[发明专利]硬质合金制品及其形成方法、顶锤及金刚石成型设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有预应力的硬质合金制品以及使用该预应力硬质合金制品的顶锤和金刚石成型设备。

背景技术

硬质合金是一种可通过粉末冶金生产工艺制成的合金产品，具体而言，可利用碳化物粉末（例如碳化钨粉末）、金属粉末（例如钴粉）以及少量添加剂，通过混合料制备、压制成型和高温烧结来生产出硬质合金制品。

目前，硬质合金以其很高的硬度和耐磨性、很高的抗压强度、很高的弹性模量、较小的热膨胀系数和很好的化学稳定性等特点使得它在耐磨材料、现代工具材料等方面占据重要地位。

然而，硬质合金是脆性材料，它上述的这些优点很难和较高的抗弯强度以及较高的冲击韧性兼而有之。

各种各样硬质合金制品的工况条件是复杂的，它们工作时常受各种应力的作用，通常当最大主应力超过硬质合金材料的极限强度时，制品就发生破坏。同时，硬质合金制品内部也可能存在残余应力，如果内部应力与工作时受的应力形成叠加，则加速制品的破坏。

为了提高硬质合金制品的使用寿命，人们拼命提高硬质合金材料的强度（抗弯强度），以提高材料的许用应力。虽然实现了一定的改进，但提高硬质合金材料的强度需花费很大的成本和代价，且强度的提高是有限度的。

目前常用的提高硬质合金制品强度的方法还包括用过盈配合的方式给硬质合金制品添加外套，该外套对制品施加预紧力，该预紧力抵消制品使用时受到的拉应力中的一部分，有利于提高硬质合金制品的使用寿命。但是就各使用工况而言，加预紧力外套常常受到限制。例如，在需要的部位能不能加(例如有没有足够位置加)预紧力外套，常常受到限制。以硬质合金材料制成的顶锤为例，其失效主要是46°面上的拉应力破坏，虽然可在外圆柱表面上增加径向预紧力外套(如钢套)来降低少部分顶锤主应力，但最需要预紧力的斜面部分无法加外套，从而不能在最需要的部位产生径向预紧力。此外，在应用预紧力外套时，预紧力的大小与工件加工的形位精度和工件之间配合的过盈量等因素有关，加工精度或者配合精度等因素考虑或设定不当，都可能使预紧力的大小与需要的不符，严重情况下甚至会加速硬质合金制品的损坏。

因此，需要一种耐用度和使用寿命得到提高的改进的硬质合金制品。

发明内容

本发明提供了一种硬质合金制品，其包括自身带有预应力的主体。

在这种硬质合金制品中，所述预应力可包括存在于所述主体的表层中的预应力。

在这种硬质合金制品中，所述表层中的预应力可为该表层中的残余应力。

在上述硬质合金制品中，所述表层中的预应力可与所述硬质合金制品在正常工作时所受的外部应力方向相反。

在上述硬质合金制品中，所述表层中的预应力可存在于所述表层的一部分中。

本发明还提供了一种用于生产人造金刚石的顶锤，其包括由上述硬质合金制品制成的锤体。

在这种顶锤中，所述表层中的预应力可与使用过程中所述锤体在46°大斜面上承受的拉应力的作用方向相反。

在上述顶锤中，所述顶锤包括下部圆柱体结构，上部棱台状结构以及两者之间的过渡部分，其中，所述上部棱台状结构的外表面上设有预应力，且所述下部圆柱体结构上装设有用于进一步增大强度的预紧力外套。

本发明还提供了一种金刚石成型设备，包括三组六个顶锤组件，各个顶锤组件均包括上述顶锤、预紧环、活塞和垫块，其中，所述预紧环在所述顶锤周围形成过盈配合，以对所述顶锤施加径向预紧力，所述活塞构造为能够通过所述垫块对所述顶锤施力，且各个顶锤组件的活塞构造为能够同步推动相应的顶锤，从而对放置在各顶锤组件形成的中心空腔中的试样加压，且至少一对所述顶锤组件构造为能够通电，以便加热所述试样。

本发明还提供了一种形成上述硬质合金制品的方法，包括：

（1）分析预期的硬质合金制品被破坏的形式，包括分析预期的硬质合金制品使用中导致其破坏的最大主应力的方向和位置；

（2）针对分析得出的所述最大主应力的方向和位置，设计预期的硬质合金制品所需要的预应力的大小和方向；

（3）制备表层存在残余应力的硬质合金制品；

（4）验证并确认上述过程是否得到符合条件的硬质合金制品。

附图说明

图1示出了六面顶压机的工作部分的俯视图，其中显示了四个顶锤组件。

图2是图1所示的顶锤的投影正视图。

图3是顶锤的纵向裂纹和断裂的图示。

具体实施方式

本发明提供了一种具有带预应力的主体的硬质合金制品。