本发明专利技术公开了一种用于铸铁车削加工的硬质合金，其是以包括Co、Ni、Fe中至少一种的金属元素作为粘结相，以包括WC和过渡金属元素的立方碳化物在内的化合物作为硬质相，在粘结相中固溶有Cr元素，粘结相的含量为4wt.％～10wt.％，Cr元素占粘结相的含量为1wt.％～10wt.％，立方碳化物的含量为0.5wt.％～2wt.％，余量为WC；硬质合金中WC的平均粒径为0.8μm～1.5μm，立方碳化物的平均粒径为WC平均粒径的0.8～1.5倍。本发明专利技术的硬质合金及其涂层刀片同时具有高耐磨性和高韧性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属切削加工领域，尤其涉及用于制备硬质合金刀具的基体材料及其制成的刀片。
技术介绍
硬质合金刀具广泛应用于金属切削加工领域。在硬质合金刀具的切削过程中，存在两种失效方式:磨损和破损。刀具磨损主要包括磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损。在不同的切削条件下，加工不同材料的工件时，其磨损的主要原因可能是其中的一种或几种，总的来说切削温度较低时以磨粒磨损为主，切削温度较高时以扩散磨损、氧化磨损为主。刀具破损主要是塑性变形破损和脆性破损(崩刃、破裂、剥落、裂纹破损)。硬质合金刀具硬度高、脆性大，是粉末烧结体，可能具有不均匀性等缺陷。在切削加工过程中，特别是在断续切削条件下，或因为加工材料的不均性导致切削加工带有断续切削的性质时，切削刀具受到机械和热冲击容易产生脆性破损。实验表明刀具早期破损，受热应力影响小，主要是受机械冲击作用所致；刀具后期疲劳破损主要是在机械和热冲击共同作用下刀具内裂纹失稳扩展所致。在高速高效切削加工或加工耐高温材料时可能达到很高的切削温度，过高的温度会降低刀具材料的屈服强度，在切削力的作用下导致塑性变形而丧失切削能力。为了适应高速高效加工、非连续加工和恶劣条件加工的要求，刀具需要更高的耐磨性和韧性。硬质合金的韧性和硬度通常很难同时提高，为了提高耐磨性和抗塑性变形能力，需要提高立方相化合物含量或降低粘结相含量，因此韧性随之降低；为了提高合金韧性则需要降低立方相化合物含量或提高粘结相含量，因此耐磨性和抗塑性变形能力随之降低。因此，如何在韧性和硬度之间获得平衡，一直是研究人员所关注的。铸铁加工时对刀具基体产生冲击和磨粒磨损，对刀具基体的韧性和抗磨粒磨损能力要求比较高。早期的铸铁加工用硬质合金刀具基体材质一般以WC-Co合金为主体，通过添加少量的Ta、Nb、Ti等立方相化合物来提高其耐磨性能。如专利文献US2002021432公开了一种用于灰铁和球铁纟先削的硬质合金基体，其成分为7.3 7.9wt.%的Co, 1.0 1.8wt.%的Ta和Nb的立方相化合物，其余为WC ；US2006110532公开了一种用于铣削高合金化灰铁的的硬质合金基体，其成分为5 8wt.%的Co，少于0.5wt.%的Ta、Ti和/或Nb的立方相化合物，其余为WC ；US2007134517公开了一种用于铸铁车削的硬质合金基体，其成分为6 8wt.%的(:0，2 3wt.%的了&(:和0.2% 0.35%的恥(:，其余为1(:。上述专利文献所提供的技术方案制备的硬质合金虽然具有较好的抗磨粒磨损能力，但是在整体韧性以及抗氧化/扩散磨损方面仍然存在不足。随着金属切削加工参数的不断提升，对刀具基体材质的韧性和耐磨性提出了更高的要求，原有的基体材质越来越显示出整体性能上的不足
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种同时具有高耐磨性和高韧性的用于铸铁车削加工的硬质合金及硬质合金涂层刀片。为解决上述技术问题，本专利技术提出如下技术方案:一种用于铸铁车削加工的硬质合金，所述硬质合金以包括Co、N1、Fe中至少一种的金属元素作为粘结相，以包括WC和过渡金属元素的立方碳化物在内的化合物作为硬质相，在所述粘结相中固溶有Cr元素,所述粘结相的含量为4wt.0A IOwt.% ,所述Cr元素占粘结相的含量为Iwt.% IOwt.%,所述立方碳化物的含量为0.5wt.% 2wt.%,余量为WC ;所述硬质合金中WC的平均粒径为0.8 μ m 1.5 μ m，所述立方碳化物的平均粒径为WC平均粒径的0.8 1.5倍。上述的用于铸铁车削加工的硬质合金，所述粘结相的含量优选为5wt.% 8wt.% ο上述的用于铸铁车削加工的硬质合金，所述Cr元素占粘结相的含量优选为4wt.% 8wt.%。上述的用于铸铁车削加工的硬质合金，所述过渡金属元素的立方碳化物优选包括Ta的立方碳化物和Nb的立方碳化物。更进一步的，所述过渡金属元素的立方碳化物的总含量优选为0.8wt.% L 5wt.%。上述的用于铸铁车削加工的硬质合金，所述硬质相中WC的平均粒径优选为1.0 μ m 1.2 μ m，所述立方碳化物的平均粒径优选为WC平均粒径的1.0 1.2倍。上述的用于铸铁车削加工的硬质合金，所述Cr元素优选是以金属固溶体或Cr的碳化物形式加入。作为一个总的技术 构思，本专利技术还提供一种用于铸铁车削加工的硬质合金涂层刀片，所述硬质合金涂层刀片是以上述的硬质合金为基体，所述硬质合金基体上涂覆有TiCN层和Al2O3涂层。与现有技术相比，本专利技术的优点在于:本专利技术的硬质合金基体在成分方面，同时加入Cr、Ta、Nb等元素，组合了 Cr元素和Ta、Nb的碳化物的优点，其中Cr元素增强了 WC/Co界面强度和韧性、提高粘结相抗氧化、扩散能力，Ta、Nb的碳化物提高合金硬度和高温性能；结构方面，由于Cr元素具有控制晶粒的作用，同时通过原料粒度的控制即可以对硬质合金中化合物的粒度进行控制，本专利技术的硬质合金具有合理的WC粒度以及合理的立方相化合物与WC之间粒度搭配。综上，本专利技术的硬质合金的耐磨性和韧性同时得到提高，从而具有出色的抗磨粒磨损和抗氧化/扩散磨损能力，以及优良的断裂韧性和抗热裂纹扩展能力，非常适合做为铸铁尤其是球墨铸铁车削加工刀具的基体材质。具体实施例方式以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步的描述。实施例1:一种本专利技术的用于铸铁车削加工的硬质合金，该硬质合金主要以金属Co作为粘结相，以包括WC和Ta、Nb的立方碳化物在内的化合物作为硬质相，在粘结相中固溶有Cr元素。本专利技术的硬质合金中，粘结相的含量为6.3wt.%，Cr元素占粘结相的含量为4.5wt.%,立方碳化物的含量为1.1wt.%，其中含0.85wt.%的TaC和0.25wt.%的NbC，余量为WC ；硬质合金中WC的平均粒径为1.2 μ m，立方碳化物的平均粒径为1.0 μ m。本专利技术硬质合金的制备方法包括以下步骤:准备好原料为WC、TaNbC, Cr3C2和Co粉，平均粒径分别为1.5 μ m、1.0 μ m、0.8 μ m和1.0 μ m,按比例配制成混合粉末，经过球磨后压制成刀片粗坯，然后进行1440°C的真空烧结，具体的烧结工艺为:先以5°C /min IO0C /min的升温速率加热到1250°C 1300°C，保温IOmin 30min，然后以2°C /min 50C /min的升温速率升温至1350°C 1400°C，再保温20min 40min，继续以2V /min 5°C /min的速度升温至1440°C保温60min,最后冷却至室温,得到本实施例的硬质合金刀片基体。实施例2: 一种本专利技术的用于铸铁车削加工的硬质合金，该硬质合金主要以金属Co作为粘结相，以包括WC和Ta、Nb的立方碳化物在内的化合物作为硬质相，在粘结相中固溶有Cr元素。本专利技术的硬质合金中，粘结相的含量为5.8wt.%, Cr元素占粘结相的含量为5wt.%,立方碳化物的含量为0.55wt.%，其中含0.44wt.%的TaC和0.1lwt.%的NbC，余量为WC ；硬质合金中WC的平均粒径为1.0 μ m，立方碳化物的平均粒径为1.2 μ m。本专利技术硬质合金的制备方法包括以下步骤:准备好原本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于铸铁车削加工的硬质合金，所述硬质合金以包括Co、Ni、Fe中至少一种的金属元素作为粘结相，以包括WC和过渡金属元素的立方碳化物在内的化合物作为硬质相，其特征在于：在所述粘结相中固溶有Cr元素，所述粘结相的含量为4wt.％～10wt.％，所述Cr元素占粘结相的含量为1wt.％～10wt.％，所述立方碳化物的含量为0.5wt.％～2wt.％，余量为WC；所述硬质合金中WC的平均粒径为0.8μm～1.5μm，所述立方碳化物的平均粒径为WC平均粒径的0.8～1.5倍。
【技术特征摘要】
1.一种用于铸铁车削加工的硬质合金，所述硬质合金以包括Co、N1、Fe中至少一种的金属元素作为粘结相，以包括WC和过渡金属元素的立方碳化物在内的化合物作为硬质相，其特征在于:在所述粘结相中固溶有Cr元素，所述粘结相的含量为4wt.0A IOwt.%,所述Cr元素占粘结相的含量为lwt.% IOwt.%，所述立方碳化物的含量为0.5wt.% 2wt.%，余量为WC ;所述硬质合金中WC的平均粒径为0.8 μ m 1.5 μ m，所述立方碳化物的平均粒径为WC平均粒径的0.8 1.5倍。2.根据权利要求1所述的用于铸铁车削加工的硬质合金，其特征在于:所述粘结相的含量为5wt.% 8wt.% ο3.根据权利要求1所述的用于铸铁车削加工的硬质合金，其特征在于:所述Cr元素占粘结相的含量为4wt.Yo 8wt.%。4.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：周定良，谢文，黄文亮，黄前葆，王社权，
申请(专利权)人：株洲钻石切削刀具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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