專利名稱：一種錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料及其制備方法和應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金材料，尤其涉及一種錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料及其制備方 法和應用。
背景技術(shù)：
鐵路被喻為國民經(jīng)濟的"動脈"，在整個國家的經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要 的作用，而作為鐵路的主要構(gòu)件鋼軌和道叉為了提高其使用年限和壽命大多由錳鋼
制造，有的含錳量甚至高達13%以上。眾所周知，錳鋼的一個顯著特點就是加工 硬化現(xiàn)象嚴重，這在使用時長壽命的優(yōu)良品質(zhì)，對制造廠家來說則是望而生畏的困 難。也是長期困擾刀具工程技術(shù)人員的難點所在。由于錳鋼傳熱慢，加工硬化嚴重， 導致機械加工時切削力大，溫升高，刀具前面磨損極快，尤其在銑削加工時，因為 周期性的熱疲勞和機械沖擊， 一般刀具使用壽命很短。據(jù)文獻資料，國內(nèi)外尚未見 專門針對錳鋼鋼軌，道叉加工的硬質(zhì)合金材料牌號，而目前國內(nèi)使用的YT， YW 類合金及進口 TN35M (德國維地亞)合金，均無法達到令人滿意的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了提供一種高效、長壽命的錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料 及其制備方法和應用。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料，其特征在于，該硬質(zhì)合金刀具材料含碳化 鈦6.5 20。/。wt，碳化鉭6.5 20%wt，鈷8 13。/。wt，余量為l 5u碳化鎢。
一種錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料的制備方法，其特征在于，將Ti02、 TaC、 WC、 C按要求的重量比進行配制，在干式球磨機中混合5小時，然后在220(TC 2300。C的溫度下，在碳管爐中碳化預制成WC-TiC-TaC三元固熔體，出爐破碎、球 磨、過篩，制成三元固熔體粉供配制合金使用；按固熔體粉20 30。/。wt，鈷粉6 13%wt，碳化鉤粉45 60。/。wt的比例配制合金，加入介質(zhì)丙酮5 20%wt，球磨72 小時，然后出料、蒸干、加入石蠟成型劑，烘干過篩，制得硬質(zhì)合金刀具材料。 所述的Ti02、 TaC、 WC、 C按4: 3: 3: 2的重量比進行配制。 所述的三元固熔體含碳化鈦20 40%wt，碳化鉭20 40%wt，碳化鎢25 45%wt。
所述的碳化鎢粉的粒度為1 5P 。
一種錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料的應用，其特征在于，將硬質(zhì)合金刀具材料 按(0.5-l)T/cm 2的壓制壓力成型，在真空爐中經(jīng)1400 150(TC保溫70分鐘燒結(jié)， 制得刀具材料燒結(jié)毛坯，再經(jīng)磨削刃磨處理得到硬質(zhì)合金刀具成品。
我們知道，在合金中添加碳化鈦(TiC)可改善刀具的抗前面磨損能力，但單 質(zhì)碳化鈦脆性較強，且化學性質(zhì)較為活潑，易吸附氧(O)，氮(N)等元素雜質(zhì)， 惡化合金的強度及抗沖擊，抗崩刃能力，所以總體效果并不理想。
碳化鉭(TaC)也有一定的抗前面磨損作用，但效果無碳化鈦明顯，且由于其 密度接近碳化鈦的三倍，要達到同樣效果，加入量需很大。而碳化鉭十分昂貴，大 比例使用碳化鉭并不現(xiàn)實。另外，碳化鉭還具有提高合金紅硬性的性質(zhì)。
碳化鎢(WC)是硬質(zhì)合金的基本硬質(zhì)相，其粒度從0.2y 20u，有很寬的 范圍， 一般來說，粒度越細，合金材料的硬度越高，耐磨性越好；但同樣由于粒度 越細，分散度越高，鈷層越薄，合金抗沖擊性能也就愈弱。所以合適、匹配的碳化 鉺粒度，對合金的綜合性能至關(guān)重要。
鈷(Co)是硬質(zhì)合金的粘結(jié)相，是構(gòu)成合金強度的主要支持元素，但過量的 粘結(jié)相會降低刀具的耐磨性能，影響壽命。
本發(fā)明采用碳化鈦(TiC): 20 40%，碳化鉭(TaC): 20 40%，碳化鎢(WC): 25 45%，預制成不飽和三元固熔體，在克服掉單質(zhì)碳化鈦(Ti02)脆性弱點的同 時，能自凈化自身吸附的氧(0)，氮(N)等雜質(zhì)元素，改善粘結(jié)金屬的潤濕性， 提高了合金的強度。
用上述預制的固熔體，再配以8 12%的黏結(jié)劑(Co)和1 5u粒度的余量碳 化鎢，制備成硬質(zhì)合金刀具，具有較高的抗熱疲勞和抗沖擊性能，同時具有較好的 抗前面磨損能力，耐用度與YW， YT類硬質(zhì)合金相比，可提高50 100%。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
實施例1
法國進口的GEISMAR公司制造的鋼軌整形機，配套采用的是世界著名硬質(zhì)合 金企業(yè)——德國Vidia的TN35M刀片，平均單刃修銑25m長的標準鋼軌15 20 根。
按比例為20% 40%wt的碳化鈦，20% 40%wt的碳化鉭，20% 40%wt的 碳化鎢。將碳化鎢、碳化鉭、二氧化鈦(鈦白粉)、碳黑混合物150kg在干式球磨機 里充分攪拌混合5小時，(球料比2: 1);出料裝舟后在碳管爐里進行碳化，碳化 溫度為225(TC，氫氣(H2)保護，推舟速度40min/舟，出爐冷卻、破碎、球磨、 過篩后即制得WC-TiC-TaC三元固熔體粉末。
按合金最終成分比例(重量)6.5 20%TiC; 6.5 20%TaC; 8 13%0).余量 WC(l 5u粒度)，將三元固熔體粉末、鈷粉、碳化鎢粉按三元固熔體粉末25。/owt， 鈷粉10n/。wt，碳化鉤粉5(P/。wt的比例配制合金，加入介質(zhì)丙酮15。/。wt，置入球磨 機(濕式)中混合球磨72小時，出料、蒸餾、烘干并摻入3 4%Wt的成型劑石 蠟，60目過篩后制得D16合金粉末。
用模具將D16合金粉末在壓機上成型(壓制壓力1T/cm2)，經(jīng)真空爐燒結(jié)(燒 結(jié)溫度1480'C，保溫70分鐘)，制得硬質(zhì)合金刀具毛坯，其性能指標如下
牌號 密度(g/cm3)硬度(HRA) 抗彎強度(MPa)孔隙度
D16 12.5 13 90.5 92.5 1600 2200 A02B00C00
經(jīng)磨削和刃磨處理，制得的D16牌號的鋼軌整形機刀具，平均單刃銑削25m 長標準鋼軌40根以上，壽命超過進口一倍。
實施例2
一種錳鋼加工用硬質(zhì)合金鋸齒，按合金最終成分(重量)6.5 20%TiC; 6.5 20%TaC; 8 13。/。Co.余量WC(1 5 "粒度)，將不飽和三元固熔體粉末、鈷粉、碳 化鎢粉按三元固熔體粉末30%wt，鈷粉6。/。wt，碳化鎢粉59。/。wt的比例配制合金， 加入介質(zhì)丙酮5n/。wt，置入球磨機(濕式)中混合球磨72小時，出料、蒸餾、烘 干并摻入石蠟成型劑。在壓機上用模具成型，經(jīng)燒結(jié)(真空爐，143(TC，保溫50 分鐘)，制得鋸齒毛坯，其性能指標如下牌號 密度(g/cm3)硬度(HRA) 抗彎強度(MPa)孔隙度 五#合金 12.0 13.089.0 92.0 1600 2500 A02B00C00
經(jīng)焊接，刃磨，使用壽命與進口相當。 實施例3
一種加工錳鋼硬質(zhì)合金銑刀
按比例為30% 35%wt的碳化鈦，30 40%wt的碳化鉭，25 45%wt的碳化 鎢。將碳化鎢、碳化鉭、二氧化鈦(鈦白粉)、碳黑混合物在干式球磨機里充分攪 拌，混合5小時(球料比2: 1);出料裝舟后在碳管爐里進行碳化，碳化溫度為2250 'C，氫氣保護，推舟速度40分鐘/舟，出爐冷卻，破碎、球磨、過篩后即得WC-TiC-TaC 固熔體。
按合金最終成分比例(重量)8 25%TiC， 8 25%TaC， 9 13%Co，余量 WC (l 5u),將三元固熔體粉末、鈷粉、碳化鎢粉按三元固熔體粉末20%wt， 鈷粉13。/。wt，碳化鎢粉47。/。wt的比例配制合金，加入介質(zhì)丙酮20。/。wt，置入球磨 機(濕式)中混合球磨72小時，出料、蒸餾、烘干并摻入成型劑石蠟，過篩后制 得D20合金粉末，用模具將D20合金粉末經(jīng)壓機上成型(壓制壓力1T/cm2)，真 空燒結(jié)(燒結(jié)溫度1460°C，保溫70分鐘)，制得硬質(zhì)合金刀具毛坯，其性能指標 如下
牌號 密度(g/cm3)硬度(HRA) 抗彎強度(MPa)孔隙度 D20 12.0 13.0 90 92.0 1600 2300 A02B00C00
經(jīng)磨削和刃磨處理，制得D20牌號的高錳鋼轍叉的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位銑刀。
權(quán)利要求
1. 一種錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料，其特征在于，該硬質(zhì)合金刀具材料含碳化鈦6.5～20％wt，碳化鉭6.5～20％wt，鈷8～13％wt，余量為1～5μ碳化鎢。
2. —種權(quán)利要求1所述錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料的制備方法，其特征在 于，將Ti02、 TaC、 WC、 C按要求的重量比進行配制，在干式球磨機中混合5小 時，然后在2200。C 230(TC的溫度下，在碳管爐中碳化預制成WC-TiC-TaC三元 固熔體，出爐破碎、球磨、過篩，制成三元固熔體粉供配制合金使用；按固熔體粉 20 30%wt，鈷粉6 13。/。wt，碳化鎢粉45 60。/。wt的比例配制合金，加入介質(zhì)丙 酮5 20%wt，球磨72小時，然后出料、蒸干、加入石蠟成型劑，烘干過篩，制 得硬質(zhì)合金刀具材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料的制備方法，其特征 在于，所述的Ti02、 TaC、 WC、 C按4: 3: 3: 2的重量比進行配制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料的制備方法，其特征 在于，所述的三元固熔體含碳化鈦20 40%wt，碳化鉭20 40。/。wt，碳化鎢25 45%wt。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料的制備方法，其特征 在于，所述的碳化鎢粉的粒度為l 5y。
6. —種權(quán)利要求l所述錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料的應用，其特征在于， 將硬質(zhì)合金刀具材料按(0.5-l)T/cmS的壓制壓力成型，在真空爐中經(jīng)1400 150(TC保溫70分鐘燒結(jié)，制得刀具材料燒結(jié)毛坯，再經(jīng)磨削刃磨處理得到硬質(zhì)合金刀具成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錳鋼加工用硬質(zhì)合金刀具材料及其制備方法和應用，該硬質(zhì)合金刀具材料含碳化鈦6.5～20％wt，碳化鉭6.5～20％wt，鈷8～13％wt，余量為1～5μ碳化鎢。與現(xiàn)有刀具材料相比，本發(fā)明具有較高的抗熱疲勞和抗沖擊性能，同時具有較好的抗前面磨損能力，在加工錳鋼鋼軌道叉時，具有較高的壽命，與YW、YT類合金相比，耐用度可提高50～100％。
文檔編號B22F3/12GK101435048SQ20081020442
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者劉瑩華, 杜玉國, 林春芳, 王云岫 申請人:上海材料研究所