[发明专利]一种用于高速铣削的硬质合金刀具材料及其制造方法

说明书

本发明涉及一种用于高速铣削的硬质合金刀具材料及其制造方法，包括粘结相、硬质相及抑制剂。硬质相的质量分数为80wt%～88wt%，粘结相的质量分数为8.5wt%～12.5wt%，抑制剂的质量分数1.5wt%～5wt%，其中的硬质相包括：WC和TiC。通过在传统粗晶粒WC中添加细晶粒WC来提高铣削线速度需要的耐磨性，同时通过不断调整粗细碳化钨的比例来调整基体的组织形貌，本发明的硬质合金刀具材料，在普通的切削速度条件下，比传统的晶粒WC硬质合金刀具材料，使用寿命增长了20%～50%；在高速切削条件下，寿命增长了50%以上。

技术领域

本发明涉及到属于硬质合金领域，具体涉及一种用于高速铣削的硬质合金刀具材料及其制造方法。

背景技术

硬质合金具备很高的硬度和强度，在各行各业都得到广泛的应用，在金属切削中的作用尤为关键，在切削金属中又必须要具有高温稳定性和耐磨性，以及良好的抗塑性变形的能力，在目前机械加工领域，由于加工技术的不断进步、机床等设备的不断革新，被加工材质和现代金属加工工艺也随之革新，这对刀具的要求也随之提升，在铣削加工中，随着高线速度加工工艺的普及，普通的硬质合金铣削刀具已然不适合高线速度条件下的铣削。

从20世纪90年代中至今，是我国高温合金的全新发展阶段。虽然高温金属合金材料在我国已发展近60年，但行业发展仍处于成长期。由于高温金属合金材料领域具有较高技术含量，该行业企业拥有较深护城河。我国高温金属合金每年需求量在2万吨以上，国内年生产量在1万吨左右，市场容量超过80亿元，其中进口占比较大。未来20年我国对应的高温合金需求仅在航空航天领域在1500亿以上，再加上汽车、蒸汽轮机等其他各行各业的需求，仅高温合金空间一项就有2000亿的市场空间即将打开。

材料加工中，刀具本身硬度和强度一直以来都很难同时兼顾，由于耐热合金钢材料的特殊性，加上目前高线速度的加工工艺，制作高温合金加工工具采用的材料主要有WC-Co合金、金属陶瓷、PCBN、PCD等。其中WC-Co合金工具在车削和铣削方面得到了广泛的应用，金属陶瓷、PCBN、PCD等工具主要应用于车削精加工。如何提升刀具在耐热合金钢高线速度加工中的使用寿命，是硬质合金刀具研发工作人员一直追求的目标。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“201911391707.9”、申请日为“2019.12.30”、公开号为“CN110964964A”、公开日为“2020.04.07”、名称为“梯度结构的大进给铣刀的硬质合金基体及其制备方法”、申请人为“株洲夏普高新材料有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种梯度结构的大进给铣刀的硬质合金基体及其制备方法，硬质合金基体的组分及各组分质量百分比如下：5～10％的Co粉；2～6％的TaC粉和/或NbC粉；1～6％的TiC粉；0.1～2.0％的Ti( C，N )；余量为费氏粒度2 .0～5 .0μm的WC粉，总计100％。它能在基体表面区域形成缺立方相碳化物和碳氮化物的韧性区域，吸收复合涂层裂纹扩展的能量，有效地阻止裂纹向合金内部扩展，提高大进给铣刀的使用性能。

2、申请号为“201910211888.6”、申请日为“2019.03.20”、公开号为“CN110004344A”、公开日为“2019.07.12”、名称为“一种刀具材料及其制备方法”、申请人为“长沙众鑫达工具有限公司”的中国发明专利，该发明提供了一种刀具材料，该刀具材料含有TiCN和粘结相，余量为硬质合金固溶体，硬质合金固溶体为( W，Ti，Ta，Nb，Zr，Mo )C。该发明还提供了硬质合金固溶体及刀具材料的制备方法。相比现有技术添加各种不同的粉末碳化物合金添加剂，本发明的刀具材料中，所需合金元素为固溶体的形式，避免了分别添加不同碳化物时会产生的误差以及各种不同添加剂可能带入的杂质，提高了刀具材料的性能，保证了产品质量的稳定和寿命的延长。