硬质合金体的表面硬化制造技术

本发明专利技术涉及一种在金属粘结相中包含WC的硬质合金刀体。所述硬质合金刀体包括主体部和表面部。表面部中的WC的晶粒度小于刀体的主体部中的晶粒度，这产生了增加的表面硬度和增加的耐磨性。表面部中的WC的中值晶粒厚度tg为20‑300nm，主体部的平均晶粒度为0.5‑8μm。本发明专利技术还涉及一种对硬质合金刀体进行表面硬化的方法。

Surface Hardening of Cemented Carbide

The invention relates to a carbide cutter body containing WC in a metal bonding phase. The cemented carbide cutter body comprises a main part and a surface. The grain size of WC in the surface is smaller than that in the main part of the cutter body, which results in increased surface hardness and wear resistance. The median grain thickness of WC in the surface is 20 300 nm, and the average grain size in the main part is 0.5 8 micron. The invention also relates to a method for surface hardening of cemented carbide cutter body.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硬质合金体的表面硬化专利
本专利技术涉及一种在金属粘结相中包含WC的硬质合金刀体，并且该刀体包括表面部和主体部。表面部中的WC的晶粒度小于所述刀体的主体部中的晶粒度，这产生了增加的表面硬度和增加的耐磨性。
技术介绍
硬质合金是如今众所周知且经常使用的材料，用于各种苛刻的应用例如金属切削的切削工具、采矿钻头和磨损件中。它是一种可承受高要求情形、大力和高温的材料。提高硬质合金刀体的耐磨性的一种方法是增加硬质合金材料本身的表面的硬度。EP1548136A1公开了一种在烧结过程中将Cr和C施加在硬质合金刀体的表面上并由此降低Co含量并限制表面区域中的WC晶粒度的方法。一直需要提供具有增加的耐磨性的硬质合金刀体，例如可承受越来越长切削时间的切削的切削工具。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种具有增加的耐磨性的硬质合金刀体。另一个目的是提供一种制造这种硬质合金刀体的方法。该目的是通过根据权利要求1所述的硬质合金刀体和根据权利要求8所述的表面硬化硬质合金刀体的方法来实现。优选的实施方式在从属权利要求中列出。本专利技术涉及一种硬质合金的刀体，其中所述硬质合金在金属粘结相中包含WC。所述刀体由主体部和表面部组成。表面部中的WC的中值晶粒厚度tg为20-300nm。表面部中的WC的中值晶粒厚度tg可以是20-200nm、20-100nm或20-50nm。表面部中的金属粘结相含量为主体部中的金属粘结相含量的50-120体积％，优选80-100体积％。主体部中的WC的平均晶粒尺寸为0.5-8μm，优选0.5-5μm。表面部和主体部之间的晶粒度的差异是有利的，因为表面部中较小的晶粒度产生较高的表面硬度，而所述刀体的表面处较高的硬度产生对例如磨料磨损的改善的耐受性。如果差异太小，即晶粒度相似，则不会注意到表面硬度的增加。本专利技术的另一个优点在于，因为主体部可以保留其初始的韧性特性，所以所述刀体的增加的表面硬度同时产生增加的耐磨性。在所述刀体的主体部中的较大的WC晶粒度通常在为所述刀体提供韧性方面产生益处。本专利技术的硬质合金刀体可以是切削工具，例如用于铣削、钻孔或车削的切削工具，例如切削刀具刀片、钻头或端铣刀。该工具可以例如用于金属材料例如碳钢、不锈钢、铸铁、钛合金或其它合金或金属材料的金属切削。本专利技术的硬质合金刀体可以是用于采矿应用的钻头或线材用拉模或锻造工具。术语“硬质合金”在本文中旨在表示在金属粘结相中包含硬质组分的材料。硬质合金包含WC晶粒，并且还可以包含Ta、Ti、Nb、Cr、Hf、V、Mo和Zr中的一种或多种的其它碳化物或碳氮化物，例如TiN、TiC和/或TiCN。WC晶粒存在于所述刀体的表面部和主体部两者中。如果硬质合金中存在其它碳化物和/或氮化物，则它们可以位于表面部中、主体中或两者中。硬质合金刀体应优选包含至少60重量％，更优选大于65重量％的WC，最优选至少70重量％的WC。金属粘结相是金属，并且所述金属可以例如单独地选自Cr、Mo、Fe、Co或Ni或者其任何组合。优选地，金属粘结相仅包含Co，Co和Ni的组合，或Co、Ni和Fe的组合。金属粘结相可包含本领域技术人员已知的其它合适金属。在一个实施方式中，所述刀体的表面是所述刀体的最外表面。因此，刀体表面可以对应于刀体的最外表面。在一个可选实施方式中，刀体的表面可涂覆有表面涂层，导致涂层的最外表面对应于刀体的最外表面，并且硬质合金刀体的表面面向涂层的最内表面。这里将刀体的“主体部”定义为通常是刀体的主要部分，即刀体的不是表面部的部分的硬质合金。主体部中的WC的晶粒度通常是刀体的WC的初始晶粒度，即在烧结过程后获得的WC的晶粒度。在测量WC晶粒度时，表面部不是主体部的一部分。在一个实施方式中，刀体由表面部和主体部组成。术语刀体的“表面部”在本文中旨在表示如下的表面部，其经处理以使得该区域中的晶粒度比围绕所述表面部的区域中的晶粒度小，即比在主体部中的晶粒度小。表面部位于刀体的表面。表面部在刀体的表面平面中延伸，并且在垂直于表面的通常朝向刀体芯部的方向上也延伸。表面部在垂直于表面的方向上的延伸在本文中限定了表面部的厚度。根据具体应用和需要，刀体可设置有一个或多个表面部。与刀体的主体中的WC晶粒相比，刀体的表面部中的WC晶粒较小。表面部中的WC晶粒在本文中定义为具有厚度tg和长度lg。WC晶粒的厚度是晶粒在其最小尺寸处的宽度。长度是在其最大尺寸处的宽度。可以用经典的线性截线法方法测量主体部的WC晶粒度。表面部中的WC晶粒可以例如利用以下方法测量：制作表面部表面的放大50.000倍的显微照片。在显微照片中画一条7μm的表示样品表面处距离的直线。测量由该线相交的每个WC晶粒的厚度tg和长度lg。在相同样品的第二张显微照片上重复该过程。基于来自两个显微照片的测量结果来计算该特定表面部的中值厚度tg和中值长度lg。表面部中的金属粘结相含量为主体部中的金属粘结相含量的50-120体积％。这是有利的，因为金属粘结相有助于表面部本身的韧性，并有助于与主体部的增加的粘合性。如果粘结相含量太高，则表面部的硬度降低。金属粘结相含量可以例如通过辉光放电光学发射透镜(GDOES)来研究。根据本专利技术的一个实施方式，在垂直于刀体表面的方向上测量，所述表面部的平均厚度为0.5-20μm，优选0.5-15μm。表面部的厚度可以是0.5-10μm、0.5-5μm或0.5-2μm。厚度可以通过研究刀体的贯通切割来测量。由于WC晶粒度的明显差异，表面部和主体部之间的边界通常非常容易找到。如果表面部的厚度低于优选厚度，则来自增加的耐磨性的改善将不太明显。在一个实施方式中，表面部包括板状和/或针状WC晶粒。板状和/或针状WC晶粒的一个优点在于，这些晶粒可影响裂纹扩展，因此形成的任何裂纹都会沿着晶粒偏斜，从而松散能量。在一个实施方式中，板状和/或针状WC晶粒的中值厚度tg小于200nm，优选小于150nm，更优选小于100nm，甚至更优选小于50nm。板状和/或针状WC晶粒的中值厚度tg可以是20-200nm、20-100nm或20-50nm。板状和/或针状WC晶粒的厚度可以在表面部的横截面的图像中测量，或者从顶视图测量。板状和/或针状WC晶粒的长度lg可以是亚微米至微米。在一个实施方式中，板状和/或针状WC晶粒的中值长度lg为100-500nm，优选100-400nm，更优选100-300nm。在本专利技术的一个实施方式中，板状和/或针状WC晶粒的lg/tg比>3，优选>4。在一个实施方式中，所述lg/tg比在3和10之间，优选在4和8之间。根据本专利技术的一个实施方式，表面部在工具表面处延伸至少为2mm2。表面部随表面的延伸可由技术人员调整以适合具体应用。根据本专利技术的表面硬化非常灵活，因为可以处理仅受益于增加的硬度的任何区域，而其它区域可以不进行处理。根据一个实施方式，刀体包括耐磨涂层，例如CVD或PVD涂层。耐磨涂层通常是可以增加刀体的磨料耐磨性和耐化学耐磨性的陶瓷涂层。涂层优选是陶瓷涂层，例如TiN、TiCN、Al2O3或TiAlN或它们中的任何的组合。这些涂层通常是易碎的并且需要由相对硬质的刀体支撑而不会破碎或剥落。本专利技术的硬质合金刀体的表面部可以改善涂层的这种支撑，从而延长了刀体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质合金的刀体，所述硬质合金在金属粘结相中包含WC，其中所述刀体由主体部和表面部组成，所述表面部中的金属粘结相含量为所述主体部中的金属粘结相含量的50‑120体积％，所述主体部中的WC的平均晶粒度为0.5‑8μm，其特征在于所述表面部中的WC的中值晶粒厚度tg为20‑300nm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.01 EP 16163556.01.一种硬质合金的刀体，所述硬质合金在金属粘结相中包含WC，其中所述刀体由主体部和表面部组成，所述表面部中的金属粘结相含量为所述主体部中的金属粘结相含量的50-120体积％，所述主体部中的WC的平均晶粒度为0.5-8μm，其特征在于所述表面部中的WC的中值晶粒厚度tg为20-300nm。2.根据权利要求1所述的刀体，其中在垂直于所述刀体的表面并朝向所述主体部的方向上测量，所述表面部的平均厚度为0.5-20μm，优选为0.5-10μm。3.根据前述权利要求中任一项所述的刀体，其中所述硬质合金刀体中的WC含量为至少60重量％，优选至少70重量％，最优选至少80重量％。4.根据前述权利要求中任一项所述的刀体，其中所述表面部包括具有WC晶粒长度lg和WC晶粒厚度tg的板状和/或针状WC晶粒。5.根据权利要求3所述的刀体，其中所述板状和/或针状WC晶粒的lg/tg比>3，优选>4。6.根据前述权利要求中任一项所述的刀体，其中所述表面部在所述刀体的表面上延伸至少2mm2。7.根据前述权利要求中任一项所述的刀体，所述刀体还设置有耐磨CVD涂层和/或PVD涂层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·弗拉沙尔，
申请(专利权)人：普拉米特工具制造公司，
类型：发明
国别省市：捷克,CZ