[发明专利]一种用于耐热合金铣削的硬质合金刀片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于耐热合金铣削的硬质合金刀片及其制备方法，所述刀片包括基体和涂层；所述基体包括WC硬质相，Co粘结相以及Re‑Ru复合添加剂；所述Co的质量百分含量为基体质量的6～12wt％，所述Re‑Ru复合添加剂的质量总含量为Co质量的5～25％，其余为WC，其中，Re‑Ru复合添加剂中Ru的质量百分比为40～80％；本发明通过快冷烧结法制备硬质合金刀片的基体和电弧离子镀的方法在基体上沉积Al_xCr_{(0.90～1)‑x}XN涂层，得到的硬质合金刀片兼具优越的高温性能和抗塑性变形能力，具备了铣削耐热合金所需的耐磨性、韧性和高温性能。制备方法成本低，工艺简单可控，适用于大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及金属切削加工技术领域，特别涉及一种用于耐热合金铣削的硬质合金刀片及其制备方法。

背景技术

硬质合金因为兼具高硬度和高强度，被广泛适用于金属切削加工领域。但常规的硬质合金材料在铣削耐热合金时常因高温性能和韧性不足而表现出耐磨性差、崩刀等现象。目前使用较广泛的耐热合金主要有三类，分别是耐热不锈钢、钛合金、高温合金。这些合金被大规模用于锅炉、能源、化工、航空航天等领域。耐热不锈钢常用于能源领域，作为汽轮机叶片材料，近年来从1Cr12、1Cr13等马氏体不锈钢向17-4等沉淀硬化不锈钢转变，加工难度进一步增加；钛合金、高温合金则一直是金属切削领域中的难切削材料。耐热合金由于本身具有较好的强度、硬度，耐蚀性和高温性能也十分卓越，因此对刀具材料的综合性能有很高的要求。

传统的WC-Co合金在加工耐热合金时常会出现不耐磨、崩刀和塑性变形等情况。针对这些情况，目前已有部分改善方案：专利CN106544566A提出了一种耐腐蚀耐高温硬质合金及其制备方法。这种合金包括0.2～1.0％的Cr₃C₂，0.2～0.6％的TaC，6～12％的铼-钼-镍合金粉，其余为WC；其中Cr₃C₂和TaC的粒度为0.8～1.5μm，铼-钼-镍合金粉和WC的粒度为1～2μm。虽然该合金具有较好的耐腐蚀性和高温性能，但Ni作为粘结相对WC的润湿性不及Co，综合力学性能也不及传统的WC-Co合金，应用在金属切削领域差强人意。专利CN103464741B提出了一种稀土改性WC-Co类硬质合金刀具材料的方法：通过添加8～10％的Co、0.3～1％的超细VC、0.1～1％的Re或Ru，其余为WC，使用传统粉末冶金方法，制备出的硬质合金刀具材料兼具良好的常温力学性能和高温硬度，可广泛适用于叶片及不锈钢的粗铣。但随着加工效率的提升和工件材料的升级，这种刀具材料也表现出了局限性。

发明内容

针对刀片在铣削耐热合金时易出现的不耐磨、崩刃、塑性变形的问题，本发明提供了一种用于耐热合金铣削的硬质合金刀片及其制备方法，通过合理设计合金成分和烧结工艺，提高涂层的高温性能，实现常温力学性能和高温力学性能的综合提升。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于耐热合金铣削的硬质合金刀片，包括基体和涂层；

所述基体包括WC硬质相，Co粘结相以及Re-Ru复合添加剂；

所述Co的质量百分含量为基体质量的6～12wt％，所述Re-Ru复合添加剂的质量总含量为Co质量的5～25％，其余为WC，

其中，Re-Ru复合添加剂中Ru的质量百分比为40～80％；

所述涂层成分为Al_xCr_(0.90～1)-xXN，其中，x＝0.5～0.7；X为Si、V、Nb、B元素中的一种或几种，

优选地，所述基体中Co的比饱和磁化强度与Co的质量分数之比为0.6～0.8，

优选地，所述基体的矫顽磁力控制在10～20kA·m^-1之间。

优选地，所述WC原料粒度为0.5～5μm。