一种切削加工用硬质合金棒材的生产工艺的制作方法

本发明涉及一种新材料的生产工艺，具体是一种用于粉末冶金钢、模具钢切削加工的超细晶高性能硬质合金棒材的生产工艺。

背景技术：

粉末冶金钢、模具钢主要用来制造冷冲模、热锻模和压铸模等模具，广泛应用于机械制造、无线电仪表、电机、电器等工业部门中制造零件的主要加工工具，但由于其硬度高(hrc45-60)，加工难度大，在加工过程中对刀具的损耗大等特点，使其应用受到一定的限制。

本发明旨在针对粉末冶金钢、模具钢加工难度高的特点研发一款新型的硬质合金切削刀具基体材料——超细晶高性能硬质合金棒材，以解决上述问题，提高刀具的使用寿命，提高材料的加工效率，提高加工精度，降低成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种切削加工用硬质合金棒材的生产工艺，使粉末冶金钢、模具钢的切削加工变得可行、高效，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种切削加工用硬质合金棒材的生产工艺，包括以下步骤：

1)配方设计：配方原料包括超细碳化钨粉含量87.0％-88.5％、超细钴粉含量10.8％-12.5％、碳化铬含量0.3％-0.6％、碳化钽含量0.1％-0.4％、碳化钒含量0.1％-0.4％；

2)辅助材料：辅助材料包括石蜡和酒精；

3)湿磨制粉：按照配方要求准确称重2.0％-3.0％的石蜡融化后加入到600l可倾式滚筒球磨机中进行预磨，准确称重所需要的合格步骤1)原材料放入球磨机中，配料重量为500-550kg/批，按0.20-0.40l/kg的比例加入酒精，按照设备操作规程启动球磨机进行球磨，球磨时间为55-72小时；

4)干燥制粒：将上述步骤3)所得到的料浆用325目振动湿筛进行过筛，过筛后的料浆盛入到料浆搅拌槽内，采用喷雾干燥设备对料浆进行干燥制粒，干燥后的混合料粉末为球形，平均粒度为80-100微米；

5)压制成型：将上述步骤4)所得到的混合料进行压制成型；

6)坯料修整：将上述步骤5)所得到的压坯进行修整；

7)压力烧结：将上述步骤6)所得的坯料进行压力烧结，采用脱脂加压烧结一体炉，总脱蜡时间控制在10-15小时，最终烧结温度为1400-1440℃，并加压6-9mpa，保压时间30-60分钟，冷却、出炉后喷砂；

8)性能检测：将上述步骤7)所得到的烧结毛坯进行性能检测，包括密度、钴磁、磁力、硬度、强度和金相。

作为本发明进一步的方案：在步骤1)中，原料要求为：碳化钨的晶粒度0.4-0.6微米，bet为2.2-2.5；钴粉粒度为0.75-0.85微米；碳化铬粒度为0.8-1.0微米；碳化钽粒度为0.8-1.0微米；碳化钒粒度为0.8-1.0微米。

作为本发明进一步的方案：在步骤2)中，石蜡为56-58号全精炼石蜡；酒精采用的是高纯工业酒精，纯度为99.50％以上。

作为本发明进一步的方案：在步骤5)中，采用干袋式等静压机、聚氨酯模具进行压制成型，压缩比为1.35-1.65，收缩系数为1.25-1.30，压制压力为90-120mpa，压制产品的直径为1.0-40毫米，长度为300-350毫米。

作为本发明进一步的方案：在步骤6)中，采用立轴车床和端面修整机对压坯进行径向和端面修整，径向修整量为1.5-2.5毫米，端面修整量为5-15毫米。

作为本发明进一步的方案：在步骤8)中，具体检测性能指标为：密度14.10-14.40g/cm³，钴磁75％-90％，磁力24.2-28.8ka/m，硬度hra92.2-92.8，抗弯强度3600-4500n/mm²，金相a02b00c00以内，合金晶粒度0.5-0.6微米。

所述的切削加工用硬质合金棒材的生产工艺在粉末冶金钢生产加工中的用途。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明工艺制备的超细晶高性能硬质合金棒材具有以下特点：高硬度、高强度和高稳定性，适用于硬度较高、加工难度较大的粉末冶金钢以及模具钢的切削粗精加工。

附图说明

图1为本发明中原材料超细钴粉末的扫描电镜照片。

图2为本发明中超细晶硬质合金1500倍的金相照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所要解决的问题是针对粉末冶金钢、模具钢的难加工的问题提供一种高硬度、高强度和高稳定性的用于粉末冶金钢、模具钢切削粗精加工的硬质合金棒材的生产工艺方法，主要包括原料的选择、配方的设计和优化、混合料的改善、全系列棒材等静压的工艺研究和脱脂加压一体烧结的控制等，最终完成满足加工使用性能的超细晶高性能硬质合金棒材的生产。

一种用于粉末冶金钢、模具钢切削加工的超细晶高性能硬质合金棒材的生产工艺，包括以下步骤：

1)配方设计：本发明所设计的配方包括超细碳化钨粉含量87.0％-88.5％、超细钴粉含量10.8％-12.5％、碳化铬含量0.3％-0.6％、碳化钽含量0.1％-0.4％、碳化钒含量0.1％-0.4％；

2)原料要求：本发明所采用的原料包括碳化钨的晶粒度0.4-0.6微米，bet为2.2-2.5，钴粉粒度为0.75-0.85微米，碳化铬粒度为0.8-1.0微米，碳化钽粒度为0.8-1.0微米，碳化钒粒度为0.8-1.0微米；

3)辅助材料：本发明使用的辅助材料包括石蜡和酒精，其中石蜡为56-58号全精炼石蜡，酒精采用的是高纯工业酒精，纯度达到99.50％以上；

4)湿磨制粉：按照配方要求准确称重2.0％-3.0％的石蜡融化后加入到600l可倾式滚筒球磨机中进行预磨，准确称重所需要的合格原材料放入球磨机中，配料重量为500-550kg/批，按0.20-0.40l/kg的比例加入酒精，按照设备操作规程启动球磨机进行球磨，球磨时间为55-72小时；

5)干燥制粒：将上述步骤4)所得到的料浆用325目振动湿筛进行过筛，过筛后的料浆盛入到料浆搅拌槽内，采用喷雾干燥设备对料浆进行干燥制粒，干燥后的混合料粉末为球形，平均粒度为80-100微米；

6)压制成型：将上述步骤5)所得到的混合料进行压制成型，采用干袋式等静压机、聚氨酯模具进行压制成型，压缩比为1.35-1.65，收缩系数为1.25-1.30，压制压力为90-120mpa，压制产品的直径为1.0-40毫米，长度300-350毫米；

7)坯料修整：将上述步骤6)所得到的压坯进行修整，采用立轴车床和端面修整机对压坯进行径向和端面修整，径向修整量为1.5-2.5毫米，端面修整量为5-15毫米；

8)压力烧结：将上述步骤7)所得的坯料进行压力烧结，采用脱脂加压烧结一体炉，根据产品尺寸大小制定脱蜡工艺，总脱蜡时间控制在10-15小时，最终烧结温度为1400-1440℃，并加压6-9mpa，保压时间30-60分钟，冷却、出炉后喷砂；

9)性能检测：将上述步骤8)所得到的烧结毛坯进行性能检测，包括密度、钴磁、磁力、硬度、强度和金相等，具体性能指标为密度14.10-14.40g/cm³，钴磁控制在75％-90％，磁力24.2-28.8ka/m，硬度hra92.2-92.8，抗弯强度3600-4500n/mm²，金相a02b00c00以内，合金晶粒度0.5-0.6微米。

实施例1

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种切削加工用硬质合金棒材的生产工艺，包括以下步骤：

1)本发明所设计的配方包括超细碳化钨粉含量87.45％、超细钴粉含量11.8％、碳化铬含量0.4％、碳化钽含量0.2％、碳化钒含量0.15％；

2)选择原料的粒度为：wc的bet为2.44，钴粉粒度为0.83微米，58号全精炼石蜡，加量2.35％，配料重量500kg，球磨时间65小时，卸料并进行喷雾干燥，生产出该牌号硬质合金混合料；

3)选用φ4*330和φ8*330的模具将上述混合料在干袋式等静压设备上进行压制成型，压缩比1.53，收缩系数1.266，对压坯进行外径加工和端面加工，生产出该牌号硬质合金的压制压坯；

4)将上述的压制压坯在脱脂加压一体烧结炉上进行烧结，脱蜡时间为11小时，烧结温度为1420℃，保温60分钟，加压8mpa，保压30分钟随炉冷却，生产出硬质合金棒材毛坯；

5)将上述硬质合金棒材毛坯取样检测，检测结果(平均值)为密度14.27g/cm³、钴磁82.6％、磁力26.3ka/m、硬度hra92.6、强度3920n/mm²和金相a02b00c00。

实施例2

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种切削加工用硬质合金棒材的生产工艺，包括以下步骤：

1)本发明所设计的配方包括超细碳化钨粉含量87.60％、超细钴粉含量11.5％、碳化铬含量0.5％、碳化钽含量0.2％、碳化钒含量0.2％；

2)选择原料的粒度为：wc的bet2.27，钴粉粒度为0.79微米，58号全精炼石蜡，加量2.5％，配料重量500kg，球磨时间60小时，卸料并进行喷雾干燥，生产出该牌号硬质合金混合料；

3)选用φ14*330和φ22*330的模具将上述混合料在干袋式等静压设备上进行压制成型，压缩比1.55，收缩系数1.262，对压坯进行外径加工和端面加工，生产出该牌号硬质合金的压制压坯；

4)将上述的压制压坯在脱脂加压一体烧结炉上进行烧结，脱蜡时间为14.5小时，烧结温度为1420℃，保温60分钟，加压8mpa，保压30分钟随炉冷却，生产出硬质合金棒材毛坯；

5)将上述硬质合金棒材毛坯取样检测，检测结果(平均值)为密度14.23g/cm³、钴磁86.3％、磁力25.8ka/m、硬度hra92.3、强度3880n/mm²和金相a02b00c00。

实施例3

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种切削加工用硬质合金棒材的生产工艺，包括以下步骤：

1)本发明所设计的配方包括超细碳化钨粉含量87.80％、超细钴粉含量11.3％、碳化铬含量0.5％、碳化钽含量0.2％、碳化钒含量0.2％；

2)选择原料的粒度为：wc的bet2.31，钴粉粒度为0.82微米，57号全精炼石蜡，加量2.6％，配料重量520kg，球磨时间62小时，卸料并进行喷雾干燥，生产出该牌号硬质合金混合料；

3)选用φ14*330和φ22*330的模具将上述混合料在干袋式等静压设备上进行压制成型，压缩比1.60，收缩系数1.275，对压坯进行外径加工和端面加工，生产出该牌号硬质合金的压制压坯；

4)将上述的压制压坯在脱脂加压一体烧结炉上进行烧结，脱蜡时间为15小时，烧结温度为1430℃，保温55分钟，加压9mpa，保压35分钟随炉冷却，生产出硬质合金棒材毛坯；

5)将上述硬质合金棒材毛坯取样检测，检测结果(平均值)为密度14.35g/cm³、钴磁85.8％、磁力26.8ka/m、硬度hra92.5、强度4100n/mm²和金相a02b00c00。

采用本发明工艺制备的超细晶高性能硬质合金棒材具有以下特点：高硬度、高强度和高稳定性，适用于硬度较高、加工难度较大的粉末冶金钢以及模具钢的切削粗精加工。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。