一种硬质合金棒材结构成型方法及其结构以及应用技术

本发明专利技术公开了一种硬质合金棒材结构成型方法及其结构以及应用，包括：填充；压制成型；烧结，在真空条件下进行烧结，所述烧结温度分别达到300～310、600～610、1000～1100℃时，保温25～30min，当烧结温度达到1500～1550℃时，经过50～60min降温至1150～1200℃继续加热至1500～1550℃并保温55～60min；冷却；本发明专利技术成型方法制作出的硬质合金棒材结构通过内外双层结构的有效结合，其中，外层采用碳素钢一体成型，保证了棒材结构的韧性，内层采用硬度和耐磨性较高的硬质合金，与外层韧性较高的碳素钢配合，在结构方面有效的调节了耐磨性和韧性及抗疲劳性之间的矛盾。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金棒材结构成型方法及其结构以及应用
本专利技术属于硬质合金领域，具体涉及一种硬质合金棒材结构成型方法及其结构以及应用。
技术介绍
硬质合金是一种以难熔金属化合物为基体，以铁族金属作为粘接剂，用粉末冶金方法制造的一种材料，由于这种材料在常温和高温条件下均具有高的硬度、高的机械强度和弹性模数，以及良好的化学稳定性和耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗氧化等优点，使它在现代工具材料、耐磨材料、耐腐蚀和耐高温材料等方面占据着重要地位。但是，由于硬质合金是难熔金属化合物和粘接相金属的统一体，难熔化合物硬而脆，粘接相金属软而韧，在这个统一体中难熔化合物和粘接相金属含量关系反映在性能上就是合金的硬度、耐磨性与合金的韧性、机械强度及抗疲劳性间此消彼长的关系：即合金的硬度与强度，耐磨性和韧性及抗疲劳性之间存在尖锐的矛盾。现有技术中，通常通过梯度硬质合金来解决合金硬度与强度间的问题，通过硬质合金各组分的配比调整，调节耐磨性和韧性及抗疲劳性之间存在尖锐的矛盾。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供硬质合金棒材结构成型方法，通过结构上的调整来解决现有技术中硬质合金强度与硬度，耐磨性和韧性及抗疲劳性之间矛盾的问题，同时达到减少成本的目的。本专利技术根据棒材结构，设计合理的材料配方，包括组分成分、含量比例、以及成型工艺参数，通过各组分的协同作用，优化组分比例和工艺参数，得到一种综合性能优异，成本低廉的硬质合金材料，主要用于机加工刀具领域。本专利技术为了解决现有技术问题所采用的技术方案如下：提供一种硬质合金棒材结构成型方法，包括：填充，设置一外层结构，所述外层结构一体成型，设置腔体位于所述外层结构内部，设置凹槽位于所述腔体内表面，在腔体内填充硬质合金粉末；压制成型，将填充入所述腔体的硬质合金粉末挤压，并填满所述腔体及腔体内的凹槽；烧结，在真空条件下进行烧结，所述烧结温度分别达到300～310、600～610、1000～1100℃时，保温25～30min，当烧结温度达到1500～1550℃时，经过50～60min降温至1150～1200℃继续加热至1500～1550℃并保温55～60min；冷却，冷却过程中，通过液态二氧化碳、液氮或冷却水雾化对经烧结后的硬质合金棒材结构进行冷却工序。进一步地，所述硬质合金粉末由以下重量份原料组成：WC粉末65～80份、Co粉末1～3份、TaC3～3.5份、NbC2～3份、MoC8～10份、ZrC6～8份、TiC25～30份、铁粉3～5份、镍粉1～2份。；其中，碳化钨、碳化钛、碳化锆、碳化铌，按比例混合后在高温下生产类质同晶体，钴作为连续相的粘结剂，为材料提供韧性和弯矩强度，碳化钽作为抑制剂，用于控制晶粒长大速度，保障材料具有很好的硬度、韧性和耐磨性能，碳化锆还能够提高材料耐高温性能，碳化钼提高材料的耐腐蚀性能，碳化铌提高材料的耐磨性能以及高温尺寸稳定性，碳化铌和碳化钼协同作用，也同时起到细化晶粒的作用。加入铁粉和镍粉可以增加硬质合金与碳素钢层之间的粘合力，可以防止材料的液氮、液态二氧化碳等急速冷却过程中造成硬质合金层出现微观裂纹，另外，镍粉的加入还能够细化晶粒，降低材料的磁性，提高材料的防腐性能。进一步地，所述外层结构为碳素钢一体成型。本专利技术的另一个目的在于提供一种由所述成型方法制成的硬质合金棒材结构，包括内外双层结构，所述外层为内部中空的腔体，所述腔体内表面设有凹槽，所述内层为硬质合金，所述硬质合金由硬质合金粉末经高温高压在真空条件下成型，所述硬质合金嵌设在所述腔体及凹槽内。进一步地，所述腔体呈圆柱形，所述外层结构与内层结构体积比为：1:2～3。进一步地，所述腔体呈矩形，所述外层结构与内层结构体积比为：1:1～2。本专利技术的另一个目的在于提供一种所述硬质合金棒材结构在刀具上的的应用；碳素钢层主要提供韧性支撑，硬质合金层主要作为工作层，当作为硬质刀具时，可如削铅笔一样以一定角度磨掉外层碳素钢，露出内层硬质合金层，并根据需要加工成一定刀具形状，用于机械加工，当刀口磨损后，可进一步磨掉部分碳素钢层，露出更多的硬质合金，重新加工成刀具，即本结构可以多次连续使用，降低综合使用成本，节约材料。本专利技术有益效果如下：本专利技术成型方法制作出的硬质合金棒材结构通过内外双层结构的有效结合，其中，外层采用碳素钢一体成型，保证了棒材结构的韧性，内层采用硬度和耐磨性较高的硬质合金，与外层韧性较高的碳素钢配合，在结构方面有效的调节了耐磨性和韧性及抗疲劳性之间的矛盾；硬质合金在棒材内层，外层为碳素钢，碳素钢内表面设计有各种凹槽结构，增加其与硬质合金的结合强度，其中，碳素钢层主要提供韧性支撑，硬质合金层主要作为工作层，当作为硬质刀具时，可如削铅笔一样以一定角度磨掉外层碳素钢，露出内层硬质合金层，并根据需要加工成一定刀具形状，用于机械加工，当刀口磨损后，可进一步磨掉部分碳素钢层，露出更多的硬质合金，重新加工成刀具，即本结构可以多次连续使用，降低综合使用成本，节约材料。硬质合金层的配方中碳化钨、碳化钛占比可以达到85％以上，从而极大地提高了芯层的硬度和耐磨性，拓展了刀具的使用范围，使其能够加工一些超高硬度的材料。碳素钢管同时起到模具的作用，其中填入硬质合金粉末后，封闭加压加热等一系列处理后，即可得到高韧高强的硬质合金棒材，工艺非常简单，设备要求不高，从而实现低成本高质量的生产。加入铁粉和镍粉可以增加硬质合金与碳素钢层之间的粘合力，可以防止材料的液氮、液态二氧化碳等急速冷却过程中造成硬质合金层出现微观裂纹，另外，镍粉的加入还能够细化晶粒，降低材料的磁性，提高材料的防腐性能。附图说明图1为实施例1中成型方法示意图；图2为实施例2中碳素钢管立体图；图3为实施例2中碳素钢管主视图；图4为实施例2中硬质合金棒材结构示意图；图5为实施例3中碳素钢管主视图；图6为实施例3中硬质合金棒材结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例3如图1～6所示，本实施例提供一种硬质合金棒材结构的成型方法，包括以下步骤：填充，设置一外层结构b，外层结构一体成型，设置腔体1位于外层结构b内部，设置凹槽10位于腔体1内表面，在腔体1内填充硬质合金粉末；压制成型，将填充入腔体1的硬质合金粉末挤压，并填满腔体1及腔体1内的凹槽10；烧结，在真空条件下进行烧结，烧结温度分别达到300、600、1000℃时，保温25min，当烧结温度达到1500℃时，经过50min降温至1150℃继续加热至1500℃并保温55min；冷却，冷却过程中，通过液态二氧化碳、液氮或冷却水雾化对经烧结后的硬质合金棒材结构进行冷却工序。实施例2如图2～4所示，本实施例提供一种硬质合金棒材结构，包括内外双层结构a和b，外层结构a为内部中空的腔体1，腔体1内表面设有凹槽10，内层结构b为硬质合金2，硬质合金2由硬质合金粉末经高温高压在真空条件下成型，硬质合金2嵌设在腔体1及凹槽10内。外层结构a呈圆柱形，外层结构a与内层结构b体积比为：1:2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质合金棒材结构成型方法，其特征在于，包括：填充，设置一外层结构，所述外层结构一体成型，设置腔体位于所述外层结构内部，设置凹槽位于所述腔体内表面，在腔体内填充硬质合金粉末；压制成型，将填充入所述腔体的硬质合金粉末挤压，并填满所述腔体及腔体内的凹槽；烧结，在真空条件下进行烧结，所述烧结温度分别达到300～310、600～610、1000～1100℃时，保温25～30min，当烧结温度达到1500～1550℃时，经过50～60min降温至1150～1200℃继续加热至1500～1550℃并保温55～60min；冷却，冷却过程中，通过液态二氧化碳、液氮或冷却水雾化对经烧结后的硬质合金棒材结构进行冷却工序。

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金棒材结构成型方法，其特征在于，包括：填充，设置一外层结构，所述外层结构一体成型，设置腔体位于所述外层结构内部，设置凹槽位于所述腔体内表面，在腔体内填充硬质合金粉末；压制成型，将填充入所述腔体的硬质合金粉末挤压，并填满所述腔体及腔体内的凹槽；烧结，在真空条件下进行烧结，所述烧结温度分别达到300～310、600～610、1000～1100℃时，保温25～30min，当烧结温度达到1500～1550℃时，经过50～60min降温至1150～1200℃继续加热至1500～1550℃并保温55～60min；冷却，冷却过程中，通过液态二氧化碳、液氮或冷却水雾化对经烧结后的硬质合金棒材结构进行冷却工序。2.根据权利要求1所述硬质合金棒材结构成型方法，其特征在于，所述硬质合金粉末由以下重量份原料组成：WC粉末65～80份、Co粉末1～3份、TaC3～3.5份、NbC2～3份、MoC8～10份、ZrC6～8份、TiC25～30份、铁粉3～...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾广胜，曾昭杰，曾雁琳，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43