[发明专利]一种盾构机刀具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀具材料及其制备方法，特别是用于盾构机刀具的硬质合金材料及制备方法，属于硬质合金材料领域。

背景技术

盾构机是盾构施工方法的主要施工机械,它实质就是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。根据地质条件的变化,以及盾构机械的发展与改进,在钢筒结构的前端、中段、尾部以及盾构后续部分与地面上,综合配有各种不同的挖掘、顶进、转向、支护、排渣、衬砌、运输等机械,形成一个完整的施工机械系统。盾构施工经验表明,盾构刀具承受着来自地下土质、水压等持续和变化着的挤压、冲击、刮削等作用。硬质合金刀片工作面受挤压、刮削而产生强力磨损,当冲击力超过合金材料能承受的强度极限时则导致刀片崩裂。在苛刻的施工工况下,装机及更换维修用的盾构刀具磨损严重、断裂失效等情况时常发生,这对于作为承载主要切削作用的硬质合金刀片材料性能提出了很高的要求。

201120013488.3公开了一种盾构机用组合中心刀，主要包括主刀体和先行刀刀头。特点是通过在主刀体的凹槽内焊接六个先行刀刀头，并且在主刀体的凹槽中钎焊硬质合金条，在主刀体和先行刀刀头的刀体表面上堆焊耐磨层，使其具有了先行刀与中心刀的双重功能。201020162458.4公开了一种盾构机刀具，它包括刀柄、刀体，所述刀体的刃口上设有沿刃口方向延伸的凹槽，所述的凹槽内焊接有一硬质合金体，所述凹槽外围的刀体刃口上设有耐磨层。201120272826.5公开了一种盾构机用圆柱形先行刀，包括下端安装有硬质合金体的刀体，所述刀体采用圆柱体结构，其上端中部开设有轴孔，所述轴孔内过盈配合安装有刀轴，所述刀体的上端面开设有用于所述先行刀装卸的两螺纹孔，所述刀轴端部中心位置均开设有用于将所述先行刀固定在其刀盒内的一个螺纹孔。刀体采用圆柱体结构，其结构简单，刀体的上端中部开有轴孔，所述轴孔内过盈配合安装有刀轴，开设的轴孔为一通孔，加工方便，该圆柱形先行刀具有结构简单、加工方便、制造成本低、在刀盒中固定性能好的优点。按照设计要求,硬质合金刀片与钢基刀体,通过焊接制成盾构刀具。但上述关于盾构机刀具的实用新型专利均是关于刀具的结构，而未涉及到盾构机刀具的硬质合金材料特征。

为了提高盾构机硬质合金合金刀具应对大能量冲击载荷和抗强力磨损的能力,盾构机刀具的开发主要着眼于粗WC晶粒硬质合金。WC晶粒越粗，抗弯强度越高，冲击韧性越好，而硬度与耐磨性下降。目前多采用10～15μm，甚至20～30μm的粗颗粒WC原料粉末，以确保经球磨、压制和烧结后获得粗晶粒硬质合金；同时，一般添加一定比例的1～3μm的细颗粒WC形成所谓的非均匀结构（或双峰结构），以便在确保硬质合金在具有高强度和抗冲击性的同时，具有较高的硬度和耐磨性。

200710035791.1公开了一种粗晶粒硬质合金及其制备方法，制备配料采用Fsss粒度为11.0～15.0μm接近单晶的粗颗粒 WC粉，以及TaC粉和Co粉；真空烧结温度为1450～1520℃；TaC∶Co＝0.045～ 0.055。200810031231.3公开了一种热墩模具用材料及其制备工艺。其产品的成份及重量百分比为：钴12～20％，镍3～10％，20～25μm的碳化钨50～70％，1.0～1.5μm的碳化钨10～30％。201010195748.3公开了一种适于焊接加工的球齿钎头用硬质合金，Co 含量为6％～8％，余量为WC。其中粗颗粒WC粉的粒度范围为10～15μm，细颗粒WC粉的粒度范围为2.0～3.0μm，粗颗粒WC粉与细颗粒WC粉的重量比为4∶1～3∶2。本发明由于采用了两种不同粒径的WC作为原料，使合金组织中的WC晶粒为非均匀结构，合金组织中粗细WC交错搭配，有效地协调硬质合金的耐磨性和韧性。03124861.6公开了一种钨钴硬质合金的制备方法，包括将WC粉与(10～11)wt％的Co粉经配料、湿磨、干燥、掺成形剂制粒、压制成形、脱成型剂、烧结等步骤，配料时选用粗细两种颗粒的WC粉，其中粗颗粒WC粉的粒度为(20～30)μm，细颗粒WC粉的粒度为(1.2～1.8)μm，粗颗粒WC粉与细颗粒WC粉之重量比为60∶40～80∶20。采用本发明方法可有效地协调硬质合金耐磨性和韧性，提高合金的综合性能。同时也有多个专利采用同样的粗细搭配方案制备了含Co为4～6wt％，6～8 wt％,8～9 wt％,9～10 wt％的粗颗粒硬质合金。