消除硬质合金刀具残余热应力的方法
【专利摘要】本发明公开了一种消除硬质合金刀具残余热应力的方法，将硬质合金刀具试样经平整度处理后装入冷压模具；再将装有硬质合金刀具试样的冷压模具载入压力机预压，保压后再经过两次提高压制压力，直至压力达到最大设定值，保压后按两步方式卸载压力，控制升压与降压速率，用相同压制参数重复压制8～12次。将压制后的硬质合金刀具试样侧面变为受压面，按相同压强改变压制载荷，并用相同压制参数重复操作，结束后取出试样，得到低内应力硬质合金刀具。
【专利说明】
消除硬质合金刀具残余热应力的方法
技术领域
[0001 ]本发明设及一种消除切削刀具材料热应力的方法。
【背景技术】
[0002] 硬质合金是一种无机非金属基复合材料，结合了碳化物陶瓷基体(WC、TiC等)具备 的耐磨、耐高溫优点和金属黏结剂(Co、Ni等)具有初性的优点，广泛应用于高速切削刀具、 模具、冲击工具等。作为一种切削刀具材料，要求硬质合金具有高溫强度好及长寿命的特 点，但由于碳化物陶瓷基体与金属黏结剂的热膨胀系数差别较大，使其在烧结成形过程中 易产生残余热应力，该热应力随着碳化物晶粒细化、合金组分而变化。在受到外载荷时，特 别是高溫交变载荷条件下，残余热应力易造成刀具崩刃、成片剥落、断裂等非正常失效。
[0003] 为提高硬质合金的高溫强度，延长其使用寿命，已有学者通过热处理、机械振动、 超声波、滚磨等方法消除硬质合金的残余热应力，但由于运些方法所需工艺较难控制且效 率较低，因此不易广泛推广。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对现有硬质合金材料残余热应力不易快速、有效消除的现状，提供了 一种消除其残余热应力的方法。
[0005] 为达到W上目的，本发明是采取如下技术方案予W实现的，
[0006] -种消除硬质合金刀具残余热应力的方法，其特征在于，包括下述步骤：
[0007] (3)将烧结好的硬质合金刀具试样经平整度修整后装入冷压模具，并将装有该硬 质合金刀具样品的冷压模具载入压力机；
[000引 （4似150~170MPa/分钟的速率对试样加压，至430~560MPa下预压，短暂保压后， W150~190MPa/分钟的速率升压至1000~1200MPa，然后W大于190MPa/分钟的速率升压至 1800 ~2000MPa，保压 50 ~140 秒；
[0009] (3)按两步方式卸载压力，首先WlOOMPa/分钟的卸压速率降压至900~lOOOMPa， 然后W150MPa/分钟的卸压速率降压至OMPa;
[0010] (4)重复步骤(2)、（3)，对该硬质合金刀具试样正面进行至少6次循环压制，结束后 取出硬质合金刀具试样；
[0011] (5)将硬质合金刀具毛巧侧面变为受压面，装入冷压磨具并载入压力机，按步骤 (2)~（3)相同的压制条件及压强参数，进行步骤(2)~(4)的操作，结束后取出硬质合金刀 具试样。
[0012] 上述方法中，步骤(1)所述硬质合金刀具试样的平整度修整的工具为精细磨床。所 述冷压模具为表面泽火的轴承钢材料。步骤(2)所述短暂保压的时间为10秒。步骤(4)所述 循环压制的次数为8~12次;每次间隔时间小于30秒。
[0013] 与现有技术相比，本发明具有W下特点和优势：
[0014] (1)在消除硬质合金刀具残余热应力过程中，本发明完全改变了已有方法中采用 深冷热处理和高能处理的思路，而是根据大量研究成果，采用一种外加载荷的方式，并研究 外加载荷、硬质合金显微组织和残余热应力之间的关系。此方法具有设备简单，工艺可控性 强和高效率，克服了因深冷和高能处理的效率低的难题。
[0015] (2)在外加载荷消除硬质合金刀具残余热应力的工艺机理是:通过压力载荷使金 属黏结相发生塑性变形，将作为第二类残余内应力的热应力转化为第Ξ类残余内应力的晶 体缺陷，即发生能量转化。转化能量主要存在于晶格中，提高合金强度和初性。
[0016] 本发明用外加载荷消除硬质合金刀具残余热应力，制备的硬质合金刀具样品的抗 弯强度 > 4640MPa、1000°C拉伸强度 > 4461MPa。
【具体实施方式】
[0017] W下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0018] W下各实施例消除硬质合金刀具残余热应力的方法，抗弯强度测试条件符合 《GB3851-83》标准，高溫抗拉强度测试条件符合《GB4338-84》标准。
[0019]实施例1
[0020] (1)用精细磨床对已成形烧结好的尺寸为20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬质 合金刀具试样进行平整度修整，修整后装入表面泽火轴承钢质的冷压模具。
[0021] (2)将装有硬质合金刀具试样的冷压模具载入压力机预压，压力方向与试样最小 截面平行，升压速率150MPa/分钟，压力增大到500MPa，保压10秒;升压至1 lOOMPa，升压速率 ISOMPa/分钟，继续W200M化/分钟升压至2000MPa，保压70秒；分两阶段降压，第一阶段为 900MPa，速率lOOMPa/分钟，第二阶段OMPa，速率150MPa/分钟。
[0022] (3)遵循步骤(2)的工艺参数对硬质合金刀具试样进行10次循环压制，间隔时间25 秒。
[0023] (4)将硬质合金刀具试样侧面变为受压面，按相同压强改变压制载荷，压力方向与 试样最小截面平行，并重复步骤(2)、（3)操作，结束后取出试样。
[0024] 实施例2
[0025] (1)用精细磨床对已成形烧结好的尺寸为20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬质 合金刀具试样进行平整度修整，修整后装入表面泽火轴承钢质冷压模具。
[0026] (2)将装有硬质合金刀具试样的冷压模具载入压力机预压，压力方向与试样最小 截面平行，升压速率170MPa/分钟，压力增大到530MPa，保压10秒;升压至1200MPa，升压速率 190MPa/分钟，继续W200MPa/分钟升压至2000MPa，保压110秒;分两阶段降压，第一阶段为 lOOOMPa，速率lOOMPa/分钟，第二阶段OMPa，速率150MPa/分钟。
[0027] (3)遵循步骤(2)的工艺参数对硬质合金刀具试样进行9次循环压制，间隔时间20 秒。
[0028] (4)将硬质合金刀具试样侧面变为受压面，按相同压强改变压制载荷，压力方向与 试样最小截面平行，并重复步骤(2)、（3)操作，结束后取出试样。
[0029] 实施例3
[0030] (1)用精细磨床对已成形烧结好的尺寸为20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬质 合金刀具试样进行平整度修整，修整后装入表面泽火轴承钢质冷压模具。
[0031] (2)将装有硬质合金刀具试样的冷压模具载入压力机预压，压力方向与试样最小 截面平行，升压速率leOMPa/分钟，压力增大到440MPa，保压10秒;升压至lOOOMPa，升压速率 150MPa/分钟，继续W200MPa/分钟升压至ISOOMPa，保压140秒;分两阶段降压，第一阶段为 lOOOMPa，速率lOOMPa/分钟，第二阶段OMPa，速率150MPa/分钟。
[0032] (3)遵循步骤(2)的工艺参数对硬质合金刀具试样进行12次循环压制，间隔时间25 秒。
[0033] (4)将硬质合金刀具试样侧面变为受压面，按相同压强改变压制载荷，压力方向与 试样最小截面平行，并重复步骤(2)、（3)操作，结束后取出试样。
[0034] 实施例4
[0035] (1)用精细磨床对已成形烧结好的尺寸为20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬质 合金刀具试样进行平整度修整，修整后装入表面泽火轴承钢质冷压模具。
[0036] (2)将装有硬质合金刀具试样的冷压模具载入压力机预压，压力方向与试样最小 截面平行，升压速率150MPa/分钟，压力增大到540MPa，保压10秒;升压至1200MPa，升压速率 170MPa/分钟，继续W200M化/分钟升压至2000MPa，保压60秒；分两阶段降压，第一阶段为 900MPa，速率lOOMPa/分钟，第二阶段OMPa，速率150MPa/分钟。
[0037] (3)遵循步骤(2)的工艺参数对硬质合金刀具试样进行8次循环压制，间隔时间20 秒。
[0038] (4)将硬质合金刀具试样侧面变为受压面，按相同压强改变压制载荷，压力方向与 试样最小截面平行，并重复步骤(2)、（3)操作，结束后取出试样。
[0039] 对W上实施例所得硬质合金试样的性能进行了测试，结果列于表1。
[0040] 表1不同实施例处理的硬质合金刀具试样的性能参数
[0041]
[0042] 由表1可W看出，用实施例1-4方法处理的硬质合金刀具试样具有残余内应力小、 强度高及高溫力学性能好等特点。
[0043] 本发明根据转化残余热应力所承载能量形式的思路，通过精确控制外载荷的大 小、加载方式改变硬质合金组织结构，提供了一条完整消除硬质合金刀具残余热应力的技 术路线。
【主权项】
1. 一种消除硬质合金刀具残余热应力的方法，其特征在于，包括下述步骤： (1) 将烧结好的硬质合金刀具试样经平整度修整后装入冷压模具，并将装有该硬质合 金刀具样品的冷压模具载入压力机； (2) 以150~170MPa/分钟的速率对试样加压，至430~560MPa下预压，短暂保压后，以 150~190MPa/分钟的速率升压至1000~1200MPa，然后以大于190MPa/分钟的速率升压至 1800 ~2000MPa，保压 50 ~140 秒； (3) 按两步方式卸载压力，首先以lOOMPa/分钟的卸压速率降压至900~lOOOMPa，然后 以150MPa/分钟的卸压速率降压至OMPa; (4) 重复步骤(2)、（3)，对该硬质合金刀具试样正面进行至少6次循环压制，结束后取出 硬质合金刀具试样； (5) 将硬质合金刀具毛坯侧面变为受压面，装入冷压磨具并载入压力机，按步骤(2)~ (3)相同的压制条件及压强参数，进行步骤（2)~（4)的操作，结束后取出硬质合金刀具试 样。2. 如权利要求1所述的消除硬质合金刀具残余热应力的方法，其特征在于，步骤（1)所 述硬质合金刀具试样的平整度修整的工具为精细磨床。3. 如权利要求1所述的消除硬质合金刀具残余热应力的方法，其特征在于，所述冷压模 具为表面淬火的轴承钢材料。4. 如权利要求1所述的消除硬质合金刀具残余热应力的方法，其特征在于，步骤(2)所 述短暂保压的时间为10秒。5. 如权利要求1所述的消除硬质合金刀具残余热应力的方法，其特征在于，步骤(4)所 述循环压制的次数为8~12次;每次间隔时间小于30秒。
【文档编号】B22F3/24GK105834433SQ201610210801
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】董洪峰, 郭从盛, 张锋刚
【申请人】陕西理工学院