消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法
【專利摘要】本發明公開了一種消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法，將硬質合金刀具試樣經平整度處理后裝入冷壓模具；再將裝有硬質合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機預壓，保壓后再經過兩次提高壓制壓力，直至壓力達到最大設定值，保壓后按兩步方式卸載壓力，控制升壓與降壓速率，用相同壓制參數重復壓制8～12次。將壓制后的硬質合金刀具試樣側面變為受壓面，按相同壓強改變壓制載荷，并用相同壓制參數重復操作，結束后取出試樣，得到低內應力硬質合金刀具。
【專利說明】
消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法
技術領域
[0001 ]本發明設及一種消除切削刀具材料熱應力的方法。
【背景技術】
[0002] 硬質合金是一種無機非金屬基復合材料，結合了碳化物陶瓷基體(WC、TiC等)具備 的耐磨、耐高溫優點和金屬黏結劑(Co、Ni等)具有初性的優點，廣泛應用于高速切削刀具、 模具、沖擊工具等。作為一種切削刀具材料，要求硬質合金具有高溫強度好及長壽命的特 點，但由于碳化物陶瓷基體與金屬黏結劑的熱膨脹系數差別較大，使其在燒結成形過程中 易產生殘余熱應力，該熱應力隨著碳化物晶粒細化、合金組分而變化。在受到外載荷時，特 別是高溫交變載荷條件下，殘余熱應力易造成刀具崩刃、成片剝落、斷裂等非正常失效。
[0003] 為提高硬質合金的高溫強度，延長其使用壽命，已有學者通過熱處理、機械振動、 超聲波、滾磨等方法消除硬質合金的殘余熱應力，但由于運些方法所需工藝較難控制且效 率較低，因此不易廣泛推廣。
【發明內容】
[0004] 本發明是針對現有硬質合金材料殘余熱應力不易快速、有效消除的現狀，提供了 一種消除其殘余熱應力的方法。
[0005] 為達到W上目的，本發明是采取如下技術方案予W實現的，
[0006] -種消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法，其特征在于，包括下述步驟：
[0007] (3)將燒結好的硬質合金刀具試樣經平整度修整后裝入冷壓模具，并將裝有該硬 質合金刀具樣品的冷壓模具載入壓力機；
[000引 （4似150~170MPa/分鐘的速率對試樣加壓，至430~560MPa下預壓，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)重復步驟(2)、（3)，對該硬質合金刀具試樣正面進行至少6次循環壓制，結束后 取出硬質合金刀具試樣；
[0011] (5)將硬質合金刀具毛巧側面變為受壓面，裝入冷壓磨具并載入壓力機，按步驟 (2)~（3)相同的壓制條件及壓強參數，進行步驟(2)~(4)的操作，結束后取出硬質合金刀 具試樣。
[0012] 上述方法中，步驟(1)所述硬質合金刀具試樣的平整度修整的工具為精細磨床。所 述冷壓模具為表面澤火的軸承鋼材料。步驟(2)所述短暫保壓的時間為10秒。步驟(4)所述 循環壓制的次數為8~12次;每次間隔時間小于30秒。
[0013] 與現有技術相比，本發明具有W下特點和優勢：
[0014] (1)在消除硬質合金刀具殘余熱應力過程中，本發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、硬質合金顯微組織和殘余熱應力之間的關系。此方法具有設備簡單，工藝可控性 強和高效率，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合金刀具殘余熱應力的工藝機理是:通過壓力載荷使金 屬黏結相發生塑性變形，將作為第二類殘余內應力的熱應力轉化為第Ξ類殘余內應力的晶 體缺陷，即發生能量轉化。轉化能量主要存在于晶格中，提高合金強度和初性。
[0016] 本發明用外加載荷消除硬質合金刀具殘余熱應力，制備的硬質合金刀具樣品的抗 彎強度 > 4640MPa、1000°C拉伸強度 > 4461MPa。
【具體實施方式】
[0017] W下結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0018] W下各實施例消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法，抗彎強度測試條件符合 《GB3851-83》標準，高溫抗拉強度測試條件符合《GB4338-84》標準。
[0019]實施例1
[0020] (1)用精細磨床對已成形燒結好的尺寸為20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬質 合金刀具試樣進行平整度修整，修整后裝入表面澤火軸承鋼質的冷壓模具。
[0021] (2)將裝有硬質合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機預壓，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)的工藝參數對硬質合金刀具試樣進行10次循環壓制，間隔時間25 秒。
[0023] (4)將硬質合金刀具試樣側面變為受壓面，按相同壓強改變壓制載荷，壓力方向與 試樣最小截面平行，并重復步驟(2)、（3)操作，結束后取出試樣。
[0024] 實施例2
[0025] (1)用精細磨床對已成形燒結好的尺寸為20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬質 合金刀具試樣進行平整度修整，修整后裝入表面澤火軸承鋼質冷壓模具。
[0026] (2)將裝有硬質合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機預壓，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)的工藝參數對硬質合金刀具試樣進行9次循環壓制，間隔時間20 秒。
[0028] (4)將硬質合金刀具試樣側面變為受壓面，按相同壓強改變壓制載荷，壓力方向與 試樣最小截面平行，并重復步驟(2)、（3)操作，結束后取出試樣。
[0029] 實施例3
[0030] (1)用精細磨床對已成形燒結好的尺寸為20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬質 合金刀具試樣進行平整度修整，修整后裝入表面澤火軸承鋼質冷壓模具。
[0031] (2)將裝有硬質合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機預壓，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)的工藝參數對硬質合金刀具試樣進行12次循環壓制，間隔時間25 秒。
[0033] (4)將硬質合金刀具試樣側面變為受壓面，按相同壓強改變壓制載荷，壓力方向與 試樣最小截面平行，并重復步驟(2)、（3)操作，結束后取出試樣。
[0034] 實施例4
[0035] (1)用精細磨床對已成形燒結好的尺寸為20mmX5mmX5mm的WC-llC〇-2.1TaC硬質 合金刀具試樣進行平整度修整，修整后裝入表面澤火軸承鋼質冷壓模具。
[0036] (2)將裝有硬質合金刀具試樣的冷壓模具載入壓力機預壓，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)的工藝參數對硬質合金刀具試樣進行8次循環壓制，間隔時間20 秒。
[0038] (4)將硬質合金刀具試樣側面變為受壓面，按相同壓強改變壓制載荷，壓力方向與 試樣最小截面平行，并重復步驟(2)、（3)操作，結束后取出試樣。
[0039] 對W上實施例所得硬質合金試樣的性能進行了測試，結果列于表1。
[0040] 表1不同實施例處理的硬質合金刀具試樣的性能參數
[0041]
[0042] 由表1可W看出，用實施例1-4方法處理的硬質合金刀具試樣具有殘余內應力小、 強度高及高溫力學性能好等特點。
[0043] 本發明根據轉化殘余熱應力所承載能量形式的思路，通過精確控制外載荷的大 小、加載方式改變硬質合金組織結構，提供了一條完整消除硬質合金刀具殘余熱應力的技 術路線。
【主權項】
1. 一種消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法，其特征在于，包括下述步驟： (1) 將燒結好的硬質合金刀具試樣經平整度修整后裝入冷壓模具，并將裝有該硬質合 金刀具樣品的冷壓模具載入壓力機； (2) 以150~170MPa/分鐘的速率對試樣加壓，至430~560MPa下預壓，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) 重復步驟(2)、（3)，對該硬質合金刀具試樣正面進行至少6次循環壓制，結束后取出 硬質合金刀具試樣； (5) 將硬質合金刀具毛坯側面變為受壓面，裝入冷壓磨具并載入壓力機，按步驟(2)~ (3)相同的壓制條件及壓強參數，進行步驟（2)~（4)的操作，結束后取出硬質合金刀具試 樣。2. 如權利要求1所述的消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法，其特征在于，步驟（1)所 述硬質合金刀具試樣的平整度修整的工具為精細磨床。3. 如權利要求1所述的消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法，其特征在于，所述冷壓模 具為表面淬火的軸承鋼材料。4. 如權利要求1所述的消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法，其特征在于，步驟(2)所 述短暫保壓的時間為10秒。5. 如權利要求1所述的消除硬質合金刀具殘余熱應力的方法，其特征在于，步驟(4)所 述循環壓制的次數為8~12次;每次間隔時間小于30秒。
【文檔編號】B22F3/24GK105834433SQ201610210801
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】董洪峰, 郭從盛, 張鋒剛
【申請人】陜西理工學院