一种钛合金切削用硬质合金刀具及其制备方法与流程

本发明涉及一种钛合金切削用硬质合金刀具及其制备方法。

背景技术：

1、钛合金的导热性差，是45#钢的1/6，加工过程中产生的高热量不能有效扩散，热量大量聚集在切削刀刃上，温度急剧上升，导致刀刃硬度下降，刀刃软化，容易加快刀具磨损。钛合金还由于具有较大的亲和力，加工过程中黏刀现象严重。增大了刀体与工件的摩擦，导致大量放热，降低刀具的使用寿命。

2、由于钛合金以上特点，在钛合金加工过程中不能使用含有碳化钛的硬质合金或者含有碳氮化钛涂层这类与钛合金亲和力大的刀片,。目前钛合金加工一般使用的刀片牌号为yg6/yg8这类wc-co合金刀片。

3、碳化钨-钴硬质合金在加工过程的高温状态下，合金的强度与硬度下降的很快，刀具的使用寿命不高，容易过早磨损造成刀具的失效。

4、现有技术中，钛合金切削刀片中也会采用ni3al作为粘结金属，ni3al具有高硬度、高抗氧化性、高温红硬性等优点，但ni3al存在晶间脆性，其抗冲击能力较差。在实际钛合金加工过程中只能用作精加工这类要求低冲击应用的切削过程中，而不适合用于钛合金的粗加工、半精加工过程。

技术实现思路

1、本发明的目的是，提供一种以金属间化合物强化粘结相的钛合金加工用硬质合金切削刀具、以及实现这种刀具所涉及的硬质合金制备方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种钛合金切削用硬质合金刀具，所述钛合金切削用硬质合金刀具包括以下质量分数的成分：碳化钨93～94％，钴3～4％，镍2～3％，铬0.1～0.2％，铝0.2～0.3％；优选由以下质量分数的成分组成：碳化钨93.7％，钴3.6％，镍2.4％，铬0.1％，铝0.2％。

4、所述钛合金切削用硬质合金刀具按以下方法制备得到：

5、(1)将碳化钨、钴粉、镍粉、高纯氮化铝、碳化铬粉末按照成分配比混合，所得粉料加入成型剂，用球磨机球磨混匀；

6、(2)将球磨后的料浆干燥后在压机上通过模具压制成素坯，将素坯放入烧结炉中进行烧结，烧结温度1460℃-1490℃，然后降温至室温；

7、(3)将烧结好的合金进行回火热处理，加热到600-900℃保温10～11小时，冷却至室温，制得所述钛合金切削用硬质合金刀具。

8、本发明还提供所述钛合金切削用硬质合金刀具的制备方法，所述方法包括以下步骤：

9、(1)将碳化钨、钴粉、镍粉、高纯氮化铝、碳化铬粉末按照成分配比混合，所得粉料加入成型剂，用球磨机球磨混匀，球磨时间20～30小时；

10、所述成型剂为精炼石蜡，精炼石蜡的用量为粉料质量的1～2％；

11、所述球磨采用酒精为研磨介质，固液比为5～6:1；

12、所述球磨的球料比优选为4～5:1；

13、(2)将球磨后的料浆干燥后在压机上通过模具压制成素坯，将素坯放入烧结炉中进行烧结，烧结温度1460℃-1490℃，保温2～3小时，然后降温至室温；

14、优选所述烧结工艺为：

15、氢气气氛下，7～8小时加热到400℃，保温1～2小时，氢气流量40～60l/min，利用氢气脱蜡，然后抽真空到20-50pa，加热10～11小时到1460℃-1490℃，进行真空烧结，然后充氩气使压力达到5mpa，在1460℃-1490℃保温2～3小时，进行压力烧结，然后降温至室温，优选降温速率＞10℃/min，更优选为11～30℃/min；更优选降温速率为15～20/min；

16、(3)将烧结好的合金进行回火热处理，加热到600-900℃(优选700～800℃)保温10～11小时，冷却至室温，制得所述钛合金切削用硬质合金刀具。

17、所述碳化钨、钴粉、镍粉、高纯氮化铝、碳化铬粉末的粒度优选1～10μm，更优选1～2μm，更优选1.5～2μm；

18、本发明采用碳化钨-钴-镍-铬-铝元素制成合金，在合金内部生成ni3al金属间化合物并在钴/镍相中析出，强化了粘结相。通过ni3al金属间化合物在600-800℃正高温效应这一特点，提高合金刀片高温强度与硬度，延长钛合金加工过程使用寿命。

19、本发明的合金由钴/镍相与ni3al金属间化合物相两种粘结金属相与碳化钨相组成。通过高温烧结，在高温液相中组成粘结金属相的co、ni、al三种元素充分熔解并混合均匀。在快速的降温条件下(大于每分钟10℃)，三种粘结金属首先形成固溶体冷却至室温，再通过600-900℃的回火热处理，固溶体中的部分ni与al生成ni3al金属间化合物相，并在钴/镍相中均匀析出，这种析出的ni3al金属间化合物相均匀细小，大大强化了钴/镍相的强度，并且避免了ni3al的晶间脆性问题，使得合金刀片在高温硬度、强度提高的同时没有降低其整体抗冲击能力。

20、本发明制得的钛合金切削用硬质合金刀具，常温硬度为90.5hra，800℃硬度可达到86.5hra，相比现有技术的yg6刀具提高9％，而且抗弯强度也显著提高，可高达3000mpa，相比现有技术的yg6刀具提高15％以上。本发明显著提高了刀具的高温强度与硬度，提高了刀具对钛合金的切削能力，并且延长钛合金加工过程使用寿命。

技术特征：

1.一种钛合金切削用硬质合金刀具，其特征在于所述钛合金切削用硬质合金刀具包括以下质量分数的成分：碳化钨93～94％，钴3～4％，镍2～3％，铬0.1～0.2％，铝0.2～0.3％。

2.如权利要求1所述的钛合金切削用硬质合金刀具，其特征在于所述钛合金切削用硬质合金刀具由以下质量分数的成分组成：

3.如权利要求1或2所述的钛合金切削用硬质合金刀具，其特征在于所述钛合金切削用硬质合金刀具按以下方法制备得到：

4.如权利要求1或2所述的钛合金切削用硬质合金刀具的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(2)中，所述烧结工艺为：

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(2)中，降温速率＞10℃/min。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(1)中，所述碳化钨、钴粉、镍粉、高纯氮化铝、碳化铬粉末的粒度为1～10μm。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(1)中，球磨时间为20～30小时。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(1)中，所述成型剂为成型剂精炼石蜡，精炼石蜡的用量为粉料质量的1～2％。

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(3)中，回火的温度为700～800℃。

技术总结
本发明公开了一种钛合金切削用硬质合金刀具，包括以下质量分数的成分：碳化钨93～94％，钴3～4％，镍2～3％，铬0.1～0.2％，铝0.2～0.3％，并公开了钛合金切削用硬质合金刀具的制备方法。本发明的合金由钴/镍相与Ni<subgt;3</subgt;Al金属间化合物相两种粘结金属相与碳化钨相组成，在钴/镍相中均匀析出Ni<subgt;3</subgt;Al金属间化合物相，强化了钴/镍相的强度，并且避免了Ni<subgt;3</subgt;Al的晶间脆性问题，提高了合金刀片的高温硬度、强度，同时没有降低其整体抗冲击能力，延长钛合金加工过程使用寿命。

技术研发人员：孙志远,吕晟,郭伟波,吴天阳,张赣盛,吴丽萍
受保护的技术使用者：浙江恒成硬质合金有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11