[发明专利]一种成型梯度刀具的原位冶金制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属切削或采矿刀具制备技术领域，尤其涉及成型梯度刀具的制备方法。

背景技术

目前在金属切削及采矿领域使用的刀具主要由钴结碳化钨硬质合金制作而成，硬质合金的主要生产工艺流程为：钴粉制备→碳化钨粉制备(先用钨粉与碳粉混合后在碳管炉中通氢或真空1400～1600℃下合成，然后按照用途筛分)→钴粉与碳化钨粉球磨混粉(≥10小时)→混合粉末压制成形→高温烧结(随钴含量不同在1380～1490℃之间在保护气氛下热等静压烧结)→硬质合金表面处理。该工艺生产的硬质合金质量强烈依赖于碳化钨粉与钴粉混合均匀度、型坯压实度、烧结方式、烧结温度和烧结时间等工艺参数，其中任何一个工艺参数控制不严格，都会在硬质合金材料内部形成大量的显微裂纹，而随后的钎焊又会加剧裂纹的增生与扩展，大幅度降低硬质合金的强韧性。上述缺陷导致了大量贵重的钴和碳化钨材料损耗浪费，同时造成了频繁更换刀具的停产损失。

目前尚未有一种完全解决上述工艺缺陷的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服前述硬质合金生产技术的缺陷，提出一种利用原位冶金技术在石墨模具内腔中制备成型梯度刀具的生产方法。

一种成型梯度刀具的原位冶金制备方法的工艺步骤是：按比例配制铁基合金粉末，和钨粉、碳粉、以及所述铁基合金粉的钨基合金粉末→按照形状要求制备石墨模具→在石墨模具的内腔中原位冶金成型梯度刀具→刀具修形或表面处理，

其中，所述铁基合金粉末的混合比例范围按重量百分数为：铁粉90～95％，镍粉1～3％，铬粉1～5％，碳粉0.2～2％；钨粉、碳粉、以及所述铁基合金粉的钨基合金粉末5的混合比例范围按重量百分数分别为：钨粉80～90％，碳粉3～8％，铁粉1～5％，镍粉1～5％，铬粉1～5％，钴粉1～3％，

按照形状要求制备石墨模具→在石墨模具的内腔中原位冶金成型梯度刀具→刀具修形或表面处理具体是：按照形状要求制备石墨模具，将用石墨制成的放电管接通直流电源的正极，石墨模具接通直流电源的负极，将放电管缓缓下降至模具内腔的底部接触引燃电弧，同时从放电管的顶部先送入所述铁基合金粉末，粉末在放电管下端口电弧中熔化形成的熔池达到一定高度后，再将从放电管的顶部送入的所述铁基合金粉末更换成所述钨基合金粉末，直至整个石墨模具内腔注满，随后冷却，破碎去掉石墨模具取出成型梯度刀具。

附图说明

图1是石墨模具内腔中原位冶金制备成型梯度刀具过程的剖面示意图。

1-石墨模具，2-模具内腔，3-放电管，4-铁基合金粉末，5-钨粉、碳粉、以及铁基合金粉的钨基合金粉末，6-电弧，7-成型梯度刀具。

图2是原位冶金成型梯度刀具从顶部至底部的显微硬度分布曲线。

具体实施方式

结合图1图2再对本发明的实施方式和效果作进一步说明。

(1)、按比例配制铁基合金粉末4，和钨粉、碳粉、以及铁基合金粉的钨基合金粉末5，铁基合金粉末4的混合比例范围按重量百分数为：铁粉90～95％，镍粉1～3％，铬粉1～5％，碳粉0.2～2％；钨粉、碳粉、以及铁基合金粉的钨基合金粉末5的混合比例范围按重量百分数分别为：钨粉80～90％，碳粉3～8％，铁粉1～5％，镍粉1～5％，铬粉1～5％，钴粉1～3％。

(2)、按照形状要求制备石墨模具1。

(3)、在石墨模具1的模具内腔2中原位冶金制备成型梯度刀具7时，首先将用石墨或合金等导电材料制成的放电管3接通直流电源的正极，石墨模具1接通直流电源的负极，将放电管3缓缓下降至模具内腔2的底部接触引燃电弧6，同时从放电管3的顶部送入铁基合金粉末4，这时粉末和放电管下端口部分在电弧6的高温下迅速熔化，滴入下方的熔池中顺序凝固成型为梯度刀具的底部刀体部分。当刀体部分达到一定的高度后，再将放电管3顶部送入的铁基合金粉末4更换成钨粉、碳分、以及铁基合金粉的钨基合金粉末5。等整个石墨模具1的内腔2注满并冷却后，破碎去掉石墨模具1取出成型梯度刀具7，从中心用线切割切成剖面并磨光，自上而下用显微硬度计测试硬度分布如图2所示，靠近顶部的硬度值达到了1500HV，超过了常用采矿硬质合金YG13C的硬度值1380HV，并从顶部向下硬度呈梯度分布。这种呈梯度分布的成分与硬度不仅非常适合于底部与其他钢铁基体焊接，避免了因焊接不牢产生的脱落现象，也节约了贵重的合金材料，降低了制造成本。由于原位冶金梯度刀具是由液相中结晶凝固而成，因此内部没有显微裂纹存在，提高了刀具的强韧性。

本发明的积极效果是：大大简化了传统粉末冶金硬质合金刀具的生产工艺流程，降低了刀具生产成本。用本发明制造的冲击钻头钻削水泥墙体，使用寿命相同时制造成本降低了1/2，节约了大量的贵重金属。