CN112387956A - 一种硬质合金锯片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硬质合金锯片的制备方法，属于硬质工具的技术领域。本发明的硬质合金锯片的制备方法包括以下步骤：(1)提供石墨模具，在石墨模具内沿着高度方向堆叠多层金属锯片基体；(2)在金属锯片基体的边缘与石墨模具内壁之间的间隙中预置硬质合金碎粒；(3)用熔融的金属结合剂覆盖所述硬质合金碎粒形成锯片工作层。本实施例的制备方法简化了工艺流程，而且金属结合剂无需采用专用的烧结粉末，有利于降低原料成本；通过熔融形成的锯片工作层能够保证与锯片基体之间的冶金结合强度。

Description

一种硬质合金锯片的制备方法
技术领域
本发明涉及硬质工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种硬质合金锯片的制备方法。
背景技术
硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，广泛用于制造切削工具、刀具等切割加工工具。在现有技术中，通常采用压制的方法首先制备出包含硬质合金碎粒的坯料，然后通过专用模具将其与金属基材热压烧结而成，这种加工工艺需要分步进行，使用的金属粉末原料需要专门设计和提供，因而价格通常较为昂贵，而且热压烧结工艺效率较低，生产和原料成本高。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种硬质合金锯片的制备方法。
本发明的硬质合金锯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供石墨模具，在石墨模具内沿着高度方向堆叠多层金属锯片基体；
(2)在金属锯片基体的边缘与所述石墨模具内壁之间的间隙中预置硬质合金碎粒；
(3)用熔融的金属结合剂覆盖所述硬质合金碎粒形成锯片工作层。
其中，在堆叠多层金属锯片基体之后将所述石墨模具预热至800～950℃。
其中，所述熔融的金属结合剂的温度为金属结合剂熔点以上50℃～150℃。
其中，相邻的金属锯片基体之间设置有无机材料垫片。
其中，所述无机材料垫片为石墨垫片或陶瓷垫片(例如Al2O3等)。
其中，所述硬质合金碎粒为W、Ti、Cr、V、Zr、Nb、Mo的碳化物、氮化物、硼化物等中的至少一种。
其中，所述硬质合金碎粒为W、W合金、W合金钢中的至少一种。
其中，所述硬质合金碎粒的粒径为100～500μm，优选为150～420μm。
其中，所述金属结合剂为铁合金、铜合金、镍合金等，作为示例性地，所述金属结合剂为铁基自熔合金、镍基自熔合金。
其中，所述铁基自熔合金例如可以选择0.5～1.5wt％的C、5.0～18.0wt％的Cr、5.0～18.0wt％的Ni、1.5～4.0wt％的B、1.2～5.0wt％的Si，余量为Fe。
其中，所述镍基自熔合金例如可以选择0.7～1.2wt％的C、7.0～20.0wt％的Cr、1.0～12.0wt％的Fe、1.5～4.0wt％的B、1.2～5.0wt％的Si，余量为Ni。采用镍基自熔合金具有更好的韧性和耐冲击性。
与现有技术相比，本发明的硬质合金锯片的制备方法具有以下有益效果：
本发明提供了一种制备硬质合金锯片的新颖方法，与烧结工艺相比，简化了工艺流程，而且金属结合剂无需采用专用的烧结粉末，有利于降低原料成本；而且通过熔融形成的锯片工作层能够保证与锯片基体之间的冶金结合强度，获得高硬度、高抗弯强度的硬质合金工作层。
附图说明
图1为用于形成本发明的硬质合金锯片的方法的示意图。
图2为实施例1形成的硬质合金锯片中基体与合金碎粒层界面处的截面视图。
图3为实施例2形成的硬质合金锯片中基体与合金碎粒层界面处的截面视图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明的硬质合金锯片的制备方法做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
在现有技术中，硬质合金锯片(圆锯片)通常采用烧结工艺形成，烧结工艺是指将硬质合金碎粒与金属结合剂粉末的混合料与锯片基体放置在模具中压制成型后在烧结炉中无压烧结或热压烧结而成，热压烧结虽然对生产技术的要求相对简单，但其工艺流程较长，生产效率较低，而且原料粉末需要采用专门设备进行混料并且需要进行造粒，未经造粒的粉末，粉末的流动性较差，在热压时容易出现收缩变形，硬度偏差大等问题，另外烧结的硬质合金碎粒通常只是机械地包埋、镶嵌于金属结合剂的胎体中，把持力较小，容易导致硬质合金碎粒过早脱落。为此如图1所示，本发明提供了一种硬质合金锯片的新颖制备方法，该方法首先提供石墨模具50，在石墨模具50内沿着高度方向堆叠多层金属锯片基体10形成堆叠结构，相邻的金属锯片基体10之间设置有无机材料垫片30，所述无机材料垫片需要在加热状态下(1000-1200℃)能够保证化学和物理状态的稳定性，并且不与其相邻的金属锯片基体10发生粘连，作为优选地，所述无机材料垫片可以选择石墨垫片、氧化铝垫片等，所述无机材料垫片具有与所述金属锯片基体10基本相同的直径，或者所述无机材料垫片的直径稍小于所述金属锯片基体的直径。将所述金属锯片基体10堆叠在石墨模具中从而在堆叠结构与所述石墨模具内壁之间形成间隙，所述间隙可以根据金属锯片基体以及石墨模具的内径进行调节，而根据所需的锯片工作层的要求，所述间隙的值可设定为2～5mm，在该间隙中预置硬质合金碎粒20，该硬质合金碎粒可以为W、Ti、Cr、V、Zr、Nb、Mo的碳化物、氮化物、硼化物等中的至少一种。作为一个应用实例，该硬质合金碎粒可由回收或废弃的钨合金钢制备得到，钨合金钢经过***后，在经过破碎、粉碎工艺然后通过筛分即可得到所需的钨合金钢碎粒，在本发明应用于锯片的钨合金钢碎粒的粒径为100～150μm，优选为150～420μm。在堆叠结构的上方可用石墨材料等遮挡覆盖。在用金属结合剂之前，优选地将设置有上述堆叠结构的石墨模具进行预热，预热的温度通常低于熔融的金属结合剂的温度，例如预热的温度为熔融的金属结合剂的温度以下200～350℃，然后用熔融的金属结合剂浇铸所述预置的硬质合金碎粒形成锯片工作层，在本发明中，所述熔融的金属结合剂的温度为金属结合剂熔点以上50℃～150℃，保持上述温度能维持熔融的金属结合剂的良好的流动性，以保证形成的锯片工作层的质量。在本发明中，根据锯片切削的对象，所述金属结合剂为铁合金、铜合金、镍合金等，上述铁合金、铜合金、镍合金可采用废弃或回收的合金，而且无需采用粉末原料，只要能够在加热炉内加热熔融即可，因而可以减少粉末原料的采购成本。作为示例性地，所述金属结合剂可以采用铁基自熔合金、镍基自熔合金。所述铁基自熔合金例如可以选择0.5～1.5wt％的C、5.0～18.0wt％的Cr、5.0～18.0wt％的Ni、1.5～4.0wt％的B、1.2～5.0wt％的Si，余量为Fe。所述镍基自熔合金例如可以选择0.7～1.2wt％的C、7.0～20.0wt％的Cr、1.0～12.0wt％的Fe、1.5～4.0wt％的B、1.2～5.0wt％的Si，余量为Ni。采用镍基自熔合金具有更好的韧性和耐冲击性。浇铸冷却后，通过机加工(例如金刚石工具)去除无机材料垫片外边缘的材料，可以将相邻金属锯片进行分离，而无机材料垫片通过研磨去除粘连的金属结合剂可回收利用，以节约成本。通过本发明的制备方法制备得到的锯片工作层中，根据预置的硬质合金碎片的填充程度(松装密度)，该锯片工作层中所述硬质合金碎片可具有10～80v％的体积百分比，作为优选地，所述硬质合金碎片可具有25～75v％的体积百分比。
实施例1
本实施例涉及一种硬质合金锯片的制备。采用65Mn钢作为锯片基体，锯片基体为圆形，直径为180mm，厚度为2mm，所述锯片基体中心可开设轴孔，轴孔的直径可为22mm，另外锯片基体上还可以开设有冷却孔等。准备一个内径为185mm的石墨模具以及直径尺寸为180mm的石墨垫片，石墨垫片的厚度为1mm。在石墨模具内沿着高度方向依次堆叠上述65Mn钢基体10以及石墨垫片形成堆叠结构，并在堆叠结构上设置石墨帽盖作为浇铸的保护装置，在堆叠结构与石墨模具之间的间隙中填充钨合金钢碎片。在浇铸之前，首先将石墨模具加热至900℃进行预热。另外，将浇铸部件放置于石墨模具上，通过浇铸部件的浇铸口向预置的钨合金钢碎片浇铸铁基自熔合金结合剂(0.9wt％的C、12.0wt％的Cr、15.0wt％的Ni、3.5wt％的B、2.5wt％的Si，余量为Fe)，该铁基自熔合金结合剂加热至约1200℃形成熔融状态，然后通过浇铸部件的缩颈口浇铸到钨合金钢碎片的孔隙中，然后冷却，之后通过机加工(例如金刚石工具)去除石墨垫片外边缘的材料，将制备得到的硬质合金锯片进行分离，图2示出了采用本实施例的制备方法得到的硬质合金锯片中65Mn钢基体与形成的硬质合金工作层之间的结合界面，从该图可以看出二者之间形成了连续完美的冶金结合界面。对形成的硬质合金工作层测量其平均硬度(随机取10点的平均值)和三点抗弯强度，测得其平均硬度为95HRB，三点抗弯强度为1080MPa。
实施例2
本实施例涉及一种硬质合金锯片的制备。采用65Mn钢作为锯片基体，锯片基体为圆形，直径为180mm，厚度为2mm，所述锯片基体中心可开设轴孔，轴孔的直径可为22mm，另外锯片基体上还可以开设有冷却孔等。准备一个内径为185mm的石墨模具以及直径尺寸为180mm的石墨垫片，石墨垫片的厚度为1mm。在石墨模具内沿着高度方向依次堆叠上述65Mn钢基体10以及石墨垫片形成堆叠结构，并在堆叠结构上设置石墨帽盖作为浇铸的保护装置，在堆叠结构与石墨模具之间的间隙中填充钨合金钢碎片。在浇铸之前，首先将石墨模具加热至900℃进行预热。另外，将浇铸部件放置于石墨模具上，通过浇铸部件的浇铸口向预置的钨合金钢碎片浇铸镍基自熔合金结合剂(0.9wt％的C、12.0wt％的Cr、10.0wt％的Fe、3.5wt％的B、3.0wt％的Si，余量为Ni)，该镍基自熔合金结合剂加热至约1200℃形成熔融状态，然后通过浇铸部件的缩颈口浇铸到钨合金钢碎片的孔隙中，然后冷却，之后通过机加工(例如金刚石工具)去除石墨垫片外边缘的材料，将制备得到的硬质合金锯片进行分离，图3示出了采用本实施例的制备方法得到的硬质合金锯片中65Mn钢基体与形成的硬质合金工作层之间的结合界面，从该图可以看出二者之间形成了连续完美的冶金结合界面。对形成的硬质合金工作层测量其平均硬度(随机取10点的平均值)和三点抗弯强度，测得其平均硬度为103HRB，三点抗弯强度为1230MPa。

Claims (10)

1.一种硬质合金锯片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)提供石墨模具，在石墨模具内沿着高度方向堆叠多层金属锯片基体；
(2)在金属锯片基体的边缘与所述石墨模具内壁之间的间隙中预置硬质合金碎粒；
(3)用熔融的金属结合剂覆盖所述硬质合金碎粒形成锯片工作层。
2.根据权利要求1所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：在堆叠多层金属锯片基体之后将所述石墨模具预热至800～950℃。
3.根据权利要求1所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：所述熔融的金属结合剂的温度为金属结合剂熔点以上50℃～150℃。
4.根据权利要求1所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：相邻的金属锯片基体之间设置有无机材料垫片，例如石墨垫片或陶瓷垫片。
5.根据权利要求1所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：所述硬质合金碎粒为w、Ti、Cr、V、Zr、Nb、Mo的碳化物、氮化物、硼化物等中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：所述硬质合金碎粒为W、W合金、W合金钢中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：所述硬质合金碎粒的粒径为100～500μm，优选150～420μm。
8.根据权利要求1所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：所述金属结合剂为铁合金、铜合金、镍合金等，优选铁基自熔合金、镍基自熔合金。
9.根据权利要求8所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：所述铁基自熔合金的元素组成为：0.5～1.5wt％的C、5.0～18.0wt％的Cr、5.0～18.0wt％的Ni、1.5～4.0wt％的B、1.2～5.0wt％的Si，余量为Fe。
10.根据权利要求8所述的硬质合金锯片的制备方法，其特征在于：所述镍基自熔合金例如可以选择0.7～1.2wt％的C、7.0～20.0wt％的Cr、1.0～12.0wt％的Fe、1.5～4.0wt％的B、1.2～5.0wt％的Si，余量为Ni。
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