[发明专利]轻质硬质合金

说明书

一种硬质合金，其适合用作冲头的制造中的材料，所述冲头用于金属成形并且特别用于制造金属饮料罐。所述硬质合金包含含有WC的硬质相、粘结相和γ相。所述γ相成分包含金属碳化物以及金属氮化物和/或金属碳氮化物，并且WC的平均晶粒尺寸/所述γ相的平均晶粒尺寸的商在0.5至1.5的范围内。

技术领域

本主题涉及一种具有硬质相、粘结相和γ相的硬质合金，并且特别是但不限于包含金属碳化物和金属氮化物和/或金属碳氮化物的γ相。

背景技术

已知硬质合金表现出高硬度和适度韧性的有利组合，使其成为用于制造耐磨应用件(包括材料成形工具、结构部件、采矿钻头、压模、冲模和高需求应用中的其它磨损零件)中的理想材料。特别地，硬质合金已经被用于在金属饮料罐的制造中形成冲头本体。全世界每年制造超过2000亿个罐。一条生产线每年可以用铝带或钢带连续制造多达50万个罐。此外，卧式压力机能以每分钟250至390个罐的速度运行。作为该工序的一部分，由金属片压制而成的杯在约五分之一秒内以一个连续的冲压行程形成罐体，形成约66mm的内径，并将高度从33mm增加至57mm。然后，罐体通常穿过拉伸环，以将壁拉伸到130mm高，然后在罐底部形成凹形圆顶。由于工具加工所需的公差非常严格(±0.002mm)，为了保持正确的罐尺寸，冲头相对于拉伸环和圆顶模具的对准是重要的。

EP 2439294 A1描述了一种具有包含WC的硬质相和粘结相的硬质合金组合物，所述组合物包含50-70重量％的WC、15-30重量％的TiC和12-20重量％的Co+Ni。

US 6,521,353 B1描述了一种用于高磨损应用(诸如用作造粒模具的表面)的低热导率硬质金属。该材料包含50至80重量％的WC、至少10重量％的TiC、包含镍和钴的粘结材料，其中TiN和TiNC不被添加到合金中。

如EP 2439294 A1中所述的轻质冲头旨在在工作撞锤的端部提供减小的质量，以减少冲头动态振动，从而尝试并实现更高的冲头本体速度(每分钟罐数)和改善的罐壁厚度一致性，这进而需要更少的金属并减少碳足迹。然而，此类材料代表了在试图实现上述优点与由于耐磨性而最大化使用寿命之间的折衷。因此，需要一种表现出适当硬度和韧性以及由此带来的耐磨性的轻质硬质金属级材料。

发明内容

本公开内容涉及适合用于制造用于高需求应用的工具和部件的、具有所需的耐磨性和机械性质的轻质硬质合金材料。还提供用于制造具有大约10g/cm³的密度以及表现出高的机械耐磨性并且优选地表现出耐腐蚀性的金属成形用冲头的硬质合金材料。

还提供具有物理和机械特性的硬质合金，特别是在该材料用于制造金属成形用冲头(诸如作为金属罐制造的一部分形成撞锤端部或可连接到撞锤端部的制罐机冲头)时能实现表面粗糙化过程。

所述目的通过提供由三种或至少三种相形成的硬质合金来实现，所述三种或至少三种相包含WC相、粘结相和γ相。本硬质合金具体配置有γ相，该γ相包含金属碳化物以及金属氮化物和/或金属碳氮化物，并且具有WC相的平均晶粒尺寸对γ相的平均晶粒尺寸的特定比或商。特别地，发明人已经鉴定出，WC平均晶粒尺寸/γ相平均晶粒尺寸的商在0.5至1.5范围内与所陈述的γ相组成的组合特别有利于提供表现出高硬度、适度韧性和小于14g/cm³、特别是约为或接近10g/cm³的密度的材料。因此，用作用于冲压金属的工具的本硬质合金有利于实现与通常用于冲压应用的密度高得多的常规硬质合金相似的磨损率，同时明显更轻。这进而有利于提供更高的冲压速度、改善的(成形罐的)罐体壁一致性，这进而需要更少的铝或钢带，从而减少碳足迹。另外的优点包括减少的平均罐重、损坏、维护和机器停机时间。

本等级还可有利地用于制造各种应用中的部件，特别包括用于锯尖、切割模具、切割部件、采矿钻头、压模内的部件、钻头、轴承或轴承内的部件、机械密封件等。