專(zhuān)利名稱(chēng)：包括含鈷－鎳－鐵粘結(jié)劑的金屬陶瓷的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具的制作方法
背景本發(fā)明涉及例如鉆頭、立銑刀、絲錐、三角鑿、錐口鉆、滾銑刀或鉸刀之類(lèi)的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，此類(lèi)工具在一端包含一個(gè)用以同機(jī)床固定(例如通過(guò)卡盤(pán))的刀柄，在另一端包含一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的刀體，刀體選擇性地開(kāi)有凹槽。該細(xì)長(zhǎng)刀體可包含多個(gè)切削刃，例如在第一個(gè)后刀面與前刀面連接處的第一切削刃，它有時(shí)形式并過(guò)渡到容屑槽的至少一部分，和在第二后刀面與前刀面的連接處的第二切削刃，它從第一個(gè)切削刃經(jīng)它們共有的棱延伸而成。該細(xì)長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)工具用于對(duì)工件材料進(jìn)行機(jī)械加工。例如，對(duì)于鉆頭這樣的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其典型用途是在工件材料上鉆通孔和盲孔，例如對(duì)于立銑刀這樣的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其典型用途是銑削工件材料。
大多數(shù)情況下當(dāng)工具由金屬陶瓷制成時(shí)，細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具包含碳化鎢金屬陶瓷(WC-金屬陶瓷)，也稱(chēng)作鈷結(jié)碳化鎢硬質(zhì)合金或WC-Co，此處，鈷粘結(jié)劑(Co-粘結(jié)劑)將碳化鎢顆粒粘合在一起。盡管WC-金屬陶瓷作為細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具已取得良好的效果，但仍存在一些不足之處。
一個(gè)不足之處是高達(dá)約45％的世界主要鈷產(chǎn)量來(lái)自于政治不穩(wěn)定地區(qū)(如過(guò)去十年中經(jīng)歷過(guò)武裝革命或和平革命以及仍將會(huì)經(jīng)受進(jìn)一步革命的政治地區(qū))。每年世界主要鈷市場(chǎng)的約15％用于制造包括WC-金屬陶瓷在內(nèi)的硬質(zhì)材料，每年世界主要鈷市場(chǎng)的約26％用于制造開(kāi)發(fā)先進(jìn)飛行器渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)用超級(jí)合金，這就是鈷被稱(chēng)作戰(zhàn)略材料的原因之一。以上因素不僅使得鈷的價(jià)格昂貴，也使得鈷的價(jià)格處于不穩(wěn)定的波動(dòng)之中。因此，鈷價(jià)較貴，進(jìn)而提高了WC-金屬陶瓷細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具的成本。細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具成本的這種升高是在細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具中使用Co-粘結(jié)劑所造成的不令人滿(mǎn)意的結(jié)果。所以，有必要降低金屬陶瓷的粘結(jié)劑中的鈷含量。
另外，由于上述主要產(chǎn)地的鈷儲(chǔ)藏量最大，因此，有可能因任一原因造成鈷的供應(yīng)中斷。當(dāng)然，鈷的這種不可得到性是不希望發(fā)生的。
細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具可能會(huì)在腐蝕性環(huán)境中工作，雖然含Co-粘結(jié)劑的WC-金屬陶瓷足以應(yīng)付這種腐蝕環(huán)境，仍存在著開(kāi)發(fā)出這樣一種細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具的需要它能在不損失任何切削性能的同時(shí)，具有更好的耐蝕性。
盡管含Co-粘結(jié)劑的WC-金屬陶瓷用于細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具已取得成功的應(yīng)用，但仍然需要提供一種不存在諸如成本高且可能中斷供應(yīng)等缺點(diǎn)的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，而正如上文所述，這些缺點(diǎn)是與鈷的使用密不可分的。也需要開(kāi)發(fā)出一種在腐蝕性環(huán)境中使用的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，它能在不損失任何含Co-粘結(jié)劑的WC-金屬陶瓷的切削性能的同時(shí)，具有更好的耐蝕性。
簡(jiǎn)述已發(fā)現(xiàn)一種改進(jìn)的金屬陶瓷，它包含一種鈷-鎳-鐵粘結(jié)劑(Co-Ni-Fe粘結(jié)劑)，該粘結(jié)劑具有意想不到的、超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械性能和物理性能。該發(fā)現(xiàn)是令人驚奇的，因?yàn)樵揅o-Ni-Fe粘結(jié)劑所包含的成分與現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)法相反。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的用于細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具的金屬陶瓷包含約0.2wt％～約19wt％的Co-Ni-Fe粘結(jié)劑(更典型的范圍包含約5wt％～約16wt％，更窄的典型范圍包含約8wt～約12wt％)和約81wt％～約99.8wt％的硬質(zhì)組元。該硬質(zhì)組元包含至少一種硼化物、碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硅化物，它們的混合物、它們的固溶體和上述的組合。優(yōu)選地，該硬質(zhì)組元包含碳化物和碳氮化物中至少一種，例如，碳化鎢和/或碳氮化鈦之類(lèi)，任選地還有其它的碳化物(如TaC，NbC，TiC，VC，Mo2C，Cr3C2)以簡(jiǎn)單的碳化物和/或以固溶體形式存在。
細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具由上述成分組成，它用于切削加工材料，比如木材、金屬、聚合物、陶瓷制品以及包含一種或多種金屬、聚合物和陶瓷的復(fù)合材料。按照本發(fā)明的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具包括前刀面以及選擇性的一個(gè)在切削加工過(guò)程中形成的切屑可流出的排屑槽。在前刀面與第一個(gè)后刀面的連接處形成第一個(gè)切削刃，而在前刀面與第二個(gè)后刀面的連接處形成第二個(gè)切削刃。當(dāng)工具的細(xì)長(zhǎng)刀體旋轉(zhuǎn)著接觸工件材料時(shí)，上述第一個(gè)和第二個(gè)切削刃用于切入工件材料。隨細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具種類(lèi)的不同(例如，鉆頭與立銑刀)，第一切削刃可能完成材料切削的大部分任務(wù)，而第二切削刃則完成較少量的材料切削，反之亦然。
即使缺少任何未在本文中具體公開(kāi)的環(huán)節(jié)、步驟、組元或成分，本文中描述的本發(fā)明也可得以適當(dāng)?shù)膶?shí)施。
附圖簡(jiǎn)述參考下列描述、附后的權(quán)利要求以及附圖，可更好地理解本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)、方面及優(yōu)點(diǎn)。附圖中

圖1是一個(gè)鉆頭(細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具的一個(gè)特定實(shí)施方案)的側(cè)視圖。
圖2是圖1所示鉆頭的頂視圖。
圖3是一個(gè)立銑刀(細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具的一個(gè)特定實(shí)施方案)的側(cè)視圖。
圖4是圖3所示立銑刀的頂視圖。
描述按照本發(fā)明，圖1，2，3和4示意了由含Co-Ni-Fe粘結(jié)劑的金屬陶瓷組成的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具的實(shí)施方案。此類(lèi)細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具可用于對(duì)包括木材、金屬、聚合物、陶瓷材料以及它們的復(fù)合材料在內(nèi)的工件材料進(jìn)行機(jī)械加工(例如鉆、銑、鉸和攻絲)。本發(fā)明優(yōu)選用于金屬類(lèi)工件材料的機(jī)械加工，對(duì)那些要求高韌性和高耐磨性工件材料的鉆削和/或銑削特別有效。
如圖1和2所示，當(dāng)細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具包括鉆頭2時(shí)，該鉆頭在一端是細(xì)長(zhǎng)的刀體16，在另一端是刀柄18。細(xì)長(zhǎng)刀體16和刀柄18共有一個(gè)公共的軸線14。刀柄18用以固定在機(jī)床上，如固定在卡盤(pán)里。細(xì)長(zhǎng)刀體16有一個(gè)前刀面20，在工件材料鉆孔過(guò)程中形成的切屑經(jīng)過(guò)它流出。前刀面20可形成或過(guò)渡成一條凹溝或排屑槽24，該槽用以將切屑從工件材料的前刀面輸送出去。同前刀面20相連的是第一后刀面8和第二后刀面10。前刀面20與第一后刀面8的連接處是用以切入工件材料的第一切削刃4。前刀面20與第二后刀面10的連接處是第二切削刃6，也用以切入工件材料。第二后刀面10選擇性地連著一個(gè)開(kāi)槽的表面12。第一切削刃4在棱22過(guò)渡成第二切削刃6。第二切削刃6可呈螺旋狀，并沿細(xì)長(zhǎng)刀體16的長(zhǎng)度方向延伸至預(yù)先定好的長(zhǎng)度。對(duì)于鉆頭，第一切削刃4完成切入工件材料的大部分任務(wù)。
如圖3和4所示，當(dāng)細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具包括立銑刀32時(shí)，它在一端是細(xì)長(zhǎng)的刀體46，另一端是刀柄48。細(xì)長(zhǎng)刀體46和刀柄48共有一個(gè)公共的軸線44。刀柄48用以固定在機(jī)床上，例如固定在卡盤(pán)里。細(xì)長(zhǎng)刀體46有一個(gè)前刀面50，在工件材料銑削過(guò)程中形成的切屑經(jīng)過(guò)它流出。前刀面50可形成或過(guò)渡成一條凹溝或排屑槽54和54’，用以將切屑從工件材料的前刀面輸送出去。同前刀面50相連的是第一后刀面38和第二后刀面40。前刀面50與第一后刀面38的連接處是用以切入工件材料的第一切削刃34。第一后刀面38選擇性地連接著附加的開(kāi)槽表面56和62。在前刀面50和/或凹溝或排屑槽54與第二后刀面40的連接處是第二切削刃36，也用以切入工件材料。第二后刀面40選擇性地連著開(kāi)槽的表面42和60。第一切削刃34在棱52過(guò)渡成第二切削刃。第二切削刃36可呈螺旋狀，并沿細(xì)長(zhǎng)刀體46的長(zhǎng)度方向延伸至預(yù)先定好的長(zhǎng)度。對(duì)于立銑刀32，第一切削刃34和/或第二切削刃36均完成切入工件材料的大部分任務(wù)。
細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具可以是在工業(yè)中使用的任何型式或尺寸的鉆頭、立銑刀、絲錐、三角鑿、錐口鉆、滾銑刀和鉸刀。例如，如果細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具包括鉆頭，它可制成標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸(如不具有或具有冷卻劑通道的雙排屑槽型式的鉆頭)。雙排屑槽帶冷卻劑通道型式鉆頭可加工的工件材料的典型類(lèi)型包括碳鋼、合金鋼、鑄鋼、高合金鋼、可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、黃銅和銅合金。
也需要理解的是各種型式的鉆頭和立銑刀均包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在這方面，其它型式的鉆頭包括但不限于，三排屑槽型式和兩排屑槽型式的有或無(wú)冷卻劑通道的鉆頭。鉆頭的三排屑槽型式典型地用于加工灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、鈦及鈦合金、銅合金、鎂合金、鍛鋁合金、硅含量超過(guò)10wt％的鋁合金及硅含量小于10wt％的鋁合金。鉆頭的雙排屑槽不帶冷卻劑通道型式典型地用于加工碳鋼、合金鋼、鑄鋼、高合金鋼、可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、黃銅及銅合金。除以上已指出的金屬材料之外，鉆頭、立銑刀、滾銑刀和鉸刀可用來(lái)切削其它金屬材料、聚合物材料和陶瓷材料，包括但不限于其組合的材料(如層壓材料、宏觀復(fù)合材料和與此類(lèi)似的材料)在內(nèi)的以及其復(fù)合材料如金屬基復(fù)合材料，聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。
制造圖1，2，3和4的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具所用的金屬陶瓷包含一種Co-Ni-Fe粘結(jié)劑和至少一種硬質(zhì)組元。該Co-Ni-Fe粘結(jié)劑的獨(dú)特之處在于即使經(jīng)受塑性變形，粘結(jié)劑仍能保持其面心立方(fcc)晶體結(jié)構(gòu)并可避免應(yīng)力和/或應(yīng)變誘發(fā)的轉(zhuǎn)變。本申請(qǐng)者已對(duì)含Co-Ni-Fe粘結(jié)劑金屬陶瓷的強(qiáng)度和疲勞性能進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果是其彎曲強(qiáng)度高達(dá)約2400兆帕(MPa)，循環(huán)疲勞(在約室溫下彎曲200000個(gè)循環(huán))強(qiáng)度高達(dá)約1550MPa。本申請(qǐng)人認(rèn)為，在上述的應(yīng)力和/或應(yīng)變水平下，Co-Ni-Fe粘結(jié)劑中基本無(wú)應(yīng)力和/或應(yīng)變誘發(fā)的相變，這表明它具有優(yōu)良的使用性能。
依據(jù)本發(fā)明，Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含至少約40wt％的鈷，但鈷量不超過(guò)約90wt％，余下部分由鎳、鐵和任選的附帶的雜質(zhì)組成，其中鎳量至少約4wt％，鐵含量至少約4wt％。本申請(qǐng)人認(rèn)為，應(yīng)優(yōu)選包含不超過(guò)約36wt％Ni和不超過(guò)約36wt％Fe的Co-Ni-Fe粘結(jié)劑。優(yōu)選的Co-Ni-Fe粘結(jié)劑應(yīng)包含約40wt％～90wt％的Co，其余部分由鎳、鐵和任選的附帶的雜質(zhì)組成，其中Ni量為約4wt％～36wt％，F(xiàn)e量為約4wt％～36wt％，且Ni∶Fe比為約1.5∶1～1∶1.5。更優(yōu)選的Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含約40wt％～90wt％的Co，且Ni∶Fe比為約1∶1。另一更優(yōu)選的Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含Co∶Ni∶Fe比為約1.8∶1∶1。
在金屬陶瓷中Co-Ni-Fe粘結(jié)劑的含量范圍包括約0.2wt％～約19wt％。在金屬陶瓷中Co-Ni-Fe粘結(jié)劑的優(yōu)選范圍包括約5％～約16wt％。在金屬陶瓷中Co-Ni-Fe粘結(jié)劑的更優(yōu)選范圍包括約8wt％～約12wt％。
本發(fā)明金屬陶瓷的硬質(zhì)組元可包括硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、硅化物、它們的混合、它們的固溶體(如碳氮化物、硼碳化物、氧氮化物、硼碳氮化物……等等)或上述的任一組合。上述硬質(zhì)組元中的金屬元素可包括國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)周期表的2，3(包括鑭系元素和錒系元素)、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13和14族中的一種或多種金屬元素。優(yōu)選地，硬質(zhì)組元包括一種或多種碳化物、氮化物、碳氮化物、它們的混合物、它們的固溶體或上述的任一組合。碳化物、氮化物和碳氮化物中的金屬元素可包括一種或多種IUPAC的3(包括鑭系元素和錒系元素)、4、5和6族中的金屬元素；優(yōu)選Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W中的一種或多種；更優(yōu)選Ti、Ta、Nb和W中的一種或多種。
本文中，本發(fā)明的金屬陶瓷可用構(gòu)成大多數(shù)硬質(zhì)組元的成分來(lái)表示，例如，如果大多數(shù)硬質(zhì)組元包括碳化物，這種金屬陶瓷就被稱(chēng)為碳化物-金屬陶瓷。如果大多數(shù)硬質(zhì)組元包含碳化鎢(WC)，該金屬陶瓷就被稱(chēng)為碳化鎢金屬陶瓷或WC-金屬陶瓷。同樣的方式，當(dāng)大多數(shù)硬質(zhì)組元包含碳氮化物時(shí)，該金屬陶瓷就被稱(chēng)為碳氮化物-金屬陶瓷。例如，當(dāng)大多數(shù)硬質(zhì)組元包含碳氮化鈦時(shí)，該金屬陶瓷就被稱(chēng)為碳氮化鈦-金屬陶瓷或TiCN-金屬陶瓷。
硬質(zhì)組元粒度的最廣范圍包括約0.1微米(μm)～12μm。硬質(zhì)組元粒度的居中范圍包括約8μm及更小。另一個(gè)硬質(zhì)組元粒度的居中范圍包括約6μm及更小。硬質(zhì)組元粒度的更窄范圍包括約1μm及更小。本申請(qǐng)人認(rèn)為以上硬質(zhì)組元粒度的范圍特別適合于含Co-Ni-Fe粘結(jié)劑的WC-金屬陶瓷。
本申請(qǐng)人的意圖是，本文所公開(kāi)的，例如粘結(jié)劑含量、粘結(jié)劑成分、Ni∶Fe比值、硬質(zhì)組元粒度、硬質(zhì)組元含量等范圍的兩邊界點(diǎn)間的每一個(gè)增量均已包括在本文中，如同對(duì)每個(gè)增量進(jìn)行了具體說(shuō)明一樣。例如，約0.2wt％～19wt％的粘結(jié)劑含量范圍包括約1wt％的增量，因此其具體應(yīng)包括約0.2wt％、1wt％、2wt％、3wt％……17wt％，18wt％和19wt％的粘結(jié)劑。而例如，對(duì)于粘結(jié)劑的成分而言，約40wt％～90wt％的鈷含量范圍包括約1wt％的增量，因此其具體應(yīng)包含40wt％，41wt％，42wt％……88wt％，89wt％和90wt％，而約4wt％～36wt％的鎳和鐵的含量范圍均包括約1wt％的增量，因此，其具體應(yīng)包含4wt％，5wt％，6wt％，……34wt％，35wt％和36wt％。另外，如約1.5∶1～1∶1.5的Ni∶Fe比范圍包括約0.1的增量，因此，其具體應(yīng)包含1.5∶1，1.4∶1，……1∶1，……1∶1.4和1∶1.5。再者，例如，約0.1μm～約12μm的硬質(zhì)組元的粒度范圍包括約1μm的增量，因此，其具體應(yīng)包含約0.1μm，1μm，2μm，3μm， ……10μm，11μm和12μm。
本發(fā)明的金屬陶瓷細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具可帶有或不帶涂層進(jìn)行使用。如果細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具帶有涂層，那么涂敷在細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具上的涂層應(yīng)具有合適的性能，如潤(rùn)滑性，耐磨性，同金屬陶瓷良好的附著力，在材料切削溫度相對(duì)工件材料具有化學(xué)穩(wěn)定性，及同金屬陶瓷熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)(即一致的熱-物理特性)。涂層可通過(guò)化學(xué)氣相沉積和/或物理氣相沉積技術(shù)進(jìn)行涂敷。
涂層材料可包括一種或多種不同組元的一層或多層，其實(shí)例可選自下述材料，但并不意味著所有包括的材料均列于此氧化鋁，氧化鋯，氧氮化鋁，氧氮化硅，SiAlON，IUPAC中4、5和6族元素的硼化物，包括碳氮化鈦在內(nèi)的IUPAC中4、5和6族元素的碳氮化物，包括氮化鈦在內(nèi)的IUPAC中4、5和6族元素的氮化物，包括碳化鈦在內(nèi)的IUPAC中4、5、6族元素的碳化物，立方氮化硼、氮化硅、氮化碳、氮化鋁、金剛石、類(lèi)金剛石碳及氮化鈦鋁。
下例是用來(lái)進(jìn)一步表明本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)，它們純粹是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。
如表1所示，它概括了用傳統(tǒng)粉末技術(shù)生產(chǎn)的含有本發(fā)明Co-Ni-Fe粘結(jié)劑的WC-金屬陶瓷和作為對(duì)照的含有Co-粘結(jié)劑的傳統(tǒng)WC-金屬陶瓷，該粉末技術(shù)見(jiàn)，如Kenneth J.A.Brookes的“世界硬質(zhì)合金和硬質(zhì)材料目錄及手冊(cè)”，第六版，世界硬質(zhì)合金數(shù)據(jù)(1996)；GeorgeSchneider的“碳化鎢工藝原理”，第二版，硬質(zhì)合金及工具工程學(xué)會(huì)(1989)；Hertel AG，Werkzeuge+Hartstoffe，F(xiàn)uerth，Bavaria的“金屬陶瓷手冊(cè)”，德國(guó)(1993)；和P.Schwarzkopf和R.kieffer的“燒結(jié)硬質(zhì)合金”，Macmillan公司(1960)-以上的主題在本文中作為整體引為參考。特別地，表1簡(jiǎn)要列出了本發(fā)明的WC-金屬陶瓷中以及作為對(duì)照的現(xiàn)有技術(shù)的含Co-粘結(jié)劑的金屬陶瓷中粘結(jié)劑的名義含量(以wt％形式)、粘結(jié)劑名義成分以及硬質(zhì)組元的成分和含量(wt％)。也就是說(shuō)，按表1所述的本發(fā)明的成分及常規(guī)成分各自從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)配料，然后分別在含有己烷的碾磨機(jī)中混合，均勻混合時(shí)間為約12小時(shí)。在由各種配料均勻混合組成的混合物經(jīng)適當(dāng)?shù)母稍锖?，壓制成生坯，生坯在約1420℃加壓燒結(jié)(也稱(chēng)作HIP燒結(jié))約1.5小時(shí)以進(jìn)行致密化處理(在約1420℃保溫的最后10分鐘期間，爐壓升至約4MPa)。<
/>>如表2所示，它概括了用傳統(tǒng)粉末技術(shù)生產(chǎn)的含有本發(fā)明Co-Ni-Fe粘結(jié)劑的TiCN-金屬陶瓷和作為對(duì)照的含有Co-粘結(jié)劑的傳統(tǒng)TiCN-金屬陶瓷，該粉末技術(shù)見(jiàn)，如“世界硬質(zhì)合金和硬質(zhì)材料目錄及手冊(cè)”；“碳化鎢工藝原理”，第二版；和“燒結(jié)硬質(zhì)合金”。特別地，表2簡(jiǎn)要列出了本發(fā)明的金屬陶瓷中以及作為對(duì)比的現(xiàn)有技術(shù)的含Co-粘結(jié)劑的TiCN-金屬陶瓷中粘結(jié)劑的名義含量(以wt％形式)、粘結(jié)劑名義成分以及硬質(zhì)組元的成分和含量(wt％)。也就是說(shuō)，按表2所述的本發(fā)明的成分及常規(guī)成分各自從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)配料，然后分別在含有己烷的碾磨機(jī)中混合，均勻混合時(shí)間為約14小時(shí)。在由各種配料均勻混合組成的混合物經(jīng)適當(dāng)?shù)母稍锖?，壓制成生坯，生坯在約1440℃加壓燒結(jié)(也稱(chēng)作HIP燒結(jié))約1.5小時(shí)以進(jìn)行致密化處理(在約1440℃保溫的最后10分鐘期間，爐壓升至約4MPa)。
本文所指出的專(zhuān)利及其它文件，包括名為“一種含具有改善塑性的粘結(jié)劑的金屬陶瓷”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，其申請(qǐng)人為Hans-WilmHeinrich，Manfred Wolf，Dieter Schmidt和Uwe Schleinkofer(也是本專(zhuān)利申請(qǐng)的申請(qǐng)人)，該專(zhuān)利申請(qǐng)與本專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)谕蝗掌谔峤?，其受讓人是Kennametal有限公司(同樣也是本專(zhuān)利申請(qǐng)的受讓人)。在此引入作為參考。
從本文公開(kāi)的本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和實(shí)施過(guò)程角度考慮，本發(fā)明的其它實(shí)施方案對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。意思是說(shuō)，本說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例只起說(shuō)明性作用，本發(fā)明的真正范圍和精髓由附后的權(quán)利要求書(shū)確定。
權(quán)利要求
1.一種用于切削材料的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，該旋轉(zhuǎn)工具包括在第一端的細(xì)長(zhǎng)刀體；在第二和相反一端的刀柄，該細(xì)長(zhǎng)刀體和該刀柄共有一個(gè)公共的軸線；在細(xì)長(zhǎng)刀體上與刀柄方向相反的一端的至少一個(gè)前刀面，其中該至少一個(gè)前刀面形成了一個(gè)對(duì)應(yīng)的排屑槽，該排屑槽沿著細(xì)長(zhǎng)刀體向刀柄延伸；在細(xì)長(zhǎng)刀體一端與刀柄方向相反的一端的至少一個(gè)后刀面；在所述至少一個(gè)前刀面和所述至少一個(gè)后刀面連接處的一條切削刃；以及一種金屬陶瓷，該金屬陶瓷包含至少一種硬質(zhì)組元和約0.2wt.％-19wt.％的Co-Ni-Fe粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑包含約40wt.％-90wt.％的鈷，其余下部分由鎳和鐵以及任選的附帶的雜質(zhì)組成，其中鎳量為約4wt.％-36wt.％，鐵量為約4wt.％-36wt.％，Ni∶Fe比值為約1.5∶1-1∶1.5。
2.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述金屬陶瓷包含約5wt.％-16wt.％的粘結(jié)劑。
3.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述金屬陶瓷包含約8wt.％-12wt.％的粘結(jié)劑。
4.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含一種面心立方(fcc)結(jié)構(gòu)，當(dāng)經(jīng)受塑性變形時(shí)，該粘結(jié)劑能基本上保持其面心立方結(jié)構(gòu)不變，不發(fā)生應(yīng)力和應(yīng)變誘發(fā)的轉(zhuǎn)變。
5.權(quán)利要求1的切削工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含約46wt.％-57wt.％的鈷。
6.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含約40 wt.％-90wt.％的鈷，且Ni∶Fe比值為約1∶1。
7.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含鈷∶鎳∶鐵比為約1.8∶1∶1。
8.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述至少一種硬質(zhì)組元具有約0.1微米(μm)-12μm的粒度。
9.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述至少一種硬質(zhì)組元具有約8μm和更小的粒度。
10.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述至少一種硬質(zhì)組元具有約6μm和更小的粒度。
11.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述金屬陶瓷包括碳化物金屬陶瓷。
12.權(quán)利要求1的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述金屬陶瓷包括碳氮化物金屬陶瓷。
13.一種用于切削材料的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，該旋轉(zhuǎn)工具包括在第一端的細(xì)長(zhǎng)刀體；在第二和相反一端的刀柄，該細(xì)長(zhǎng)刀體和刀柄共有一個(gè)公共的軸線；在細(xì)長(zhǎng)刀體與刀柄方向相反的一端上的至少一個(gè)前刀面，其中該至少一個(gè)前刀面確定了一個(gè)對(duì)應(yīng)的排屑槽，該排屑槽沿著細(xì)長(zhǎng)刀體向刀柄延伸；在細(xì)長(zhǎng)刀體一端與刀柄方向相反的一端的至少一個(gè)后刀面；在所述至少一個(gè)前刀面和所述至少一個(gè)后刀面連接處的一條切削刃；以及一種WC-金屬陶瓷，該金屬陶瓷包含碳化鎢和約0.2wt.％-19wt.％的Co-Ni-Fe粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑包含約40wt.％-90wt.％的鈷，該粘結(jié)劑其余部分由鎳和鐵以及任選的附帶的雜質(zhì)組成，其中鎳量為約4wt.％-36wt.％，鐵量為約4wt.％-36wt.％，Ni∶Fe比值為約1.5∶1-1∶1.5。
14.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述WC-金屬陶瓷包含約5wt.％-16wt.％的粘結(jié)劑。
15.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述WC-金屬陶瓷包含約8wt.％-12wt.％的粘結(jié)劑。
16.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含一種面心立方(fcc)結(jié)構(gòu)，當(dāng)經(jīng)受塑性變形時(shí)，該粘結(jié)劑能基本上保持其面心立方結(jié)構(gòu)不變，不發(fā)生應(yīng)力和應(yīng)變誘發(fā)的轉(zhuǎn)變。
17.權(quán)利要求13的切削工具，其中所Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含約46wt.％-57wt.％的鈷。
18.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含約40wt.％-90wt.％的鈷，且Ni∶Fe比值為約1∶1。
19.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含鈷∶鎳∶鐵比為約1.8∶1∶1。
20.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述碳化鎢具有約0.1μm-12μm的粒度。
21.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述碳化鎢具有約8μm和更小的粒度。
22.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述碳化鎢具有約6μm和更小的粒度。
23.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述WC-金屬陶瓷還包括碳化物，氮化物和它們的固溶體中至少一種。
24.權(quán)利要求13的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述WC-金屬陶瓷還包括TaC，NbC，TiC，VC，Mo2C，Cr3C2和它們的固溶體中至少一種。
25.一種用于切削材料的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，該旋轉(zhuǎn)工具包括在第一端的細(xì)長(zhǎng)刀體；在第二和相反一端的刀柄，該細(xì)長(zhǎng)刀體和刀柄共有一個(gè)公共的軸線；在細(xì)長(zhǎng)刀體上與刀柄方向相反的一端的至少一個(gè)前刀面，其中該至少一個(gè)前刀面確定了一個(gè)對(duì)應(yīng)的排屑槽，該排屑槽沿著細(xì)長(zhǎng)刀體向刀柄延伸；在細(xì)長(zhǎng)刀體一端與刀柄方向相反的一端的至少一個(gè)后刀面；在該至少一個(gè)前刀面和該至少一個(gè)后刀面連接處的一條切削刃；以及一種TiCN-金屬陶瓷，該金屬陶瓷包含碳氮化鈦和約0.2wt.％-19wt.％的Co-Ni-Fe粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑包含約40wt.％-90wt.％的鈷，該粘結(jié)劑其余部分由鎳和鐵以及任選的附帶的雜質(zhì)組成，其中鎳量為約4wt.％-36wt.％，鐵量為約4wt.％-36wt.％，Ni∶Fe比值為約1.5∶1-1∶1.5。
26.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述TiCN-金屬陶瓷包含約5wt.％-16wt.％的粘結(jié)劑。
27.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述TiCN-金屬陶瓷包含約8wt.％-12wt.％的粘結(jié)劑。
28.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含一種面心立方(fcc)結(jié)構(gòu)，當(dāng)經(jīng)受塑性變形時(shí)，該粘結(jié)劑能基本上保持其面心立方結(jié)構(gòu)不變，不發(fā)生應(yīng)力和應(yīng)變誘發(fā)的轉(zhuǎn)變。
29.權(quán)利要求25的切削工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含約46wt.％-57wt.％的鈷。
30.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含約40 wt.％-90wt.％的鈷，且Ni∶Fe比值為約1∶1。
31.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述Co-Ni-Fe粘結(jié)劑包含鈷∶鎳∶鐵比為約1.8∶1∶1。
32.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述碳氮化鈦具有約0.1μm-12μm的粒徑。
33.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述碳氮化鈦具有約8μm和更小的粒徑。
34.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述碳氮化鈦具有約6μm和更小的粒徑。
35.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述TiCN-金屬陶瓷還包括碳化物，氮化物和它們的固溶體中至少一種。
36.權(quán)利要求25的細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具，其中所述WC-金屬陶瓷還包括TaC，NbC，TiC，VC，Mo2C，Cr3C2和它們的固溶體中至少一種。
全文摘要
本文公開(kāi)一種細(xì)長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)工具,該工具包含至少一個(gè)在加工零件材料時(shí)可使用的切削刃(4、6)。該細(xì)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)工具包括一種金屬陶瓷,該金屬陶瓷包括至少一種硬質(zhì)組元和約0.2wt.%～19wt.%的Co－Ni－Fe粘結(jié)劑。該Co－Ni－Fe粘結(jié)劑的獨(dú)特之處在于即使經(jīng)受塑性變形,粘結(jié)劑仍能基本上保持其面心立方(fcc)晶體結(jié)構(gòu),且可避免應(yīng)力和/或應(yīng)變誘發(fā)的轉(zhuǎn)變。
文檔編號(hào)C22C29/02GK1268191SQ98808561
公開(kāi)日2000年9月27日 申請(qǐng)日期1998年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月27日
發(fā)明者H－W·海恩里克, M·沃爾夫, D·施米德特, U·施勒因克夫 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司