[发明专利]用于钢材车削的刀具及其制备方法

说明书

本发明提出了用于钢材车削的刀具及其制备方法。刀具包括由硬质合金形成的刀具基体，以及形成在基体上的涂层，刀具基体具有表层区，以及位于表层区远离涂层一侧的均质区，表层区具有富钴层，且富钴层中具有钛立方相化合物，硬质合金的平均粘结相含量为标称钴含量的1～1.5倍，富钴层中的所述钛立方相化合物，为立方相化合物标称含量的0.5～0.8倍。该刀具兼具硬度韧性、高屈服强以及高温红硬性，能适用于钢件的车削加工。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地，涉及钢材车削材料，更具体地，涉及用于钢材车削的刀具及其制备方法。

背景技术

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，由于具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，被广泛应用于作刀具材料。特别是硬质合金具有高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度，因此常被用于制备车削钢材的刀具。

然而，目前的硬质合金，难以在屈服强度、红硬性、抗塑性形变、抗磨损等性能中取得较为理想的平衡，而是仅能够提高上述性能中的一个或几个，例如，提高了硬质合金的硬度和韧性的同时，往往难以保证合金的屈服强度以及塑性形变问题等等。因此，目前的用于车削钢材的刀具及其制备方法仍有待改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

发明人发现，目前的硬质合金难以在屈服强度、红硬性、抗塑性形变、抗磨损等性能中取得较为理想的平衡，主要是由于硬质合金的内部结构不合理造成的：具体地，为了提高硬质合金的韧性，吸收在气相沉积涂层时由于涂层和基体间热膨胀系数的不同而在冷却过程中产生的热应力，减缓刀具在使用过程中微裂纹向基体内的扩展，从而提高刀具的使用寿命，可在硬质合金的基体表层形成一定厚度的缺立方相的梯度层。在缺立方相中不含硬脆的立方相，因而具有较高的韧性。然而由于表面无立方相富钴结构存在，这种硬质合金基体为表层富钴无立方相梯度结构作为刀具基体时，会降低材料的屈服强度和红硬性，因此导致该类型的硬质合金制成的刀片刃口容易产生塑性变形，导致刀面抗磨损能力下降。

本发明旨在至少在一定程度上解决以上相关技术中的技术问题之一。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于钢材车削的刀具，所述刀具包括由硬质合金形成的刀具基体，以及形成在所述基体上的涂层，所述刀具基体具有表层区，以及位于所述表层区远离所述涂层一侧的均质区，所述表层区具有富钴层，且所述富钴层中具有钛立方相化合物，其中，所述硬质合金的平均粘结相含量为标称钴含量的1～1.5倍，所述富钴层中的所述钛立方相化合物，为立方相化合物标称含量的0.5～0.8倍。该刀具兼具硬度韧性、高屈服强以及高温红硬性，能适用于钢件的车削加工。该刀具可以改善刃口的塑性变形，还要还能够提高刀片的抗磨损能力，可以有效避免由于立方碳氮化合物富集区过度暴露在前刀面上，而导致的刃口强度下降和刃口崩刃，进而可以同时提高刀片刃口和后刀面的抗磨损能力。另外，刀具基体上的多层涂层和刀具基体结合协同作用，可以保持刀片基体的强韧度和刀刃抗塑性变形能力的基础上，大大提高刀片的硬度和耐磨性。

根据本发明的实施例，所述硬质合金的硬质相包括碳化钨、钛立方相化合物、钽立方相化合物、铌立方相化合物的至少之一，所述硬质合金的粘结相含有Co，以及任选的Fe、Ni，基于所述硬质合金的总质量，所述粘结相的质量分数为4.5wt％～15wt％，所述硬质相质量分数为85wt％～95.5wt％，所述的碳化钨的粒度范围为0.1μm-10μm。由此，可以进一步提高该刀具的性能。

根据本发明的实施例，基于所述硬质合金的总质量，所述钛立方相化合物、所述钽立方相化合物、以及所述铌立方相化合物的总含量为1wt％-8wt％。由此，可以进一步提高该刀具的性能。