[发明专利]具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具及其制造方法

权利要求书

1.一种具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具，其特征在于，包含韧性料基体、第一耐磨料层、中心通孔结构和第二耐磨料层，所述韧性料基体为圆柱体外形，所述韧性料基体的上表面设置有第一耐磨料层，所述中心通孔结构贯穿韧性料基体和第一耐磨料层，所述中心通孔结构内壁设置有第二耐磨料层；

所述具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具的制造方法包括以下步骤：

(1)韧性料基体料坯成型：将第一模套从圆环形外模具的底部开口放置进入所述圆环形外模具内部，并保证两者底端平齐；将第一芯棒插入第一模套的中心孔内，并保证两者底端平齐；称取碳化钨硬质合金韧性混合料，碳化钨硬质合金韧性混合料由WC粉、Co粉和Cr3C2粉构成且WC粉粒径为6-16μm，填充进圆环形外模具内壁与第一芯棒之间的空间内，震动使得碳化钨硬质合金韧性混合料均匀填充；将第二模套从圆环形外模具的顶部开口放置进入所述圆环形外模具，并让第一芯棒从第二模套的中心孔内穿过；从第二模套顶部施加压力，加压至2Mpa保持2～3秒，然后卸压至大气压力，然后再加压至10MPa保持2～3秒，再次卸压至大气压力；取出第二模套，将第一芯棒、第一模套、成型的韧性料基体料坯保留在圆环形外模具内；

(2)第一耐磨料层成型：称取碳化钨硬质合金耐磨混合料，碳化钨硬质合金耐磨混合料由WC粉、Co粉和VC粉构成且WC粉粒径为0.6-6μm，填充进韧性料基体料坯上表面与第一芯棒之间空间内，震动使得碳化钨硬质合金耐磨混合料均匀填充；将第二模套从圆环形外模具的顶部开口放置进入所述圆环形外模具，并让第一芯棒从第二模套的中心孔内穿过；从第二模套顶部施加压力，加压4～5MPa保持2～3秒，然后卸压至大气压力，然后再加压4～5MPa保持2～3秒，然后卸压至大气压力，然后再加压10MPa保持5秒，再卸压至大气压力；取走第一模套，从第二模套顶部施加压力，将第一芯棒和料坯整体一次性从圆环形外模具中顶出，将第一芯棒从料坯的中心孔拔出，获得成型后的第一料坯；

(3)第二耐磨料层置入：将第二耐磨料层的碳化钨硬质合金耐磨混合料置入成型后的第一料坯的中心通孔结构内，将上表面研磨平整；

(4)烧结：在250℃～450℃的温度区间，烧结3～5小时；再升温到450℃～1200℃的温度区间，烧结5～8小时；然后继续升温到1400℃～1500℃的温度区间，烧结1～2小时。

2.如权利要求1所述具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具，其特征在于，所述第一耐磨料层横截面外轮廓的最大尺寸等于韧性料基体的横截面直径。

3.如权利要求1所述具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具，其特征在于，所述第二耐磨料层横截面的外轮廓为圆形，或者多边形，或者由直线与弧线包围而成，或者直线与曲线包围而成，或者多段弧线包围而成，或者弧线与曲线包围而成，或者多段曲线，或者直线、弧线与曲线包围而成。

4.如权利要求1所述具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具，其特征在于，所述第二耐磨料层与韧性料基体结合界面的纵向剖面轮廓为多段直线，或者由直线与弧线组成，或者直线与曲线组成，或者多段弧线组成，或者弧线与曲线组成，或者多段曲线，或者直线、弧线与曲线组成。

5.如权利要求1所述具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具，其特征在于，所述第一耐磨料层横截面外轮廓的最大尺寸小于韧性料基体的横截面直径，所述第一耐磨料层横截面的外轮廓为圆形，或者多边形，或者由直线与弧线包围而成，或者直线与曲线包围而成，或者多段弧线包围而成，或者弧线与曲线包围而成，或者多段曲线，或者直线、弧线与曲线包围而成。

6.如权利要求1至5任一权利要求所述的具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具，其特征在于，第一耐磨料层设置于韧性料基体的上表面，或者同时设置于韧性料基体的上表面和底面。

7.一种具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)韧性料基体料坯成型：将第一模套从圆环形外模具的底部开口放置进入所述圆环形外模具内部，并保证两者底端平齐；将第一芯棒插入第一模套的中心孔内，并保证两者底端平齐；称取碳化钨硬质合金韧性混合料，碳化钨硬质合金韧性混合料由WC粉、Co粉和Cr3C2粉构成且WC粉粒径为6-16μm，填充进圆环形外模具内壁与第一芯棒之间的空间内，震动使得碳化钨硬质合金韧性混合料均匀填充；将第二模套从圆环形外模具的顶部开口放置进入所述圆环形外模具，并让第一芯棒从第二模套的中心孔内穿过；从第二模套顶部施加压力，加压至2Mpa保持2～3秒，然后卸压至大气压力，然后再加压至10MPa保持2～3秒，再次卸压至大气压力；取出第二模套，将第一芯棒、第一模套、成型的韧性料基体料坯保留在圆环形外模具内；

(2)第一耐磨料层成型：称取碳化钨硬质合金耐磨混合料，碳化钨硬质合金耐磨混合料由WC粉、Co粉和VC粉构成且WC粉粒径为0.6-6μm，填充进韧性料基体料坯上表面与第一芯棒之间空间内，震动使得碳化钨硬质合金耐磨混合料均匀填充；将第二模套从圆环形外模具的顶部开口放置进入所述圆环形外模具，并让第一芯棒从第二模套的中心孔内穿过；从第二模套顶部施加压力，加压4～5MPa保持2～3秒，然后卸压至大气压力，然后再加压4～5MPa保持2～3秒，然后卸压至大气压力，然后再加压10MPa保持5秒，再卸压至大气压力；取走第一模套，从第二模套顶部施加压力，将第一芯棒和料坯整体一次性从圆环形外模具中顶出，将第一芯棒从料坯的中心孔拔出，获得成型后的第一料坯；

(3)第二耐磨料层置入：将第二耐磨料层的碳化钨硬质合金耐磨混合料置入成型后的第一料坯的中心通孔结构内，将上表面研磨平整；

(4)烧结：在250℃～450℃的温度区间，烧结3～5小时；再升温到450℃～1200℃的温度区间，烧结5～8小时；然后继续升温到1400℃～1500℃的温度区间，烧结1～2小时。