CN107779717B

CN107779717B - 轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料及其制备工艺

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Publication number: CN107779717B
Application number: CN201710849685.0A
Authority: CN
Inventors: 唐晓东
Original assignee: SUZHOU RUISEN CARBIDE CO Ltd
Current assignee: SUZHOU RUISEN CARBIDE CO Ltd
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-05-14
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: CN107779717A

Abstract

本发明公开了一种轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料，包括以下重量百分比的原料：WC 15%，TiC 51.5%，Si3N4 0.5%，Co粉末8%，Mo粉末10%，Ni粉末15%。通过上述，本发明的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料及其制备工艺，产品配方中合理的钛含量，使得硬质合金棒材料整体密度达到较低的理想水平，且晶粒度变细，使得产品整体硬度更佳；保证了原料粉末颗粒无团聚，组织分部均匀，在制备过程中易于快速烧结，避免与粘结剂发生有害反应，且采用该硬质合金材料制作的刀具具有硬度好、强度高、质量低、耐磨性高、使用寿命长等优良特性，非常符合硬质合金钻头、铣刀、合金钢、钛合金等加工要求。

Description

轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料及其制备工艺

技术领域

本发明属于硬质合金材料技术领域，尤其涉及一种刀具用的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料及其制备工艺，该产品主要应用于各类高端装备部件切削加工、机加工用刀具制作领域。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，装备制造业得到快速发展，给相关配套产业企业带来重大发展商机。作为装备制造领域专用机加工刀具、钻头专用硬质合金棒材料制造厂家，也面临着重大发展机遇。但是，机遇也伴随着竞争，国内外相关产业企业针对硬质合金棒材料技术的研究也在不断加大，以实现行业技术的重大突破，抢占技术和市场先机。

虽然，当今国内各类大中小型硬质合金产业制造企业已达上百家，但是专注于轻质硬质合金棒材料开发和技术攻关的国内企业并不多，绝大部分行业企业处于中低端水平，与国外相比较，差距明显。国外行业企业更加注重技术创新和产品性能，尤其是欧美日等技术先进地区，具有较大的技术优势和市场竞争优势，具有代表性的有瑞典 SANDVIK、德国KENNAHERTEL 以及TITEXPLUS 等业界知名厂家，而诸多国内高端装备制造用刀具制造企业依然青睐于进口国外同类产品，成本较大，不适合广泛使用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料，产品配方中合理的钛含量，使得硬质合金棒材料整体密度达到较低的理想水平，且晶粒度变细，使得产品整体硬度更佳；保证了原料粉末颗粒无团聚，组织分部均匀，在制备过程中易于快速烧结，避免与粘结剂发生有害反应，且采用该硬质合金材料制作的刀具具有硬度好、强度高、质量低、耐磨性高、使用寿命长等优良特性，非常符合硬质合金钻头、铣刀、合金钢、钛合金等加工要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料，包括以下重量百分比的原料：WC 15%，TiC 51.5%，Si3N4 0.5%，Co粉末8%，Mo粉末 10%，Ni粉末15%。

在本发明一个较佳实施例中，所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料的硬度平均达92.4HRA，抗弯强度达1040MPa，密度为6.63g/cm³的较低密度。

在本发明一个较佳实施例中，所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料在600℃以上切削温度下红硬度指标达到HRC硬度60以上。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料的制备工艺，包括以下具体步骤：

a、原料：WC 15%，TiC 51.5%，Si3N4 0.5%，Co粉末8%，Mo粉末 10%，Ni粉末15%；

b、球磨：将上述重量百分比的原料进行混合后进行球磨，球磨时间为70小时；

c、干燥制粉：将球磨后的原料进行真空干燥或喷雾干燥制粉处理，使其粉末粒径为3-3.5μm；

d、混料：将上述制粉后的原料与挤压成型剂进行混料；

e、挤压成型：结合棒料尺寸、形状、压缩比，设计制造挤压模，利用螺杆式挤压机棒料螺旋孔挤压成型；

f、挤压坯条的干燥，对成型后的坯条进行干燥处理；

g、真空烧结脱脂：烧结温度为1460℃，烧结时间为12小时；

h、棒料后处理：包括棒料毛坯性能测试、线切割及无心磨加工和加工螺旋槽；

i、成品，将合格的成品进行包装入库。

在本发明一个较佳实施例中，所述的挤压成型剂采用38℃低温石蜡流体成型剂。

本发明的有益效果是：本发明的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料及其制备工艺，产品配方中合理的钛含量，使得硬质合金棒材料整体密度达到较低的理想水平，且晶粒度变细，使得产品整体硬度更佳；保证了原料粉末颗粒无团聚，组织分部均匀，在制备过程中易于快速烧结，避免与粘结剂发生有害反应，且采用该硬质合金材料制作的刀具具有硬度好、强度高、质量低、耐磨性高、使用寿命长等优良特性，非常符合硬质合金钻头、铣刀、合金钢、钛合金等加工要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1 是本发明轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料制备工艺的流程图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例包括：

一种轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料，包括以下重量百分比的原料：WC15%，TiC 51.5%，Si3N4 0.5%，Co粉末8%，Mo粉末 10%，Ni粉末15%。

研究出基于超细晶粒粉末冶金的新型轻质高强度硬质合金材料配比，其最佳原料配比为WC 15%，TiC 51.5%，Si3N4 0.5%，Co粉末8%，Mo粉末10%，Ni粉末15%。产品配方中合理的钛含量，使得硬质合金棒材料整体密度达到较低的理想水平，且晶粒度变细，使得产品整体硬度更佳；保证了原料粉末颗粒无团聚，组织分部均匀，在制备过程中易于快速烧结，避免与粘结剂发生有害反应。

上述中，所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料的硬度平均达92.4HRA，抗弯强度达1040MPa，密度为6.63g/cm³的较低密度。所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料在600℃以上切削温度下红硬度指标达到HRC硬度60以上。

如图1所示，本发明还提供了一种轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料的制备工艺，包括以下具体步骤：

d、混料：将上述制粉后的原料与挤压成型剂进行混料；

f、挤压坯条的干燥，对成型后的坯条进行干燥处理；

g、真空烧结脱脂：烧结温度为1460℃，烧结时间为12小时；

i、成品，将合格的成品进行包装入库。

上述中，所述的挤压成型剂采用38℃低温石蜡流体成型剂。

研究不同参数条件（如：球磨时间、粉末粒径、烧结温度和时间等）对不同成分配比的硬质合金制品微观组织和力学性能影响，确定了适合本项产品材料配比的最佳粉末冶金烧结工艺，具体为：球磨时间70个小时、粉末粒径3-3.5μm、烧结温度1460℃和烧结时间12个小时，从而获得性能最佳的硬质合金，其密度、抗弯强度和硬度值分别达到6.63g/cm³、1040MPa和92.4HRA的最佳性能指标，且在600℃以上切削温度下红硬度指标达到HRC硬度60以上，保证硬质合金制品具有优异的物理性能。

研究流变性对于合金材料微观组织性能的影响，结合细晶粒冶金硬质合金微观组织和力学性能，通过粉末流体力学得出粉末烧结工艺和硬质合金微观组织与力学性能间的映射关系，通过利用38℃低温石蜡流体成型剂和螺杆挤压机研究硬质合金材料的流变行为，在挤压制备环节，获得良好组织性能的高寿命硬质合金棒材，且效率提高一倍。

技术指标：

本发明的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料的核心性能指标（如密度、硬度、强度、孔隙度、耐磨性、韧性等）达到甚至超过ISO国际标准（K05-K15、K20-K40、P20-P30、K20-K30、K30-K40）要求，产品硬度平均达92.4HRA，抗弯强度达1040MPa，密度为6.63g/cm³的较低密度，且在600℃以上切削温度下样品红硬性指标达到HRC硬度60以上。其中，红硬性指标目前国内没有该项检测项目，按本行业惯例，由用户在实际切削工况中体现，红硬性实际已经达到60以上。

产品市场前景分析：

本发明的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料可广泛应用于硬质合金钻头、铣刀、合金钢、钛合金等高端装备制造中各类机加工、切削加工用刀具领域，产品具有优异的耐磨性、韧性、强度和红硬性，采用该本产品硬质合金材料制作的刀具具有硬度好、强度高、质量低、耐磨性高、使用寿命长等优良特性，非常符合硬质合金钻头、铣刀、合金钢、钛合金等加工要求。

目前，经过检测和实际应用，本发明的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料产品在密度、硬度、强度、孔隙度、耐磨性、韧性、红硬度等核心性能指标达到甚至超过ISO国际标准（K05-K15、K20-K40、P20-P30、K20-K30、K30-K40）要求，且在600℃以上切削温度下样品红硬度指标达到HRC硬度60以上，产品达到国内外行业先进水平，具备与国外同类产品竞争的性能水平，完全可以替代进口产品，且与国外同类产品比较，具有更低的成本优势。因此，面对国内切削加工等专用刀具领域对于硬质合金的巨大需求潜力，本产品有着良好的市场前景。

产品经济效益分析：

本产品主要应用于各类高端装备部件切削加工、机加工用刀具制作领域，产品核心性能指标达到或超过ISO国际标准，综合性能处于国内外行业先进水平。单件产品销售价格1000元/kg，其中包括材料成本232元、人工成本123元、其他生产成本合计242元，税收293元，利润110元。

预计年产值达20000千克，年新增销售额2000万，年新增利润580万元，年新增税收230万元。

此外，本产品产业化推广应用后，预计国内市场占有率可达2%以上，可实现替代3%的进口同类产品。因此，本项目的成功开发与产业化推广，将有着良好的经济效益。

本发明的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料及其制备工艺与现有技术相比具有如下优点：

（1）本产品新型轻质高强度硬质合金最佳原料配比为WC 15%,TiC 51.5%, Si3N40.5%, Co粉末8%，Mo粉末10%，Ni粉末15%。可保证了原料粉末颗粒无团聚，力度分部均匀，在制备过程中易于快速烧结，避免与粘结剂发生有害反应。

（2）确定了适合本项产品材料配比的最佳晶粒粉末冶金烧结工艺：球磨时间70个小时、粉末粒径3-3.5μm、烧结温度1460℃和烧结时间12个小时，可确保本产品硬质合金制品具有更好的物理性能。

（3）本产品制备过程中，利用螺杆式挤压机和38℃低温石蜡流体成型剂，建立轻质高强度硬质合金棒材的新型柔性加工生产线技术，可根据产品配方性能，灵活改变原料配比，实现柔性制造。

（4）本产品采用适合轻质高强度硬质合金粘结剂，通过研究不同晶粒粉末与粘结剂体积比，确定最佳粘结剂用量，从而获得最佳的粘结剂对粉末覆盖均匀性和流动性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：WC 15%，TiC 51.5%，Si3N4 0.5%，Co粉末8%，Mo粉末 10%，Ni粉末15%，其中，所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料的制备工艺，包括以下具体步骤：

d、混料：将上述制粉后的原料与挤压成型剂进行混料；

f、挤压坯条的干燥，对成型后的坯条进行干燥处理；

g、真空烧结脱脂：烧结温度为1460℃，烧结时间为12小时；

i、成品，将合格的成品进行包装入库。

2.根据权利要求1所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料，其特征在于，所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料的硬度平均达92.4HRA，抗弯强度达1040MPa，密度为6.63g/cm³的较低密度。

3.根据权利要求1所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料，其特征在于，所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料在600℃以上切削温度下红硬度指标达到HRC硬度60以上。

4.根据权利要求1所述的轻质高强度钛基细晶粒硬质合金棒材料，其特征在于，所述的挤压成型剂采用38℃低温石蜡流体成型剂。