CN103205620A - 刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法,其中,刀具包含均质化碳化钨及选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合,通过均质化分散、离心颗粒大小分类及超音波震荡等组合方式获得均质化碳化钨,并制得到较高硬度及较长使用寿命的均质化碳化钨刀具。此制造方法通过特殊的均质器将碳化钨粉末均质化,结合离心分离及超音波震荡方法,进而达到团聚分子分散的效能,其所制造的刀具呈现整体硬度均匀,于长期使用下刀具表面凹陷毁损机率较低,并具有较佳的刀具使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种刀具,特别涉及一种刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法。
背景技术
近几十年来,科学发展一日千里,新技术、新理论、新材料不断地发展出来。在许多重要的材料中,碳化钨(tungsten-titanium,WC)属于最强硬的材料,利用碳化钨可制成各类零件。目前,碳化钨刀具新材料使得切削钢材的加工效率获得突破性提高,以硬质合金材料的形态广泛应用在各种对耐磨性要求严格的特殊零件,如阀类、iPhone外壳模具、钻头、扫雪机刀片等。为了配合高速加工、大量节省加工时间与成本,刀具的改进已成为目前产业量产重要的因素。碳化钨刀具因有较高耐磨性和硬度而在刀具市场上的比重日益增加,且广泛地应用于制造工艺中。
碳化钨刀具为粉末冶金的产品,其主要成分为钨并加入钛、钼、钽等金属粉末及钴粉作为结合剂,再经加热烧结完成。碳化钨刀具的硬度较任何其它材料均高且可达高碳钢的三倍,并适用于切削较硬金属或石材,因其材质脆硬,故只能制成片状再焊于较具韧性的刀柄上。
目前,碳化钨刀具制作方式是利用粉末冶金方式以碳化钨合金材料制作,其主要成份是碳化钨,且以钴为黏合剂而使碳化钨晶粒黏合在一起。碳化钨刀具的粉末冶金制作方式主要由下列步骤所组成:
(一)碳化钨粉的制取:利用选矿技术将含钨的矿石破碎分离,而取得含钨量高的精矿,将含钨的精矿与碳化铝或碳化钙混在一起加热产生反应,所产生的高热量与碳化铝或碳化钙进行加热反应至超2100℃而形成碳化钨,待冷却后将此碳化钨破碎至极细的粉末。另外一种制造方式是在高温下将钨粉与碳混在一起制成碳化钨。
(二)合金的制成:碳化钨合金制作是将碳化钨与钴以一定的比例混合并加压成各种形状,然后半烧结。此烧结过程通常是在真空炉里进行,设定真空炉的温度大约为1300℃至1500℃之间可制得含有约94%碳化钨及6%钴的碳化钨合金材料,其中碳化钨颗粒之间以钴粒为黏合剂。
烧结碳化物是由散布的坚硬陶瓷颗粒(碳化钨)及包围它们的金属基质(钴)所组成,碳化钨质地坚硬、劲度高且耐高温但具脆性,故为了改善其韧性,于加入钴粉末加压成压粉体后,加热使钴熔化而将碳化钨紧紧包住。固化后钴即成为碳化钨的黏结剂,且提供了耐冲击抵抗能力,钴的主要功能是作为碳化钨的黏结剂和改善刀具韧性的功能。
由上述可见,目前碳化钨粉末冶金制程具有前述各方面的广大应用潜力,然而已知其仍具有下述限制及缺点:在碳化钨形成同时,粉末常因团聚效应而产生颗粒粒径不均一的现象,这样的碳化钨粉末在后续分离颗粒大小过程仅经过筛网粗略分离,随后即被添加入刀具加工制程中。因此,所制成的碳化钨刀具所含的碳化钨颗粒为非均质化分布,这样的非均质的碳化钨颗粒分布在所述刀具的内部及其表面不同位置上,所述刀具在使用过程中因其内部含有非均质碳化钨而使所述刀具表面呈现不同的硬度区域,亦或造成整体刀具的硬度下降,所制成的刀具制品在使用过程中可能会产生刀具表面凹陷毁损现象,而减少刀具的使用寿命。以目前关于碳化钨刀具的相关技术而言,大部分的技术都仅对碳化钨做颗粒纳米化处理,而忽略了碳化钨颗粒粒径的均质化表现对其硬度及刀具的使用寿命上的影响。因此,现有技术仍缺乏一种具有均质化碳化钨的刀具及其碳化钨的分类制造方法。
发明内容
为解决目前碳化钨刀具在制作过程中仅将碳化钨颗粒进行粗筛分离处理,而产生颗粒非均质化问题,导致对刀具的硬度及使用寿命上的影响。本发明提供一种刀具及其制造方法以及均质化碳化钨的制造方法,通过均质化分散、离心颗粒大小分类及震荡等组合方式,获得均质化碳化钨,可制得较高硬度及较长使用寿命的碳化钨刀具。
鉴于上述现有技术的问题,根据本发明的一个目的,提供一种刀具,碳化钨刀具由粉末冶金方法所制成,其中,刀具包含均质化碳化钨及选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。
较佳地,钨的含量占均质化碳化钨整体重量的50至90wt%。
较佳地,均质化碳化钨的粒径范围为纳米等级,粒径范围可为1-10nm。
根据本发明的另一目的,提出一种刀具的制造方法,其包括下列步骤:
(1)称取均质化碳化钨粉末与其它金属或金属化合物粉末于第一预设参数条件下压制成胚体,第一预设参数条件如下:环境压力1000Psi,持压时间20分钟及压制温度介于25~150℃之间;其中,其它金属或金属化合物粉末选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合;
(2)将上述胚体置于载座上再置入碳化环境中,并于第二预设参数条件下进行常压烧结,第二预设参数条件如下:烧结温度介于1410~1470℃之间、升温速率3~5℃/min之间及高温持温时间20~95分钟;以及
(3)烧结完成后得到具有均质化碳化钨的刀具。
较佳地,刀具的硬度可达1810~1850Hv30kg之间。
较佳地,刀具的使用寿命可达1880~1900分钟之间。
较佳地,刀具的横断裂强度可达4270~4300N/mm2之间。
根据本发明的又一目的,提出一种均质化碳化钨的制造方法,其包括下列步骤:
(1)提供含有碳化钨的原液;
(2)将含有碳化钨的原液置入均质器中,均质器包括搅拌头及震荡分散头,将含有碳化钨的原液通过搅拌头进行预定搅拌时间,再通过震荡分散头进行预定分散时间后,得到分散后原液;以及
(3)将分散后原液置入离心器中,离心器的高速离心力使分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,产生离心后原液,而获得具有预设颗粒范围的均质化碳化钨。
较佳地,在步骤(3)之后,进一步包含震荡步骤,所述震荡步骤将离心后原液置入震荡器中进行震荡,使离心后原液中碳化钨更均质化分散。
较佳地,在步骤(3)之前,进一步包含震荡步骤,所述震荡步骤将分散后原液置入震荡器中进行震荡,使分散后原液中碳化钨更均质化分散。
较佳地,在步骤(2)之前还包含另一离心步骤,所述另一离心步骤将含有碳化钨的原液置入离心器中,离心器的高速离心力使含有碳化钨的原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,产生另一离心后原液,后续将另一离心后原液置入步骤(2)的均质器中进行步骤(2)及步骤(3)。
较佳地,震荡器可为超音波震荡器。
较佳地,预定搅拌时间范围为2-4小时,预定分散时间可为1小时。
较佳地,钨的含量介于均质化碳化钨整体重量的50至90wt%。
较佳地,含有碳化钨的原液包含选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。
本发明所提供的刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法,其提供下列的优点:
1.均质化碳化钨颗粒分布于刀具的内部及表面不同位置上,刀具内部含有均质化碳化钨使其表面呈现相同的高硬度区域,所制成的刀具在使用过程中因刀具整体硬度均匀,所以在长期使用下刀具表面凹陷毁损机率降低,并具有较长的刀具使用寿命。
2.本发明的均质化碳化钨的制造方法利用均质化分散、离心颗粒大小分类及超音波震荡等组合方式,获得均质化碳化钨。其中,通过特殊的均质器将碳化钨均质化,后续在离心过程中利用高速离心作用力依照颗粒大小进行离心分类。非均质化碳化钨颗粒之间相互的碰撞力以及所受到的高离心力使原本团聚的颗粒能够有效地分散。此外,更可结合超音波震荡原理,在碳化钨原料进入到分类腔之前,将碳化钨溶液中未被彻底分散的颗粒进行超音波震荡分散,使团聚分子之间的空气间隙被超高频率的电磁流震荡击破,达到团聚分子分散的效能,进而达到颗粒均质化的目的。
本发明的效果并不限定于以上所述的情况,对于没有提及的其它效果,技术人员可从下面的记载明确地理解。
附图说明
图1是本发明一个实施例的均质化碳化钨的分类制造方法的流程步骤图。
图2是本发明另一实施例的均质化碳化钨的分类制造方法的流程步骤图。
图3是本发明又一实施例的均质化碳化钨的分类制造方法的流程步骤图。
具体实施方式
本发明使用分离液体中碳化钨颗粒大小的离心分类方法,其原理如下:
颗粒与流体在离心力场中作相对运动时,受到三个力的作用:离心力Fc、浮力Fb、曳引力Fd。对于一定的颗粒和流体,离心力Fc、浮力Fb一定,但曳引力Fd却随着颗粒运动速度而变化,最后颗粒与液体间的相对速度将平衡于终端速度ut,此时颗粒所受的各力的和为零
其中,r为旋转半径,ω为角速度,并且
Re为雷诺系数,最后可得终端速度ut为
本发明巧妙的应用曳引力将较小粒径的碳化钨曳引至空间中的不同位置而与较大粒径的碳化钨分离开。其原理如下:
碳化钨与器壁或碳化钨与碳化钨间的最大静磨擦力Fr正比于离心力Fc和浮力Fb的差
因此,曳引力与最大静磨擦力和粒径有不同的指数关系,只要适当控制液体与器壁的相对流速即可调整曳引力与最大静磨擦力的平衡点。其中,所受曳引力低于平衡点的粒径较小的碳化钨,即其所受曳引力大于最大静磨擦力的碳化钨,无法留滞在器壁而会被液体曳引带往其它位置,只有曳引力高于平衡点的粒径较大的碳化钨,即其所受曳引力小于最大静磨擦力的碳化钨可以留滞在器壁,进而可以分离出不同粒径的碳化钨。
在离心力的作用下,利用离心样品物质的沉降系数、浮力、密度的差异,进行分离、浓缩、提取所需颗粒粒径样品;离心机的设计原理,利用驱动转头旋转时所产生的离心场力加快样品粒子的沉降速度,把样品中不同沉降系数或浮力密度差的物质分离。决定离心力大小的因素除转速(Revolved perminute,r/min)和离心(转头)半径之外,还与粒子在旋转运动中所受到的力(重力、浮力、磨擦力)的作用影响有关,离心力方向与重力垂直,故常用相对离心力(Relative centrifugal force,rcf)表示,即相对于重力作用在旋转粒子上的离心力,用重力加速度g(980cm/s)作为量值,也称为”g-Force”,表达式为:rcf=1.118×10-5×(rpm)2×r(其中,r=半径,rpm=每分钟转速)。
碳化钨离心分类原理,如上所述,碳化钨颗粒随其粒径大小的不同,相对的沉降速度(系数)以及比重(密度)也不同。因此,碳化钨颗粒离心时,由于离心力的作用,颗粒按不同沉降速率沿桶底沉降。离心一段时间后,沉降的颗粒逐渐分离,最后形成一系列交界面清楚的不连续区带。沉降系数越大,往下沉降越快直至被设备排出。沉降系数较小的颗粒,则在较上部份依次出现并被设备吸附在桶壁上侧(需分离出的精细、细小的颗粒);同时,可根据调整不同的离心速度,使被分类的碳化钨颗粒受到不同的离心力,进而可以分类得到粒径大小不同的碳化钨颗粒。当中,受离心作用的待测物,离心速度与待测颗粒所受到的离心力成正比;沉降系数(沉降速度)与颗粒粒径成正比;离心速度与受离心颗粒粒径成反比(离心速度越高,离心分类出的颗粒粒径越小)。
碳化钨颗粒在分类中受到高速离心的同时,颗粒之间相互的碰撞力以及所受到的高离心力使原本团聚的颗粒能够良好有效地分散。
进一步,利用震荡原理,在碳化钨原料进入到分类腔之前,将碳化钨溶液中未被彻底分散的颗粒进行震荡分散,使团聚分子之间的空气间隙被震荡击破,达到团聚分子分散的效能,进而达到颗粒均质化的目的。
以下,参照附图详细说明本发明的实施例,以使本发明所属技术领域的具有通常知识的技术人员容易实施。但是,本发明能够以各种不同的形态实现,并不限定于在此所说明的实施例。
为能详细了解本发明的技术特征及实用功效,并可依照说明书的内容来实施,进一步通过以下实施例进行详细说明:
实施例一
首先,以WC-12wt%Co-0.3wt%Cr3C2/0.3wt%VC/0.2%TaNbC为目标组成物,使用无重混合器以65%体积比装载重钨酸铵(APT:(NH4)10W12O42·5H2O)、草酸钴(CoC2O4·2H2O)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化二铬(Cr2O3)、五氧化二钽(Ta2O5)、五氧化二铌(Nb2O5),在针式磨机(Pin mill)速度为1300rpm的混合环境下,将其均匀混合60分钟,然后在大气条件下在熔炉中以650℃锻烧30分钟,以形成钨和钴的复合氧化物。在氢气环境下经锻烧的粉末在隧道式的连贯烘炉中以800℃的最终反应温度被还原4小时,以形成钨和钴的复合粉末。之后通过加入碳黑作为碳源进行研磨处理,考虑到产生的去碳化,按照化学剂量的碳黑的量为复合金属粉末量的1.15倍,在渗碳处理中形成所有被添加的成分被同质混合的粉末。
在氢气环境下经混合的粉末在隧道式的连贯烘炉中以800℃的最终反应温度被还原4小时,最终制造出碳化钨-钴复合粉末,组成为WC-12wt%Co-0.3wt%Cr3C2/0.3wt%VC/0.2%TaNbC。
请参照图1,先进行步骤S1:称取上述碳化钨-钴复合粉末与适量的水混合,提供含有碳化钨的原液;
进行步骤S2:将含有碳化钨的原液置入均质器中,进行预定搅拌时间范围为2-4小时的搅拌,均质器包括独特的搅拌头及分散头。在本实施例中,通过搅拌头进行3小时的预定搅拌时间,再经由分散头进行1小时的预定分散时间,得到均匀分散后原液,分散时所用的分散头为剪切式,剪切式分散是对含有碳化钨的原液中的碳化钨颗粒与水分子进行高速的剪切粉碎,使得原液中含有团聚状态的碳化钨可以被切开并均匀地溶于水中;
进行步骤S3:将分散后原液置入离心器中,离心器的高速离心力使分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,而使前述的团聚的碳化钨更有效地均质化分散,得到离心后原液;
进行步骤S4:最后,将离心后原液置入震荡器中,本实施例所使用的震荡器为超音波震荡器,使离心后原液中碳化钨更有效地均质化分散,而取得具有预设粒径范围的均质化碳化钨。其中,钨的含量介于均质化碳化钨整体重量的50至90wt%,均质化的碳化钨粉末的粒径范围为1-10nm。其中,可依需要制备不同粒径范围的均质化碳化钨,再将其依不同粒径范围通入到不同的分类腔中。
本发明均质化碳化钨的制造方法,可以获得颗粒大小均一的碳化钨粉末,以下为利用上述分类制造方法所制造出的均质化碳化钨应用于制造碳化钨刀具的详细叙述。
本发明均质化碳化钨刀具由粉末冶金方法所制成,其特征在于刀具包括均质化碳化钨,其由下列步骤所制成:
首先,称取均质化碳化钨粉末40g,其中钨的含量介于均质化碳化钨整体重量的50至90wt%,均质化碳化钨粉末的粒径范围为1-10nm;另外,可在均质化碳化钨粉末中添加其它金属或金属化合物粉末,调整这些其它金属或金属化合物粉末的比例,可以调整所制造出的均质化碳化钨刀具的硬度、韧度及横断裂强度等机械特性,以适应目前产业的生产需求,例如:刀具包括均质化碳化钨,进一步可包含选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。
将上述碳化钨粉末与其它金属或金属化合物粉末压制成胚体,参数设定如下:环境压力1000Psi;持压时间20分钟;压制温度介于25~150℃之间;
将上述胚体置于载座上再置入碳化环境中,并于下列各参数值范围中进行常压烧结,参数如下:烧结温度1410~1470℃之间、升温速率3~5℃/min之间及高温持温20~95分钟;
烧结完成后得到具有均质化碳化钨的刀具。
实施例二
实施例二为实施例一的变型。称取与实施例一相同的金属或金属化合物成分及比例,先进行碳化钨的均质化过程,制造出含有均质化碳化钨粉末,之后再与其它的金属或金属化合物粉末进行混合、锻烧、还原及研磨等后续程序。
WC-12wt%Co-0.3wt%Cr3C2/0.3wt%VC/0.2%TaNbC为目标组成物,使用无重混合器以65%体积比装载重钨酸铵(APT:(NH4)10W12O42·5H2O)、草酸钴(CoC2O4·2H2O)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化二铬(Cr2O3)、五氧化二钽(Ta2O5)、五氧化二铌(Nb2O5),在针式磨机(Pin mill)速度为1300rpm的混合环境下,将其均匀混合60分钟;
其中,所采取的碳化钨先进行如实施例一所述的均质化碳化钨的制造方法,制造出含有均质化碳化钨粉末,其步骤如下:
首先,称取上述碳化钨与适量的水混合,形成含有碳化钨的原液;
将含有碳化钨的原液置入均质器中,进行预定搅拌时间范围为2-4小时的搅拌,均质器包括独特的搅拌头及分散头。在本实施例中,通过搅拌头进行3小时的预定搅拌时间,再经由分散头进行1小时的预定分散时间,得到均匀分散后原液,分散时所用的分散头为剪切式,剪切式分散是对含有碳化钨的原液中的碳化钨颗粒与水分子进行高速的剪切粉碎,使得原液中含有团聚状态的碳化钨可以被切开并均匀地溶于水中;
将分散后原液通入离心器中,离心器的高速离心力使分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,而使前述的团聚的碳化钨有效地更均质化分散,得到离心后原液;
将离心后原液置入震荡器中,使离心后原液中碳化钨更有效地均质化分散,得到具有预设粒径范围的均质化碳化钨;其中,钨的含量介于均质化碳化钨整体重量50至90wt%;
依照相同的颗粒大小分类均质化碳化钨并通入到不同的分类腔中,取颗粒粉末粒径约1-10nm的碳化钨,再与其它的金属或金属化合物粉末混合并通入针式磨机(Pin mill)均匀混合;
然后,在大气条件下将这些混合金属或金属化合物粉末在熔炉中以650℃锻烧30分钟以形成钨和钴的复合氧化物,在氢气环境下经锻烧的粉末在隧道式的连贯烘炉中以800℃的最终反应温度被还原4小时,以形成钨和钴的复合粉末;之后,通过加入碳黑作为碳源进行研磨处理,考虑到产生的去碳化,按照化学剂量的碳黑的量为复合金属粉末量的1.15倍,在渗碳处理中形成所有被添加的成分被同质混合的粉末;
在氢气环境下经混合的粉末在隧道式的连贯烘炉中以800℃的最终反应温度被还原4小时,以最终制造出碳化钨-钴复合粉末,组成为WC-12wt%Co-0.3wt%Cr3C2/0.3wt%VC/0.2%TaNbC,最后获得颗粒大小均一的碳化钨粉末。之后再利用上述均质化碳化钨制造碳化钨刀具,其制作方法与实施例一所用方法相同。
实施例一及实施例二所制作出的均质化碳化钨及具有均质化碳化钨的刀具,进行碳化钨硬度测试及均质化碳化钨刀具使用寿命的机械特性测试,测试方法及结果说明,如下所述:
具有均质化碳化钨的刀具硬度测试结果:
利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察制造的粉末的形状及大小,所产生的均质化碳化钨颗粒大小约为3nm,通过本发明碳化钨的分类制造方法,利用离心分类、均质化分散及震荡等组合方式,所获得均质化碳化钨的刀具机械性质如下:
实施例一:均质化碳化钨的刀具硬度为1825Hv30kg,其横断裂强度为4280N/mm2。
实施例二:均质化碳化钨的刀具硬度为1817Hv30kg,其横断裂强度为4272N/mm2。
本发明所制造出的均质化碳化钨刀具与目前所使用的碳化钨-钴复合刀具所呈现的机械性质相比较,本发明的刀具的硬度可达1810~1850Hv30kg之间,刀具的横断裂强度可达4270~4300N/mm2之间,而目前商业碳化钨-钴复合刀具的硬度大约为1700~1800Hv30kg,其横断裂强度约为3800~4000N/mm2。测试结果显示,本发明所制造出的均质化碳化钨刀具的硬度及横断裂强度均优于目前技术所制作出的碳化钨-钴复合刀具。
实施例三
请参照图2,称取与实施例一相同的金属或金属化合物成分及比例,进行步骤S11-S21-S41-S31,其差异仅是将实施例一中步骤S4置换到步骤S3之前,即,这些步骤顺序改写为步骤S11-S21-S41-S31。
称取上述碳化钨-钴复合粉末与适量的水混合,提供含有碳化钨的原液(步骤S11);
将含有碳化钨的原液置入均质器中,进行预定搅拌时间范围为2-4小时的搅拌,均质器包括独特的搅拌头及分散头。在本实施例中,通过搅拌头进行3小时的预定搅拌时间,经由分散头进行1小时的预定分散时间得到均匀分散后原液,分散时所用的分散头为剪切式,剪切式分散是对含有碳化钨的原液中的碳化钨颗粒与水分子进行高速的剪切粉碎,使得原液中含有团聚状态的碳化钨可以被切开并均匀地溶于水中(步骤S21);
将分散后原液置入震荡器中,使分散后原液中碳化钨更有效地均质化分散(步骤S41);
将已完成步骤S41的分散后原液置入离心器中,离心器的高速离心力使分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,而使前述的团聚的碳化钨更有效地均质化分散,得到均质化碳化钨(步骤S31);以及
最后,依照颗粒粒径分类均质化碳化钨(完成步骤S11-S21-S41-S31)并通入到不同的分类腔中。
实施例四
请参照图3,进行本发明均质化碳化钨的制造方法,称取与实施例一相同的金属或金属化合物成分及比例,其差异仅是在实施例一中步骤S2之前,进一步包含另一离心步骤S3,这些步骤顺序改写为步骤S111-S311′-S211-S311。
称取上述碳化钨-钴复合粉末与适量的水混合,提供含有碳化钨的原液(步骤S111);
将含有碳化钨的原液置入离心器中,离心器的高速离心力使分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,而使前述的团聚的碳化钨更有效地均质化分散,得到离心后原液(步骤S311′);
将离心后原液置入均质器中,进行预定搅拌时间范围为2-4小时的搅拌,均质器包括独特的搅拌头及分散头。在本实施例中,通过搅拌头进行3小时的预定搅拌时间,经由分散头进行1小时的预定分散时间,得到均匀分散后原液,分散时所用的分散头为剪切式,剪切式分散是对含有碳化钨的原液中的碳化钨颗粒与水分子进行高速的剪切粉碎,使得原液中含有团聚状态的碳化钨可以被切开并均匀地溶于水中(步骤S211);
将已完成步骤S211的分散后原液置入离心器中,离心器的高速离心力使分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,而使前述的团聚的碳化钨更有效地均质化分散,得到最终离心后原液(步骤S311),而取得均质化碳化钨;
最后,依照颗粒粒径大小分类均质化碳化钨(完成步骤S111-S311′-S211-S311)并通入到不同的分类腔中。
前述的本发明的均质化碳化钨的分类制造方法的步骤中,以实施例一为基准所述的步骤S1至步骤S4中任一步骤可相组合和/或变化并据以实施,如图1至图3所示及其前述说明,本发明中所述的均质化碳化钨的制造方法的步骤,可组合均质化分散、离心分类及超音波震荡等步骤,本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员可进行简单置换、变更或组合而以各种型态实施,并不限定于在此所说明的实施例。
本发明均质化分散、离心分类及超音波震荡等组合方式将原本非均质化的碳化钨颗粒,通过特殊的均质器将碳化钨均质化。在离心分类过程中利用高速离心作用力依照颗粒大小离心分类,非均质化碳化钨颗粒之间相互的碰撞力以及所受到的高离心力使原本团聚的颗粒能够有效地分散,并结合超音波震荡在碳化钨原料进入到分类腔之前,将溶液中未被彻底分散的碳化钨颗粒进行超音波震荡分散,使团聚分子之间的空气间隙被超高频率的电磁流震荡击破,达到团聚分子分散的效能,进而达到颗粒均质化的目的。
具有均质化碳化钨的刀具的使用寿命测试:
通过使用均质化碳化钨的刀具对工件进行切削耐磨测试,所使用的切削工件采用直径65mm,长230mm的中碳钢(S45C),材料的化学成分(wt%)为0.48C、0.22Si、0.69Mn、0.21P及0.14S;抗拉强度为58kgf/mm2;伸长率20%;勃氏硬度为167~229BHN。其中以台中精机CNC TNS-1A车床进行刀具寿命测试;其切削速率为90m/min、给进率为0.3mm/rev、切削深度为0.5min的干切削。
利用本发明具有均质化碳化钨的刀具进行研磨切削的使用寿命结果如下:
设定切削速度为90m/min时,利用实施例一所制造出的刀具,其使用寿命为1897分钟,利用实施例二所制造出的刀具,其使用寿命为1886分钟。在较佳实施例中,本发明的刀具的使用寿命范围可达1880~1900分钟,而目前商用刀具的刀具寿命范围约70~90分钟。实验结果表明,具有均质化碳化钨的刀具的使用寿命明显优于商用刀具,原因是利用上述碳化钨分类方法所制得的均质化碳化钨用于制作刀具,均质化碳化钨颗粒分布于刀具的内部及表面的不同位置上,因为刀具内部含有均质化碳化钨使其表面呈现相同的高硬度区域,所制成的均质化碳化钨刀具在使用过程中因其刀具整体硬度均匀,在长期切削研磨使用下,刀具表面耗损凹陷的程度明显比商用刀具的凹陷程度低很多,而延长了刀具的使用寿命。
利用本发明均质化碳化钨的分类制造方法及应用在制作碳化钨刀具,利用均质化分散、离心分类及超音波震荡等组合方式获得均质化碳化钨,并可制得较高硬度及较长使用寿命的碳化钨刀具,未来应可广泛地应用于制造工艺中。
上述实施例是用以说明本发明的技术特征,并非用以限制本发明的范围在这些实施例内,依照权利要求所述的方法可对其进行等效修改、组合或变更,均应包含在本申请范围中,本领域技术人员可以做些许的改良与修饰,但不脱离本发明的范畴。
Claims (16)
1.一种刀具,其特征在于,所述刀具包含均质化碳化钨及选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。
2.如权利要求1所述的刀具,其特征在于,钨的含量占所述均质化碳化钨整体重量的50至90wt%。
3.如权利要求1或2所述的刀具,其特征在于,所述均质化碳化钨的粒径范围为纳米等级。
4.如权利要求3所述的刀具,其特征在于,所述粒径范围为1-10nm。
5.一种刀具的制造方法,其特征在于,所述方法包括下列步骤:
(1)称取均质化碳化钨粉末与其它金属或金属化合物粉末于第一预设参数条件下压制成胚体,所述第一预设参数条件如下:环境压力1000Psi,持压时间20分钟及压制温度介于25~150℃之间;其中,所述其它金属或金属化合物粉末选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合;
(2)将所述胚体置于载座上再置入碳化环境中,并于第二预设参数条件下进行常压烧结,所述第二预设参数条件如下:烧结温度介于1410~1470℃之间、升温速率3~5℃/min及高温持温时间20~95分钟;以及
(3)烧结完成后得到具有均质化碳化钨的刀具。
6.如权利要求5所述的制造方法,其特征在于,所述具有均质化碳化钨的刀具的硬度为1810~1850Hv30kg。
7.如权利要求5所述的制造方法,其特征在于,所述具有均质化碳化钨的刀具的使用寿命为1880~1900分钟。
8.如权利要求5所述的制造方法,其特征在于,所述具有均质化碳化钨的刀具的横断裂强度为4270~4300N/mm2。
9.一种均质化碳化钨的制造方法,其特征在于,用于如权利要求1所述的刀具,所述制造方法包括下列步骤:
(1)提供含有碳化钨的原液;
(2)将所述含有碳化钨的原液置入均质器中,所述均质器包括搅拌头及震荡分散头,将所述含有碳化钨的原液通过所述搅拌头进行预定搅拌时间,再通过所述震荡分散头进行预定分散时间后,得到分散后原液;以及
(3)将所述分散后原液置入离心器中,所述离心器的高速离心力使所述分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,产生离心后原液,而获得具有预设颗粒粒径范围的均质化碳化钨。
10.如权利要求9所述的均质化碳化钨的制造方法,其特征在于,在步骤(3)之后进一步包含震荡步骤,所述震荡步骤将所述离心后原液置入震荡器中进行震荡,使所述离心后原液中碳化钨更均质化分散,得到所述均质化碳化钨。
11.如权利要求9所述的均质化碳化钨的制造方法,其特征在于,在步骤(3)之前进一步包含震荡步骤,所述震荡步骤将所述分散后原液置入震荡器中进行震荡,使所述分散后原液中碳化钨更均质化分散。
12.如权利要求9所述的均质化碳化钨的制造方法,其特征在于,在步骤(2)之前进一步包含另一离心步骤,所述另一离心步骤将所述含有碳化钨的原液置入离心器中,所述离心器的高速离心力使所述含有碳化钨的原液中碳化钨颗粒间相互碰撞,产生另一离心后原液,后续将所述另一离心后原液置入步骤(2)的均质器中进行步骤(2)及步骤(3)。
13.如权利要求10或11所述的均质化碳化钨的制造方法,其特征在于,所述震荡器包括超音波震荡器。
14.如权利要求9至12中任一项所述的均质化碳化钨的制造方法,其特征在于,所述预定搅拌时间范围为2-4小时。
15.如权利要求9至12中任一项所述的均质化碳化钨的制造方法,其特征在于,所述预定分散时间为1小时。
16.如权利要求9所述的均质化碳化钨的制造方法,其特征在于,所述含有碳化钨的原液还包含选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。
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