CN101838727B - 硬质合金刀片基体的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硬质合金刀片基体的热处理方法，该热处理方法包括以下步骤：首先，将涂层前的硬质合金刀片基体真空加热升温到1050℃～1400℃，然后保温10min～120min，保温结束后通入2bar～20bar的冷却气体，使硬质合金刀片基体快速冷却到700℃～900℃，然后保持炉内气氛缓慢冷却至室温。本发明的热处理方法具有工艺流程简化、操作简单、高效、环保且有利于提高基体与涂层结合力等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种对硬质合金的加工处理方法，尤其涉及一种对硬质合金刀片的热处理方法。
背景技术
涂层硬质合金刀片现已广泛应用于金属切削加工领域。硬质合金在用作机械、矿山、电子、标准件等行业的工模具材料的加工时，虽然具有高硬度、耐磨、耐腐蚀等优良性能，但在用作金属切削刀具时，则存在因韧性差而导致崩刃、脆断和早期磨损失效的缺陷，严重限制了硬质合金刀片的使用范围；特别是在受到冲击荷载的场合，不仅要求硬质合金具有高硬度、高耐磨性，重要的是其还需具有良好的整体强韧性。
早期的硬质合金热处理是采用油淬后真空回火，如CN1827828A号和CN101050511A号中国专利文献均介绍了采用真空淬火油对钻探、凿岩用硬质合金和低钴硬质合金钎片进行热处理的方法。若硬质合金切削刀片也采用油淬进行热处理，则将存在以下问题：1)表面油污难以清洁干净，影响后续的涂层质量；2)冷却速度太快，导致相应热应力和热变形太大，从而难以保证刀片的尺寸精度。因此，涂层硬质合金刀片不宜采用油淬处理。CN101481783A号中国专利文献采用高压气淬工艺以增加硬质合金固溶强化效果，从而提高合金的硬度和抗弯强度，但这种工艺淬火后必须进行低温回火。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提出一种工艺流程简化、操作简单、高效、环保且有利于提高基体与涂层结合力的硬质合金刀片基体的热处理方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种硬质合金刀片基体的热处理方法，该热处理方法包括以下步骤：首先，将涂层前的硬质合金刀片基体真空加热升温到1050℃～1400℃，然后保温10min～120min，保温结束后通入2bar～20bar的冷却气体，使所述硬质合金刀片基体快速冷却到700℃～900℃，然后保持炉内气氛缓慢冷却至室温。
上述的硬质合金刀片基体的热处理方法中，所述冷却气体优选为N2、Ar、H2或He。
上述的硬质合金刀片基体的热处理方法中，所述硬质合金刀片基体快速冷却阶段，冷却气体的压强控制在5bar～10bar。该优选压强下的冷却气体能更好地控制冷却速度。
上述的硬质合金刀片基体的热处理方法中，所述保温区间优选控制在1150℃～1250℃。
上述的硬质合金刀片基体的热处理方法中，所述保温时间优选控制在20min～60min。
上述优选的热处理温度和保温时间能更好地控制WC的溶解度，从而使硬质合金基体的强化效果和合金性能达到良好的平衡。
上述的硬质合金刀片基体的热处理方法中，所述快速冷却阶段的平均降温速度优选控制在200℃/min～500℃/min；所述缓慢冷却阶段的平均降温速度优选控制在10℃/min以下。
上述的硬质合金刀片基体的热处理方法中，所述加热升温阶段的升温速度优选控制在1℃/min～10℃/min。
与现有技术相比，本发明的热处理方法是在真空加热、真空保温阶段以后，通入高压气体对硬质合金刀片基体进行强制冷却，由于是采用高压气体进行冷却，且冷却阶段分为先快速冷却阶段和后缓慢冷却阶段，通过这两个阶段的冷却工艺，使热处理产生的内应力降到最低水平，以至于无需后续回火工艺消除热应力，用一次淬火工艺取代传统的淬火-回火工艺，工艺流程得到简化。本发明的发明人通过反复实验，对整个热处理方法中的各项关键性工艺参数作了进一步的优化，使得本发明对硬质合金刀片基体的热处理效果达到最好水平。另外，由于本发明采用真空加热-高压气体冷却方式，硬质合金刀片基体表面Co分布比热处理前更加均匀，表面清洁度提高，从而更有利于提高硬质合金刀片基体与涂层间的结合力。经过本发明的热处理，也大大提高了硬质合金基体的耐磨性和断裂韧性，是一种高效、环保的热处理工艺。
具体实施方式
实施例1
一种型号为APMT1135PDR的硬质合金刀片基体，其成分包括10wt.％的Co和90wt.％的WC，WC的平均粒度为0.8μm。该硬质合金刀片基体于1410℃下烧结完成后，采用本发明的热处理方法对其进行处理：先将其置于真空高压热处理炉中，并以8℃/min的升温速度加热至1200℃并保温30min，随后向炉内通入8bar的高纯N2，使硬质合金刀片基体快速冷却至800℃，快速冷却阶段的平均降温速度达到295℃/min，然后继续保持该炉内气氛及压强使硬质合金刀片基体缓慢冷却至50℃，缓慢冷却阶段的平均降温速度为7.5℃/min，缓慢冷却后完成整个热处理过程。
热处理后的该硬质合金刀片基体上采用PVD方法涂一层厚度2μm～5μm的TiAlN涂层。
本实施例的硬质合金刀片基体在经过本发明方法热处理前、后的性能指标如下表1所示：
表1：实施例1中硬质合金刀片基体在热处理前、后的性能对比
由上表1可见，经过热处理后的硬质合金刀片基体的断裂韧性明显提高。
实施例2
一种型号为SEKR1204AZ-YM的硬质合金刀片基体，其成分包括10wt.％的Co和90wt.％的WC，WC的平均粒度为2.6μm。该硬质合金刀片基体于1440℃下烧结完成后，采用本发明的热处理方法对其进行处理：先将其置于真空高压热处理炉中，并以8℃/min的升温速度加热至1200℃并保温40min，随后向炉内通入10bar的高纯N2，使硬质合金刀片基体快速冷却至800℃，快速冷却阶段的平均降温速度达到328℃/min，然后继续保持该炉内气氛及压强使硬质合金刀片基体缓慢冷却至50℃，缓慢冷却阶段的平均降温速度为8.5℃/min，缓慢冷却后完成整个热处理过程。
热处理后的该硬质合金刀片基体上采用PVD方法涂一层厚度2μm～5μm的TiAlN涂层。
本实施例的硬质合金刀片基体在经过本发明方法热处理前、后的性能指标如下表2所示：
表2：实施例2中硬质合金刀片基体在热处理前、后的性能对比
由上表2可见，经过热处理后的硬质合金刀片基体的硬度和断裂韧性均得到明显提高。
对比实验1
分别用本实施例最后得到的硬质合金涂层刀片和未经本实施例热处理的普通涂层刀片加工钢材NAK80，并进行冲击性能试验，具体的加工参数为：切削速度V＝120mm/min，切削宽度Ae＝40mm，切削深度Ap＝1.5mm，进给量Fz＝0.2mm/z，加工效果如下表3所示：
表3：实施例2的涂层刀片与普通涂层刀片在对比实验1中的加工效果
由上表3可见，经过热处理后的硬质合金涂层刀片，其切削时间明显增加，刀片的寿命得到很大提高。
对比实例2：
分别用本实施例最后得到的硬质合金涂层刀片和未经本实施例热处理的普通涂层刀片加工钢材42CrMo，并进行综合性能试验，具体的加工参数为切削速度V＝250mm/min，切削深度Ap＝2mm，切削宽度Ae＝50mm，进给量Fz＝0.15mm/z，加工效果如下表4所示：
表4：实施例2的涂层刀片与普通涂层刀片在对比实验2中加的工效果
由上表4可见，经过热处理后的硬质合金涂层刀片，其切削时间明显增加，刀片的寿命得到提高。
实施例3
一种型号为SEET12T3-DM的硬质合金刀片基体，其成分包括10wt.％的Co和90wt.％的WC，WC的平均粒度为0.8μm。该硬质合金刀片基体于1410℃下烧结完成后，采用本发明的热处理方法对其进行处理：先将其置于真空高压热处理炉中，并以8℃/min的升温速度加热至1200℃并保温30min，随后向炉内通入10bar的高纯N2，使硬质合金刀片基体快速冷却至800℃，快速冷却阶段的平均降温速度达到328℃/min，然后继续保持该炉内气氛及压强使硬质合金刀片基体缓慢冷却至50℃，缓慢冷却阶段的平均降温速度为8.5℃/min，缓慢冷却后完成整个热处理过程。
热处理后的该硬质合金刀片基体上采用PVD方法涂一层厚度2μm～5μm的TiAlN涂层。
本实施例的硬质合金刀片基体在经过本发明方法热处理前、后的性能指标如下表5所示：
表5：实施例3中硬质合金刀片基体在热处理前、后的性能对比
由上表5可见，经过热处理后的硬质合金刀片基体的硬度和断裂韧性均得到明显提高。
对比实验3
分别用本实施例最后得到的硬质合金涂层刀片和未经本实施例热处理的普通涂层刀片加工球铁QT250，并进行耐磨性能试验，具体的加工参数为切削速度V＝250mm/min，切削深度Ap＝2mm，切削宽度Ae＝50mm，进给量Fz＝0.2mm/z，加工效果如下表6所示：
表6：实施例3的涂层刀片与普通涂层刀片在对比实验3中的加工效果
由上表6可见，经过热处理后的硬质合金涂层刀片，其切削时间明显增加，刀片的寿命得到提高，磨损量减小，抗磨损能力也有所提高。
对比实验4
分别用本实施例最后得到的硬质合金涂层刀片和未经本实施例热处理的普通涂层刀片加工不锈钢QT250，并进行耐磨性能试验，具体的加工参数为切削速度V＝300mm/min，切削深度Ap＝1.5mm，切削宽度Ae＝50mm，进给量Fz＝0.15mm/z，加工效果如下表7所示：
表7：实施例3的涂层刀片与普通涂层刀片在对比实验4中的加工效果
由上表7可见，经过热处理后的硬质合金涂层刀片，在切削时间相同的情况下，磨损量减小，抗磨损能力明显提高。
Claims (6)
1.一种硬质合金刀片基体的热处理方法，该热处理方法包括以下步骤：首先，将涂层前的硬质合金刀片基体真空加热升温到1050℃～1400℃，然后保温10min～120min，保温结束后通入2bar～20bar的冷却气体，使所述硬质合金刀片基体快速冷却到700℃～900℃，然后保持炉内气氛缓慢冷却至室温；
所述快速冷却阶段的平均降温速度控制在200℃/min～500℃/min；所述缓慢冷却阶段的平均降温速度控制在10℃/min以下。
2.根据权利要求1所述的硬质合金刀片基体的热处理方法，其特征在于：所述冷却气体为N2、Ar、H2或He。
3.根据权利要求1所述的硬质合金刀片基体的热处理方法，其特征在于：所述硬质合金刀片基体快速冷却阶段，冷却气体的压强控制在5bar～10bar。
4.根据权利要求1所述的硬质合金刀片基体的热处理方法，其特征在于：所述保温区间控制在1150℃～1250℃。
5.根据权利要求4所述的硬质合金刀片基体的热处理方法，其特征在于：所述保温时间控制在20min～60min。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的硬质合金刀片基体的热处理方法，其特征在于：所述加热升温阶段的升温速度控制在1℃/min～10℃/min。
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