步骤(1)所述的湿磨机进行混合。

(3)将浓度≥98％的乙醇作为研磨介质直接加入步骤(2)中所述湿磨机，乙醇的体积为66l。

(4)湿磨经上述步骤处理所得的混合料。

(5)选择400目不锈钢筛网过筛湿磨料浆。

(6)将经步骤(5)处理的料浆装入湖南湘潭高昇粉末设备有限公司的300l双z真空干燥机，该干燥机使用双z混合、真空、乙醇回收、热水干燥系统；先抽真空，然后送热水加热，热水温度控制在90℃，加热4h后，开动双z搅拌，搅拌速度控制在≤8r/min，再加热4h，达到最高真空度60～80min后，冷却到40～50℃。干燥完成后加入橡胶6kg作为成型剂。

(7)干燥完成后，用50目筛网擦筛，得到满足我们压制圆盘切刀要求的料粒。

(8)将步骤(7)所述的料粒压制成型，压制成20*6.5*5.25标准样条，在普通真空烧结一体炉烧结到1460℃，保温50min，冷却至室温后即得硬质合金材料。

出炉后将试样进行测试的结果是：密度：d＝14.15，钴磁：com＝10.5，硬度：hra＝91，磁力：he＝18.5，强度：trs＝3000。

实施例4

本实施例的一种硬质合金分切刀具用的材料，其组分纯0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料，其中细颗粒锌熔棒材料粒度为0.8～1.0um，钴含量为10％；粒度为0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料质量为100％。

如图1所示，本实施例的一种硬质合金分切刀具用的材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)选用规格直径为5.5cm，高度为14.4cm的研磨棒球1200kg，加入到湖南湘潭高昇粉末设备有限公司制造的300l可倾湿磨机。

(2)选用粒度为0.8～1.0um的细颗粒锌熔棒材料和1.0球形钴粉按照质量比为98:2的比例配成270kg的原料投入步骤(1)所述的湿磨机进行混合。

(3)将浓度≥98％的乙醇作为研磨介质直接加入步骤(2)中所述湿磨机，乙醇的体积为66l。

(4)湿磨经上述步骤处理所得的混合料。

(5)选择400目不锈钢筛网过筛湿磨料浆。

(6)将经步骤(5)处理的料浆装入湖南湘潭高昇粉末设备有限公司的300l双z真空干燥机，该干燥机使用双z混合、真空、乙醇回收、热水干燥系统；先抽真空，然后送热水加热，热水温度控制在95℃，加热4h后，开动双z搅拌，搅拌速度控制在≤8r/min，再加热6h，达到最高真空度60～80min后，冷却到40～50℃。干燥完成后加入橡胶6.6kg作为成型剂。

(7)干燥完成后，用70目筛网擦筛，得到满足我们压制圆盘切刀要求的料粒。

(8)将步骤(7)所述的料粒压制成型，压制成20*6.5*5.25标准样条，在普通真空烧结一体炉烧结到1460℃，保温70min，冷却至室温出炉即得硬质合金材料。

出炉后将试样进行测试的结果是：密度：d＝14.35，钴磁：com＝9.8，硬度：hra＝91.8，磁力：he＝20.6，强度：trs＝2600。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。