硬质合金工具及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种硬质合金工具，它包括在Ｃｏ和／或Ｎｉ的粘接相中的硬质组分，并且包括至少一个表面部分和一内部部分，其中表面部分的晶粒尺寸小于在内部部分中的晶粒尺寸。具有细小晶粒尺寸的表面部分其粘接相含量低于内部部分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用烧结技术制成的硬质合金工具，以用于金属切削或金属成型。更具体地说，本专利技术涉及这样一种利用烧结技术制成的硬质合金工具，在该工具中形成两个不同的具有互补性能的微观结构区域。
技术介绍
在硬质合金中，晶粒尺寸以及粘接相(例如，钴)含量都对该复合材料的性能有影响。例如，碳化钨的晶粒尺寸越小或越细，则材料越耐磨。钴含量增大通常导致韧性增大。通过在初始粉末混合物中掺入晶粒细化剂来生产具有细小晶粒尺寸的硬质合金。这种硬质合金在其整个微观结构上具有细小的晶粒尺寸。通过不掺入任何晶粒细化剂进行烧结来生产出具有粗大晶粒尺寸的硬质合金，因为硬质合金例如WC-Co复合材料在烧结期间容易使WC晶粒粗大。这种硬质合金在其整个微观结构上具有粗大的晶粒尺寸。可以理解的是，这些硬质体整体具有均匀的微观结构。硬质合金产品广泛地使用在金属加工工具及像钢、铜合金、合成材料等材料的不同的冷成型加工中。后一类型的工具的例子如拉丝模，它是一个通常安装到钢或金属保持器内的硬质合金尖端。这样的工具应该有一个硬的和耐磨的表面区域，其也应该有下面的附加性质优良的热传导性；低的摩擦系数，即，它可以自润滑或协助冷却液润滑；优良的耐腐蚀性；抗微裂化性；和高的韧性。具有至少两种不同的微观结构区域的硬质合金体在本领域是公知的。例如，在EP-A-951576中披露了具有强韧硬质合金品质的芯部和具有更耐磨品质的覆盖层的钻头。EP-A-194018涉及一种拉丝模，它由具有粗大晶粒的碳化钨颗粒的中央层和具有晶粒更细的碳化钨颗粒的外周层制成。最初这些层具有相同的钴含量。在烧结之后，在中央部分中的晶粒粗大层其钴含量降低。EP-A-257869披露了一种由耐磨顶部和强韧芯部制成的凿岩钻块。顶部由具有低Co含量和细小WC晶粒尺寸的粉末制成，并且芯部由具有高Co含量和粗大WC晶粒的粉末制成。没有披露在烧结之后在两个部分中的Co含量。但是，同样的在该情况中，在晶粒粗大部分中的Co含量将由于在晶粒细小层中的Co含量而降低。在US 4,359,335中公开了类似的内容。在US 4,843,039中披露了一种可选方案，该文献披露了优选用于进行金属机加工的切削刀具的刀片的硬质合金体。这些主体包括一硬质合金芯部，它包含由不具有η相(eta-phase)的硬质合金表面区域包围的具有η相的硬质合金芯部，而且其在表面中的钴含量较低并且在靠近η相区域的位置处的钴含量较高。US 4,743,515是类似的，但是它涉及岩石钻孔和矿物切割。US 5,623,723披露了一种制造具有耐磨表面区域的硬质合金体的方法。该方法包括以下步骤提供一硬质合金压坯；将晶粒细化剂粉末放在该压坯的暴露表面的至少一部分上；并且对该压坯和晶粒细化剂粉末进行热处理以便使晶粒细化剂朝着压坯的中央部分扩散，由此形成从其中放有晶粒细化剂的暴露表面向内的表面区域并且形成一内部区域。因此，获得这样一种硬质合金体，它具有其晶粒尺寸更小但是其Co含量高于该主体内部Co含量的表面区域。这意味着由于WC晶粒尺寸更小而获得的耐磨性增加将由于Co含量增大而在一定程度上丧失。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种具有其粘接相含量较低并且WC晶粒尺寸细小因此耐磨性较高的表面区域的。现在令人惊讶地发现，从碳化钨和粘接相的单个混合物中可以获得具有与内部相比其晶粒尺寸更小并且钴含量更低的表面部分的硬质合金体。附图的简要说明附图说明图1示出在根据本专利技术的刀片中硬度(HV3)和钴含量与离刀刃的距离的关系。图2示出在根据本专利技术的刀片中铬含量与离刀刃的距离的关系。图3是示出在根据本专利技术的刀片中在距离刀刃(FEG-SEM，20000X，BSE型号)100μm的位置处的微观结构的显微图。图4是示出在根据本专利技术的刀片中在距离刀刃(FEG-SEM，20000X，BSE型号)3mm的位置处的微观结构的显微图。图5示出在本专利技术的另一实施例中，钴含量与距前Cr3C2覆盖表面的距离的关系，以及铬含量与距前Cr3C2覆盖表面的距离的关系。图6是示出距放置Cr3C2粉末的表面的距离为100μm的微观结构的显微图(FEG-SEM，15000X，BSE型号)。图7是示出距放置Cr3C2粉末的表面的距离为3mm的微观结构的显微图(FEG-SEM，15000X，BSE型号)。具体实施例方式根据本专利技术，提供了一种用于金属切削和金属成型的硬质合金工具，它包含在Co和/或Ni的粘接相中的硬质组分，并且包括至少一个0-2000μm厚、优选为5-1200μm厚、更优选为10-800μm厚、最优选为10-300μm厚的表面部分和一内部部分，其中表面部分的晶粒尺寸小于在内部部分中的晶粒尺寸，并且粘接相含量低于在内部部分中的粘接相含量，并且Cr含量高于在内部部分中的Cr含量。更具体地说，表面部分的粘接相含量小于内部部分的粘接剂含量的1倍、优选＜0.92倍、更优选＜0.85倍，并且表面部分的WC晶粒尺寸小于内部部分中的WC晶粒尺寸的1倍、优选＜0.9倍、更优选＜0.8倍。优选的是，表面部分含有Cr，从而在表面部分中的参数A＝((wt％Cr/wt％粘接相)+0.01)和在Cr含量最低的那部分主体处取的参数B＝((wt％Cr/wt％粘接相)+0.01)之间的比值A/B＞1.5，优选A/B＞3.0。在第一实施方案中，表面部分的WC晶粒尺寸为亚微细粒。在第二实施方案中，内部部分的WC晶粒尺寸为1-3μm。在第三实施方案中，硬质合金的组分为其粘接相含量＞1.5wt％的WC+Co，优选的＞5wt％，但＜25wt％、优选＜15wt％。在第四实施方案中，该硬质合金另外包含0-30、优选0.2-16、最优选为0.4-9vol％的γ相。在第五实施例中硬质合金工具是一个用于金属加工的切削刀具的刀片，本专利技术能用于其它硬质合金切削刀具，例如端铣刀和钻，这对于本领域的技术人员是显而易见的。在第六实施例中硬质合金工具是一个冷成型工具。在成型的应用中使用硬质合金的其它例子来自这些不同的领域，如成型饮料罐、螺栓、钉子和其它应用，这些对于本领域的技术人员是公知的。所有这些实施例可包含晶粒细化剂，例如碳化钒(VC)和碳化铬(Cr3C2)。这些硬质合金工具还可以具有公知技术的耐磨涂层，优选1-40μm厚，更优选1-15μm厚。本专利技术也涉及制造用于金属切削或金属成型的硬质合金体的方法，硬质合金体例如是具有耐磨表面区域的用于碎屑成形加工的切削刀具的刀片或冷成型工具，该方法包括下面的步骤-提供由单一的粉末制成的硬质合金压坯，单一的粉末包括形成硬质组分的粉末，可有晶粒细化剂，例如碳化钒(VC)和碳化铬(Cr3C2)，和钴和/或镍的粘结相；-通过浸渍、喷、涂、施加薄带或以任意其它方式将晶粒细化剂粉末放在压坯的暴露表面的至少一个部分上；该晶粒细化剂优选为任意铬碳化物(Cr3C2、Cr23C6和Cr7C3或其混合物)或铬和碳的混合物或其它包含有铬和碳和/或氮的化合物；-烧结该压坯和晶粒细化剂粉末以便使晶粒细化剂扩散离开晶粒细化剂施加表面，由此形成具有与内部部分相比钴含量较低、铬含量较高和WC晶粒尺寸较小的一梯度区域；-在烧结的最终阶段期间可以施加均衡气压以获得一致密体；-可以采用磨削或任意其它机械方法来减小表面部分的厚度；-可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属切削或金属成型的硬质合金工具，包含在Ｃｏ和／或Ｎｉ的粘接相中的硬质组分，并且包括至少一个表面部分和一个内部部分，其中表面部分的晶粒尺寸小于内部部分中的晶粒尺寸，其特征在于，具有细小晶粒尺寸的表面部分其粘接相含量低于内部部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽安娜科林，苏珊诺格伦，
申请(专利权)人：山特维克公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]