CN109518058A - 一种深孔钻钻头硬质合金及其制备方法 - Google Patents

一种深孔钻钻头硬质合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钻床的刀具技术领域，本发明提供了一种深孔钻钻头硬质合金，原料至少包含：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末；还提供了一种所述的深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤至少包括：按重量份称取原料各组份，将原料进行混合并经烧结制成硬质合金，在800℃之前在氩气氛围自然冷却，800℃之后空气冷却。

Description

一种深孔钻钻头硬质合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及钻床的刀具技术领域，更涉及一种深孔钻钻头硬质合金及其制备方法。
背景技术
深孔钻是专门用于加工深孔的钻头。在机械加工中通常把孔深与孔径之比大于6的孔称为深孔。深孔加工的特殊性也形成了加工过程中的难题：排屑难、冷却及润滑难、工具***刚度低、刀具的自导向差。这些问题长期困扰着深孔加工的行业，极大地限制了深孔加工的工艺范围、加工效率以及加工质量，也限制了深孔加工技术向其他领域拓展的能力。特别是现有的深孔加工质量难以满足新产品的要求，成为制约整个机械加工技术发展的重大障碍。在制造行业中，几乎过半行业都对深孔加工有着直接的需求，深孔质量的好坏直接影响到机械产品的质量，因此开展寻求提高深孔加工质量的有效措施的研究已经成为当务之急。
在深部钻进条件下，钻头的寿命与效率主要取决于所使用的钻头硬质合金的材质性能。钻头通常都采用硬质合金制备，但仍旧存在硬度不足，钻头耗损率较大，韧度不够，在作用于硬度较大的实体材料时，钻头易断裂的问题，因而实用性不高。因此，需要提供一种高强度和使用寿命长的一种钻头硬质合金。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的第一个方面提供一种深孔钻钻头硬质合金，原料至少包含：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末。
作为一种优选的技术方案，在本发明中，按重量份计，原料至少包含：40-60份碳化钨，1-5份碳化铬，3-10份碳化钛，0.1-2份碳化铌，5-10份金属钴粉末，1-5份金属钼粉末，2-8份金属镍粉末。
作为一种优选的技术方案，在本发明中，按重量份计，原料至少包含：45-55份碳化钨，2-4份碳化铬，4-8份碳化钛，0.8-1.6份碳化铌，6-8份金属钴粉末，2-4份金属钼粉末，4-6份金属镍粉末。
作为一种优选的技术方案，在本发明中，按重量份计，原料至少包含：50份碳化钨，3.5份碳化铬，6份碳化钛，1.2份碳化铌，7份金属钴粉末，3份金属钼粉末，5份金属镍粉末。
作为一种优选的技术方案，在本发明中所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为200nm-800nm。
作为一种优选的技术方案，在本发明中所述原料还包括1-10重量份混合金属粉末；所述混合金属粉末选自金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁、金属铁、金属锌、金属钒的一种或是多种的组合。
作为一种优选的技术方案，在本发明中所述原料还包括稀土金属。
作为一种优选的技术方案，在本发明中所述稀土金属选自钪、钇、镧、铈、钷、钐、钆、镥中的一种或多种的组合。
作为一种优选的技术方案，在本发明中所述金属锰、稀土金属的重量比为1：(0.05-1.5)。
本发明中的第二个方面提供了一种所述的深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤至少包括：按重量份称取原料各组份，将原料进行混合并经烧结制成硬质合金，在800℃之前在氩气氛围自然冷却，800℃之后空气冷却。
有益效果：本发明中所述的深孔钻钻头硬质合金，具有非常优异的高强度，并且使用寿命很长，且深孔钻钻头在钻孔的过程中，具有高效率，可能是由于粒径在200nm-800nm范围内的金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末不仅能够提高自身分散性，还能够改善碳化物的分布密度，同时引入一定含量的稀土元素在高于1000℃的温度环境中会诱使碳化物形成一种位错型结构的晶格，一种类似于板条马氏体结构的一种金属，会使得制备的硬质合金其强度和韧性都得到很大的提高，而一定含量的稀土元素和金属锰共同使用可以避免金属锰单独使用造成的加工硬化强度的增加，少量的金属锰会使得碳化物起沉淀强化作用，增强模具钢的高温强度和耐磨性；此外申请人发现，本发明中烧结后的在800℃之前在氩气氛围自然冷却，可以进一步增强模具钢的高温强度和耐磨性，提高深孔钻钻头在钻孔的过程中高效率和使用寿命很长，推测可能原因是在这种处理过程中能够增强碳化物沉淀强化作用，并改善硬质合金的抗氧化性。
参考以下详情更容易理解本申请中所述的内容以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
为了下面的详细描述的目的，应当理解，本发明可采用各种替代的变化和步骤顺序，除非明确规定相反。此外，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在权利要求的范围内，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并通过应用普通舍入技术来解释。
尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由其各自测试测量中发现的标准偏差必然产生的某些误差。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。
本发明的第一个方面提供了一种深孔钻钻头硬质合金，原料至少包含：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末。
在一些优选的实施方式中，在本发明中，按重量份计，原料至少包含：40-60份碳化钨，1-5份碳化铬，3-10份碳化钛，0.1-2份碳化铌，5-10份金属钴粉末，1-5份金属钼粉末，2-8份金属镍粉末。
在一些更优选的实施方式中，在本发明中，按重量份计，原料至少包含：45-55份碳化钨，2-4份碳化铬，4-8份碳化钛，0.8-1.6份碳化铌，6-8份金属钴粉末，2-4份金属钼粉末，4-6份金属镍粉末。
在一些最为优选的实施方式中，在本发明中，按重量份计，原料至少包含：50份碳化钨，3.5份碳化铬，6份碳化钛，1.2份碳化铌，7份金属钴粉末，3份金属钼粉末，5份金属镍粉末。
在一些实施方式中，本发明中所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为200nm-800nm；优选的，所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为300nm-700nm；更优选的，所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为400nm-600nm；最为优选的，所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为500nm。
在一些实施方式中，所述原料还包括1-10重量份混合金属粉末；更优选的，所述原料还包括2-8重量份混合金属粉末；更优选的，所述原料还包括5重量份混合金属粉末。
在一些实施方式中，所述混合金属粉末选自金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁、金属铁、金属锌、金属钒的一种或是多种的组合；优选的，所述混合金属粉末选自金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁中的一种或多种的组合；更优选的，所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁。
在一些实施方式中，本发明中所述金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁的重量百分比为1：(0.1-1)：(1-2)：(0.5-1.5)：(0.05-0.5)；优选的，所述金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁的重量百分比为1：(0.3-0.8)：(1.3-1.8)：(0.8-1.3)：(0.1-0.3)；更优选的，所述金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁的重量百分比为1：0.5：1.5：1：0.2。
在一些实施方式中，本发明中所述原料还包括稀土金属。
在一些实施方式中，本发明中所述稀土金属选自钪、钇、镧、铈、钷、钐、钆、镥中的一种或多种的组合；优选的，所述稀土金属选自钪、钇、镧、铈中的一种或多种的组合；更优选的，所述稀土金属选自镧、铈中的一种或多种的组合；最为优选的，所述稀土金属为镧。
在一些实施方式中，本发明中所述金属锰、稀土金属的重量比为1：(0.05-1.5)；优选的，所述金属锰、稀土金属的重量比为1：(0.1-1)；更为优选的，所述金属锰、稀土金属的重量比为1：(0.3-0.8)；最为优选的，所述金属锰、稀土金属的重量比为1：0.5。
本发明的第二个方面提供了一种深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤至少包括：按重量份称取原料各组份，将原料进行混合并经烧结制成硬质合金，在800℃之前在氩气氛围自然冷却，800℃之后空气冷却。
在一优选的实施方式中，所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤至少包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，在800℃之前在氩气氛围自然冷却，800℃之后空气冷却。
优选的，所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤至少包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，在950℃之前在氩气氛围自然冷却，950℃之后空气冷却。
更优选的，所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤至少包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。
下面通过实施例对本反应进行具体描述。以下实施例只用于对本发明做进一步说明，不能理解为本发明、保护的限制，该领域的专业技术人员根据上述发明的内容做出的非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：40份碳化钨，1份碳化铬，3份碳化钛，0.1份碳化铌，5份金属钴粉末，1份金属钼粉末，2份金属镍粉末，1份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为200nm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：0.1：1：0.5：0.05；所述原料还包括稀土元素，所述稀土元素为镧，所述金属锰和稀土元素的重量比为1：0.05；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。
实施例2
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：45份碳化钨，2份碳化铬，4份碳化钛，0.8份碳化铌，6份金属钴粉末，2份金属钼粉末，4份金属镍粉末，2份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为400nm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：0.3：1.3：0.8：0.1；所述原料还包括稀土元素，所述稀土元素为铈，所述金属锰和稀土元素的重量比为1：0.1；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。
实施例3
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：55份碳化钨，4份碳化铬，8份碳化钛，1.6份碳化铌，8份金属钴粉末，4份金属钼粉末，6金属镍粉末，8份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为600nm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：0.8：1.8：1.3：0.3；所述原料还包括稀土元素，所述稀土元素为铈，所述金属锰和稀土元素的重量比为1：1.0；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。
实施例4
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：60份碳化钨，5份碳化铬，10份碳化钛，2份碳化铌，10份金属钴粉末，5份金属钼粉末，8金属镍粉末，10份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为800nm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：1：2：1.5：0.5；所述原料还包括稀土元素，所述稀土元素为铈，所述金属锰和稀土元素的重量比为1：1.5；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，800℃之前氩气氛围自然冷却，800℃之后空气冷却。
实施例5
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：50份碳化钨，3.5份碳化铬，6份碳化钛，1.2份碳化铌，7份金属钴粉末，3份金属钼粉末，5金属镍粉末，5份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为500nm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：0.5：1.5：1：0.2；所述原料包括稀土元素，所述稀土元素为铈，所述金属锰和稀土元素的重量比为1：0.5；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。
实施例6
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：50份碳化钨，3.5份碳化铬，6份碳化钛，1.2份碳化铌，7份金属钴粉末，3份金属钼粉末，5金属镍粉末，5份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为1.5μm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：0.5：1.5：1：0.2；所述原料还包括稀土元素，所述稀土元素为铈，所述金属锰和稀土元素的重量比为1：0.5；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。
实施例7
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：50份碳化钨，3.5份碳化铬，6份碳化钛，1.2份碳化铌，7份金属钴粉末，3份金属钼粉末，5金属镍粉末，5份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为500nm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：0.5：1.5：1：0.2；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。
实施例8
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：50份碳化钨，3.5份碳化铬，6份碳化钛，1.2份碳化铌，7份金属钴粉末，3份金属钼粉末，5金属镍粉末，5份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为500nm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：0.5：1.5：1：0.2；所述原料还包括稀土元素，所述稀土元素为铈，所述金属锰和稀土元素的重量比为2：0.05；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。
实施例9
一种深孔钻钻头硬质合金，按重量份计，原料包含：50份碳化钨，3.5份碳化铬，6份碳化钛，1.2份碳化铌，7份金属钴粉末，3份金属钼粉末，5金属镍粉末，5份混合金属粉末；
所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为500nm；所述混合金属粉末为金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁，重量比为1：0.5：1.5：1：0.2；所述原料还包括稀土元素，所述稀土元素为铈，所述金属锰和稀土元素的重量比为1：3；
所述深孔钻钻头硬质合金的制备方法，步骤包括：
S1：按重量份称取原料各组份：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末，金属铪，金属钛，金属锰，金属铜，金属镁，金属铁，金属锌，金属钒，稀土金属；
S2：将原料各组份进行混合并经烧结制成硬质合金；
S3：烧结完成之后，900℃之前氩气氛围自然冷却，900℃之后空气冷却。性能测试
硬度测试：采用洛氏硬度计对实施例1-实施例9所制备的钻头硬质合金的硬度进行检测；抗弯强度：采用万能试验机对实施例1-实施例9所制备的钻头硬质合金的抗弯强度进行检测；硬度测试和抗弯强度的测试结果如表1所示。
表1性能测试结果
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，原料至少包含：碳化钨，碳化铬，碳化钛，碳化铌，金属钴粉末，金属钼粉末，金属镍粉末。
2.如权利要求1所述的一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，按重量份计，原料至少包含：40-60份碳化钨，1-5份碳化铬，3-10份碳化钛，0.1-2份碳化铌，5-10份金属钴粉末，1-5份金属钼粉末，2-8份金属镍粉末。
3.如权利要求2所述的一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，按重量份计，原料至少包含：45-55份碳化钨，2-4份碳化铬，4-8份碳化钛，0.8-1.6份碳化铌，6-8份金属钴粉末，2-4份金属钼粉末，4-6份金属镍粉末。
4.如权利要求3所述的一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，按重量份计，原料至少包含：50份碳化钨，3.5份碳化铬，6份碳化钛，1.2份碳化铌，7份金属钴粉末，3份金属钼粉末，5份金属镍粉末。
5.如权利要求4所述的一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，所述金属钴粉末、金属钼粉末、金属镍粉末的粒径为200nm-800nm。
6.如权利要求4所述的一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，所述原料还包括1-10重量份混合金属粉末；所述混合金属粉末选自金属铪、金属钛、金属锰、金属铜、金属镁、金属铁、金属锌、金属钒的一种或是多种的组合。
7.如权利要求4所述的一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，所述原料还包括稀土金属。
8.如权利要求7所述的一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，所述稀土金属选自钪、钇、镧、铈、钷、钐、钆、镥中的一种或多种的组合。
9.如权利要求8所述的一种深孔钻钻头硬质合金，其特征在于，所述金属锰、稀土金属的重量比为1：(0.05-1.5)。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的深孔钻钻头硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤至少包括：按重量份称取原料各组份，将原料进行混合并经烧结制成硬质合金，在800℃之前在氩气氛围自然冷却，800℃之后空气冷却。
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