消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法，將硬質(zhì)合金刀具試樣經(jīng)平整度處理后裝入冷壓模具；再將裝有硬質(zhì)合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機(jī)預(yù)壓，保壓后再經(jīng)過兩次提高壓制壓力，直至壓力達(dá)到最大設(shè)定值，保壓后按兩步方式卸載壓力，控制升壓與降壓速率，用相同壓制參數(shù)重復(fù)壓制8～12次。將壓制后的硬質(zhì)合金刀具試樣側(cè)面變?yōu)槭軌好妫聪嗤瑝簭?qiáng)改變壓制載荷，并用相同壓制參數(shù)重復(fù)操作，結(jié)束后取出試樣，得到低內(nèi)應(yīng)力硬質(zhì)合金刀具。
【專利說明】
消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種消除切削刀具材料熱應(yīng)力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硬質(zhì)合金是一種無機(jī)非金屬基復(fù)合材料，結(jié)合了碳化物陶瓷基體(WC、TiC等)具備 的耐磨、耐高溫優(yōu)點(diǎn)和金屬黏結(jié)劑(Co、Ni等)具有初性的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高速切削刀具、 模具、沖擊工具等。作為一種切削刀具材料，要求硬質(zhì)合金具有高溫強(qiáng)度好及長(zhǎng)壽命的特 點(diǎn)，但由于碳化物陶瓷基體與金屬黏結(jié)劑的熱膨脹系數(shù)差別較大，使其在燒結(jié)成形過程中 易產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力，該熱應(yīng)力隨著碳化物晶粒細(xì)化、合金組分而變化。在受到外載荷時(shí)，特 別是高溫交變載荷條件下，殘余熱應(yīng)力易造成刀具崩刃、成片剝落、斷裂等非正常失效。
[0003] 為提高硬質(zhì)合金的高溫強(qiáng)度，延長(zhǎng)其使用壽命，已有學(xué)者通過熱處理、機(jī)械振動(dòng)、 超聲波、滾磨等方法消除硬質(zhì)合金的殘余熱應(yīng)力，但由于運(yùn)些方法所需工藝較難控制且效 率較低，因此不易廣泛推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有硬質(zhì)合金材料殘余熱應(yīng)力不易快速、有效消除的現(xiàn)狀，提供了 一種消除其殘余熱應(yīng)力的方法。
[0005] 為達(dá)到W上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)的，
[0006] -種消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法，其特征在于，包括下述步驟：
[0007] (3)將燒結(jié)好的硬質(zhì)合金刀具試樣經(jīng)平整度修整后裝入冷壓模具，并將裝有該硬 質(zhì)合金刀具樣品的冷壓模具載入壓力機(jī)；
[000引 （4似150~170MPa/分鐘的速率對(duì)試樣加壓，至430~560MPa下預(yù)壓，短暫保壓后， W150~190MPa/分鐘的速率升壓至1000~1200MPa，然后W大于190MPa/分鐘的速率升壓至 1800 ~2000MPa，保壓 50 ~140 秒；
[0009] (3)按兩步方式卸載壓力，首先WlOOMPa/分鐘的卸壓速率降壓至900~lOOOMPa， 然后W150MPa/分鐘的卸壓速率降壓至OMPa;
[0010] (4)重復(fù)步驟(2)、（3)，對(duì)該硬質(zhì)合金刀具試樣正面進(jìn)行至少6次循環(huán)壓制，結(jié)束后 取出硬質(zhì)合金刀具試樣；
[0011] (5)將硬質(zhì)合金刀具毛巧側(cè)面變?yōu)槭軌好妫b入冷壓磨具并載入壓力機(jī)，按步驟 (2)~（3)相同的壓制條件及壓強(qiáng)參數(shù)，進(jìn)行步驟(2)~(4)的操作，結(jié)束后取出硬質(zhì)合金刀 具試樣。
[0012] 上述方法中，步驟(1)所述硬質(zhì)合金刀具試樣的平整度修整的工具為精細(xì)磨床。所 述冷壓模具為表面澤火的軸承鋼材料。步驟(2)所述短暫保壓的時(shí)間為10秒。步驟(4)所述 循環(huán)壓制的次數(shù)為8~12次;每次間隔時(shí)間小于30秒。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：
[0014] (1)在消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力過程中，本發(fā)明完全改變了已有方法中采用 深冷熱處理和高能處理的思路，而是根據(jù)大量研究成果，采用一種外加載荷的方式，并研究 外加載荷、硬質(zhì)合金顯微組織和殘余熱應(yīng)力之間的關(guān)系。此方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝可控性 強(qiáng)和高效率，克服了因深冷和高能處理的效率低的難題。
[0015] (2)在外加載荷消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的工藝機(jī)理是:通過壓力載荷使金 屬黏結(jié)相發(fā)生塑性變形，將作為第二類殘余內(nèi)應(yīng)力的熱應(yīng)力轉(zhuǎn)化為第Ξ類殘余內(nèi)應(yīng)力的晶 體缺陷，即發(fā)生能量轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化能量主要存在于晶格中，提高合金強(qiáng)度和初性。
[0016] 本發(fā)明用外加載荷消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力，制備的硬質(zhì)合金刀具樣品的抗 彎強(qiáng)度 > 4640MPa、1000°C拉伸強(qiáng)度 > 4461MPa。
【具體實(shí)施方式】
[0017] W下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018] W下各實(shí)施例消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法，抗彎強(qiáng)度測(cè)試條件符合 《GB3851-83》標(biāo)準(zhǔn)，高溫抗拉強(qiáng)度測(cè)試條件符合《GB4338-84》標(biāo)準(zhǔn)。
[0019]實(shí)施例1
[0020] (1)用精細(xì)磨床對(duì)已成形燒結(jié)好的尺寸為20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬質(zhì) 合金刀具試樣進(jìn)行平整度修整，修整后裝入表面澤火軸承鋼質(zhì)的冷壓模具。
[0021] (2)將裝有硬質(zhì)合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機(jī)預(yù)壓，壓力方向與試樣最小 截面平行，升壓速率150MPa/分鐘，壓力增大到500MPa，保壓10秒;升壓至1 lOOMPa，升壓速率 ISOMPa/分鐘，繼續(xù)W200M化/分鐘升壓至2000MPa，保壓70秒；分兩階段降壓，第一階段為 900MPa，速率lOOMPa/分鐘，第二階段OMPa，速率150MPa/分鐘。
[0022] (3)遵循步驟(2)的工藝參數(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀具試樣進(jìn)行10次循環(huán)壓制，間隔時(shí)間25 秒。
[0023] (4)將硬質(zhì)合金刀具試樣側(cè)面變?yōu)槭軌好?，按相同壓?qiáng)改變壓制載荷，壓力方向與 試樣最小截面平行，并重復(fù)步驟(2)、（3)操作，結(jié)束后取出試樣。
[0024] 實(shí)施例2
[0025] (1)用精細(xì)磨床對(duì)已成形燒結(jié)好的尺寸為20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬質(zhì) 合金刀具試樣進(jìn)行平整度修整，修整后裝入表面澤火軸承鋼質(zhì)冷壓模具。
[0026] (2)將裝有硬質(zhì)合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機(jī)預(yù)壓，壓力方向與試樣最小 截面平行，升壓速率170MPa/分鐘，壓力增大到530MPa，保壓10秒;升壓至1200MPa，升壓速率 190MPa/分鐘，繼續(xù)W200MPa/分鐘升壓至2000MPa，保壓110秒;分兩階段降壓，第一階段為 lOOOMPa，速率lOOMPa/分鐘，第二階段OMPa，速率150MPa/分鐘。
[0027] (3)遵循步驟(2)的工藝參數(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀具試樣進(jìn)行9次循環(huán)壓制，間隔時(shí)間20 秒。
[0028] (4)將硬質(zhì)合金刀具試樣側(cè)面變?yōu)槭軌好妫聪嗤瑝簭?qiáng)改變壓制載荷，壓力方向與 試樣最小截面平行，并重復(fù)步驟(2)、（3)操作，結(jié)束后取出試樣。
[0029] 實(shí)施例3
[0030] (1)用精細(xì)磨床對(duì)已成形燒結(jié)好的尺寸為20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬質(zhì) 合金刀具試樣進(jìn)行平整度修整，修整后裝入表面澤火軸承鋼質(zhì)冷壓模具。
[0031] (2)將裝有硬質(zhì)合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機(jī)預(yù)壓，壓力方向與試樣最小 截面平行，升壓速率leOMPa/分鐘，壓力增大到440MPa，保壓10秒;升壓至lOOOMPa，升壓速率 150MPa/分鐘，繼續(xù)W200MPa/分鐘升壓至ISOOMPa，保壓140秒;分兩階段降壓，第一階段為 lOOOMPa，速率lOOMPa/分鐘，第二階段OMPa，速率150MPa/分鐘。
[0032] (3)遵循步驟(2)的工藝參數(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀具試樣進(jìn)行12次循環(huán)壓制，間隔時(shí)間25 秒。
[0033] (4)將硬質(zhì)合金刀具試樣側(cè)面變?yōu)槭軌好?，按相同壓?qiáng)改變壓制載荷，壓力方向與 試樣最小截面平行，并重復(fù)步驟(2)、（3)操作，結(jié)束后取出試樣。
[0034] 實(shí)施例4
[0035] (1)用精細(xì)磨床對(duì)已成形燒結(jié)好的尺寸為20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬質(zhì) 合金刀具試樣進(jìn)行平整度修整，修整后裝入表面澤火軸承鋼質(zhì)冷壓模具。
[0036] (2)將裝有硬質(zhì)合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機(jī)預(yù)壓，壓力方向與試樣最小 截面平行，升壓速率150MPa/分鐘，壓力增大到540MPa，保壓10秒;升壓至1200MPa，升壓速率 170MPa/分鐘，繼續(xù)W200M化/分鐘升壓至2000MPa，保壓60秒；分兩階段降壓，第一階段為 900MPa，速率lOOMPa/分鐘，第二階段OMPa，速率150MPa/分鐘。
[0037] (3)遵循步驟(2)的工藝參數(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀具試樣進(jìn)行8次循環(huán)壓制，間隔時(shí)間20 秒。
[0038] (4)將硬質(zhì)合金刀具試樣側(cè)面變?yōu)槭軌好?，按相同壓?qiáng)改變壓制載荷，壓力方向與 試樣最小截面平行，并重復(fù)步驟(2)、（3)操作，結(jié)束后取出試樣。
[0039] 對(duì)W上實(shí)施例所得硬質(zhì)合金試樣的性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果列于表1。
[0040] 表1不同實(shí)施例處理的硬質(zhì)合金刀具試樣的性能參數(shù)
[0041]
[0042] 由表1可W看出，用實(shí)施例1-4方法處理的硬質(zhì)合金刀具試樣具有殘余內(nèi)應(yīng)力小、 強(qiáng)度高及高溫力學(xué)性能好等特點(diǎn)。
[0043] 本發(fā)明根據(jù)轉(zhuǎn)化殘余熱應(yīng)力所承載能量形式的思路，通過精確控制外載荷的大 小、加載方式改變硬質(zhì)合金組織結(jié)構(gòu)，提供了一條完整消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的技 術(shù)路線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法，其特征在于，包括下述步驟： (1) 將燒結(jié)好的硬質(zhì)合金刀具試樣經(jīng)平整度修整后裝入冷壓模具，并將裝有該硬質(zhì)合 金刀具樣品的冷壓模具載入壓力機(jī)； (2) 以150~170MPa/分鐘的速率對(duì)試樣加壓，至430~560MPa下預(yù)壓，短暫保壓后，以 150~190MPa/分鐘的速率升壓至1000~1200MPa，然后以大于190MPa/分鐘的速率升壓至 1800 ~2000MPa，保壓 50 ~140 秒； (3) 按兩步方式卸載壓力，首先以lOOMPa/分鐘的卸壓速率降壓至900~lOOOMPa，然后 以150MPa/分鐘的卸壓速率降壓至OMPa; (4) 重復(fù)步驟(2)、（3)，對(duì)該硬質(zhì)合金刀具試樣正面進(jìn)行至少6次循環(huán)壓制，結(jié)束后取出 硬質(zhì)合金刀具試樣； (5) 將硬質(zhì)合金刀具毛坯側(cè)面變?yōu)槭軌好?，裝入冷壓磨具并載入壓力機(jī)，按步驟(2)~ (3)相同的壓制條件及壓強(qiáng)參數(shù)，進(jìn)行步驟（2)~（4)的操作，結(jié)束后取出硬質(zhì)合金刀具試 樣。2. 如權(quán)利要求1所述的消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法，其特征在于，步驟（1)所 述硬質(zhì)合金刀具試樣的平整度修整的工具為精細(xì)磨床。3. 如權(quán)利要求1所述的消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法，其特征在于，所述冷壓模 具為表面淬火的軸承鋼材料。4. 如權(quán)利要求1所述的消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法，其特征在于，步驟(2)所 述短暫保壓的時(shí)間為10秒。5. 如權(quán)利要求1所述的消除硬質(zhì)合金刀具殘余熱應(yīng)力的方法，其特征在于，步驟(4)所 述循環(huán)壓制的次數(shù)為8~12次;每次間隔時(shí)間小于30秒。
【文檔編號(hào)】B22F3/24GK105834433SQ201610210801
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】董洪峰, 郭從盛, 張鋒剛
【申請(qǐng)人】陜西理工學(xué)院