[發(fā)明專利]一種硬質(zhì)合金刀片及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610343116.4
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN105950937B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝文;左銳;溫光華;陳響明;王社權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲鉆石切削刀具股份有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;B22F5/00;B22F1/00;B22F3/10;B23B27/14
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪,黃麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金刀片，尤其涉及一種具有非均勻WC粒度分布的表層缺立方相梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金涂層刀片。

背景技術(shù)

制造金屬切削刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，具有必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，以及良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，且不易變形。然而，材料硬度越高，其韌性就越低，亦即是說材料的硬度和韌性很難同時兼?zhèn)洹，F(xiàn)有技術(shù)采用非均勻結(jié)構(gòu)或梯度結(jié)構(gòu)來改進硬質(zhì)合金的性能，例如專利文獻US4277283號美國專利文獻，以及CN1079179A號中國專利文獻已經(jīng)公開了表層缺立方相結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金基體及其制備方法。在刀片基體表面涂層的制備中，在刀具表面涂覆高硬度的涂層(如TiN、TiC、TiCN、CrN等)可減輕刀片的磨蝕磨損、粘結(jié)磨損和擴散磨損，增加刀片的耐用度；而在刀片表面涂覆高硬度的Al₂O₃涂層可以有效避免氧化磨損，例如US4490191號美國專利文獻以及CN1091683A號中國專利文獻等公開了氧化物涂層刀具的制備方法以及各種提高氧化物涂層附著性能的預(yù)處理方法。但是上述的文獻中只是單獨從一個角度對切削刀片的性能進行優(yōu)化，切削刀片通用性不高，具有一定的局限性。為了使切削刀片具有一定的通用性并適用于各種加工領(lǐng)域，有必要對刀片基體和刀片涂層的微觀結(jié)構(gòu)和各項參數(shù)指標(biāo)作進一步調(diào)整制備出通用性高且切削性能優(yōu)越穩(wěn)定的切削刀片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時具有高硬度、韌性和強度且切削性能優(yōu)越穩(wěn)定的硬質(zhì)合金刀片。該硬質(zhì)合金刀片通用性強，適合各種加工領(lǐng)域，尤其涉及到包括鑄鐵、合金鋼、不銹鋼等金屬材料的加工。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種硬質(zhì)合金刀片，包括硬質(zhì)合金刀片基體和設(shè)于所述硬質(zhì)合金刀片基體上的涂層，所述硬質(zhì)合金刀片基體是以Co作為粘結(jié)相，以碳化鎢和含鈦立方相化合物作為硬質(zhì)相，所述硬質(zhì)合金刀片基體中，所述粘結(jié)相的質(zhì)量分數(shù)為4wt.％～10wt.％，所述含鈦立方相化合物的質(zhì)量分數(shù)為2wt.％～8wt.％，其余為碳化鎢；所述粘結(jié)相中固溶有W元素和Cr元素，所述W元素占粘結(jié)相的質(zhì)量分數(shù)為2wt.％～10wt.％，所述Cr元素占粘結(jié)相的質(zhì)量分數(shù)為1wt.％～10wt.％；所述含鈦立方相化合物為包含有Ta元素和Nb元素中的一種或兩種以及Ti元素的碳氮化合物；所述碳化鎢的晶粒分布具有雙峰結(jié)構(gòu)，一個峰介于0.3μm～0.9μm之間，另一個峰介于1.2μm～3.5μm之間。

上述的硬質(zhì)合金刀片中，優(yōu)選的，所述含鈦立方相化合物中Ti原子與含鈦立方相化合物中所有金屬原子的原子比為0.45～0.70；所述硬質(zhì)合金刀片基體中N元素與Ti元素的原子比為0.1～0.2。

上述的硬質(zhì)合金刀片中，優(yōu)選的，所述硬質(zhì)合金刀片基體具有平均粘結(jié)相含量(質(zhì)量分數(shù))為標(biāo)稱粘結(jié)相含量1～2倍的含鈦立方相化合物缺失的表層結(jié)構(gòu)，所述表層結(jié)構(gòu)的厚度為5μm～50μm。

上述的硬質(zhì)合金刀片中，優(yōu)選的，所述硬質(zhì)合金刀片基體中，所述粘結(jié)相的質(zhì)量分數(shù)為5wt.％～8wt.％；和/或，所述W元素占粘結(jié)相的質(zhì)量分數(shù)為4wt.％～8wt.％，所述Cr元素占粘結(jié)相的質(zhì)量分數(shù)為4wt.％～8wt.％。

上述的硬質(zhì)合金刀片中，優(yōu)選的，所述Cr元素是以金屬固溶體或Cr的碳化物形式加入。

為了進一步提高硬質(zhì)合金刀片的性能，上述的硬質(zhì)合金刀片中，優(yōu)選的，所述硬質(zhì)合金刀片基體上設(shè)有細晶多層涂層，由里到外依次包括有：

最里層的TiN層，厚度為0.1μm～1μm，所述TiN層的晶粒為等軸晶粒，平均晶粒度≤0.5μm；

一層TiCN層，厚度為3μm～12μm，所述TiCN層的晶粒為柱狀晶，平均晶粒度為0.2μm～1.0μm，柱狀晶晶粒的長徑比大于5；

最外層的α-Al₂O₃層，厚度為2μm～10μm，平均晶粒度為0.2μm～2.0μm。

作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種上述的硬質(zhì)合金刀片的制備方法，包括以下步驟：

(1)配料：選用Co金屬粉、含鈦立方相化合物和碳化鎢粉作為原料，各原料的質(zhì)量百分比為：