專(zhuān)利名稱：具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)燒結(jié)制造的超硬材料刀頭(亦稱工作齒)，主要涉及超硬材料切割/鉆削工具中的超硬材料刀頭，還涉及其該超硬材料刀頭的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，用于加工石材、鋼筋混凝土及陶瓷等超硬材料制品(鋸片及工程薄壁鉆)的結(jié)構(gòu)型式絕大多數(shù)為燒結(jié)型節(jié)塊式工作齒，少數(shù)為圓周式連續(xù)齒，金屬結(jié)合劑節(jié)刀頭的制作工藝通常是將超硬磨料(金剛石或立方氮化硼)與若干種單質(zhì)金屬粉末或預(yù)合金粉末混合均勻后，在冷壓成型設(shè)備上冷壓成所需形狀和尺寸的塊體，熱壓燒結(jié)成具有較高致密度及一定硬度的成品節(jié)塊。通過(guò)焊接或直接熱壓燒結(jié)于鋼質(zhì)基體上制備出成品工具，然后在開(kāi)刃機(jī)上對(duì)工作齒進(jìn)行磨削開(kāi)刃，使超硬磨粒凸出一定高度，便于起始切割/鉆削。此種通用工藝所制備的刀頭的特點(diǎn)是金屬結(jié)合劑成分均勻的單體式節(jié)塊，刀頭在工作過(guò)程中易引發(fā)兩個(gè)問(wèn)題①金屬結(jié)合劑燒結(jié)胎體自身會(huì)逐漸磨損減薄，導(dǎo)致刀頭厚度尺寸變小，常常會(huì)減薄至與鋼質(zhì)基體厚度相當(dāng)；②刀齒胎體磨損后，其對(duì)超硬磨粒的把持力降低，會(huì)導(dǎo)致超硬磨粒過(guò)早脫落，降低工具效能。這樣，在石材加工或鋼筋混凝土的鉆削過(guò)程中就會(huì)帶來(lái)很大的弊端在切割時(shí)會(huì)導(dǎo)致被加工工件的切縫寬度發(fā)生變化，工件的加工尺寸工精度變化較大，導(dǎo)致被加工件成品率的降低；而在鉆削時(shí)，隨著刀頭厚度磨損減薄，易發(fā)生鉆芯卡塞于鉆筒內(nèi)部，無(wú)法取出，或者，鉆頭本身卡塞于被加工件中，無(wú)法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種表面硬度高，耐磨性強(qiáng)的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，所述刀頭的側(cè)表面設(shè)有硬質(zhì)耐磨相。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述硬質(zhì)耐磨相為設(shè)置在所述刀頭表面的滲碳層、滲氮層或者強(qiáng)碳化物形成元素與金屬結(jié)合劑反應(yīng)形成的硬質(zhì)耐磨層。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述強(qiáng)碳化物形成元素為Cr、W、V、Si和Ti中的一種或一種以上的組合。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述刀頭包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑和超硬磨粒，所述超硬磨粒包括金剛石和立方氮化硼；所述超硬磨粒在所述刀頭中的體積比濃度為9% 60% ；所述金剛石在所述超硬磨粒中的體積比濃度為20% 95%，所述立方氮化硼在所述超硬磨粒中的體積比濃度為5% 80%。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述金屬結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分體系為i^-Ni-Co-Cu-Sn中三種以上元素的組合，所述金屬結(jié)合劑的金屬粉末為三元以上的預(yù)合金粉末和/或單質(zhì)金屬粉末。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述刀頭包括平行設(shè)置且燒結(jié)在一起的至少三層疊片，所述疊片包括兩個(gè)表層疊片和至少一個(gè)內(nèi)層疊片，所述表層疊片的側(cè)表面上設(shè)有硬質(zhì)耐磨相。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述刀頭的表層疊片超硬磨粒的體積比濃度高于所述刀頭的內(nèi)層疊片超硬磨粒的體積比濃度。由于采用了上述技術(shù)方案，具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，所述刀頭的側(cè)表面設(shè)有硬質(zhì)耐磨相；刀頭側(cè)表面設(shè)有硬質(zhì)耐磨相，大幅度提高了刀頭表面耐磨性，保護(hù)內(nèi)層胎體金屬受磨損，維持刀頭厚度尺寸，保障平穩(wěn)的連續(xù)加工過(guò)程；刀頭耐熱抗氧化性增強(qiáng)，可有效避免因加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量摩擦熱而引起的胎體金屬氧化失效，從而有效的增強(qiáng)了胎體對(duì)超硬磨料的機(jī)械把持力，提高工具的加工效率和使用壽命。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供三種具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭的制造方法。第一種具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭的制造方法，包括如下步驟步驟一將所述金屬結(jié)合劑和所述超硬磨粒按比例混合均勻，將混合物放入熱壓燒結(jié)模具內(nèi)燒結(jié)成型；步驟二 在高溫裝置中，對(duì)刀頭進(jìn)行表面滲碳/滲氮處理，在刀頭的側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)金屬碳化物/氮化物。第二種具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭的制造方法，包括如下步驟步驟一向金屬結(jié)合劑中加入Cr、W、V、Si和Ti中的一種或一種以上組合的強(qiáng)碳化物形成元素；步驟二 將金屬結(jié)合劑、超硬磨粒和強(qiáng)碳化物形成元素的混合物放入熱壓燒結(jié)模具燒結(jié)成型，在燒結(jié)過(guò)程中，所述強(qiáng)碳化物形成元素與金屬結(jié)合劑的成分反應(yīng)，在刀頭側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)耐磨相。第三種具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭的制造方法，包括如下步驟步驟一將所述金屬結(jié)合劑和所述超硬磨粒按比例混合均勻并在所述表層疊片的制備原料內(nèi)添加高硬度的金屬碳化物/氮化物；步驟二 將制造表層疊片和內(nèi)層疊片的混合粉末分層投放到熱壓燒結(jié)模具中；步驟三通過(guò)熱壓燒結(jié)，使高硬度的金屬碳化物/氮化物與金屬結(jié)合劑牢固結(jié)合，在刀頭側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)耐磨相。上述三種制造方法較為簡(jiǎn)單，完全適用于制造本發(fā)明的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例鋸片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例疊片的超硬磨粒濃度均勻的刀頭結(jié)構(gòu)示意圖，并且圖2是圖1中的A-A向視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例薄壁鉆的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例疊片的超硬磨粒濃度不均的刀頭結(jié)構(gòu)示意圖，并且圖4是圖3中的B-B向視圖；圖5是圖4中刀頭使用一段時(shí)間后的結(jié)構(gòu)示意圖6是圖4中刀頭設(shè)置排屑層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6中刀頭使用一段時(shí)間后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-刀頭；2-表層疊片；3-內(nèi)層疊片；4-硬質(zhì)耐磨相；5-排屑層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在下面的詳細(xì)描述中，只通過(guò)說(shuō)明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例。毋庸置疑，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，包括刀頭1，所述刀頭1包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑和超硬磨粒，所述金屬結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分體系為i^-Ni-Co-Cu-Sn中三種以上元素的組合，所述金屬結(jié)合劑的金屬粉末為三元以上的預(yù)合金粉末和/或單質(zhì)金屬粉末；所述超硬磨粒包括金剛石和立方氮化硼。所述超硬磨粒在所述刀頭1中的體積比濃度為9 % 60 %。所述金剛石在所述超硬磨粒中的體積比濃度為20 % 95 %，所述立方氮化硼在所述超硬磨粒中的體積比濃度為5% 80%。如圖2所示，所述刀頭1包括平行設(shè)置且燒結(jié)在一起的至少三層疊片，所述疊片包括兩個(gè)表層疊片2和至少一個(gè)內(nèi)層疊片3，所述表層疊片2的硬度和耐磨性高于所述內(nèi)層疊片3的硬度和耐磨性，所述表層疊片2的側(cè)表面上設(shè)有硬質(zhì)耐磨相4，所述刀頭1的表層疊片2超硬磨粒的體積比濃度高于所述刀頭的內(nèi)層疊片3超硬磨粒的體積比濃度。如圖4所示，以具有三層疊片的刀頭為例，對(duì)表層疊片2和內(nèi)層疊片3的超硬磨粒濃度進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，表層疊片2和超硬磨粒濃度高于內(nèi)層疊片3的超硬磨粒濃度，硬質(zhì)耐磨相4設(shè)置于所述表層疊片2的外側(cè)，使用過(guò)程中，內(nèi)層疊片3最易磨損，表層疊片2次之，最外側(cè)的硬質(zhì)耐磨相4的耐磨性能最好，這樣，在刀頭1的端部呈現(xiàn)“U”狀，如圖5所示，能夠減小刀頭在加工過(guò)程中的切割/鉆削阻力，使刀頭在與被加工件緊密接觸的連續(xù)加工過(guò)程中始終像車(chē)輪置于軌道上一樣保持準(zhǔn)確的加工軌跡和加工精度，提高超硬磨粒的利用率，改善工具的鋒利度和使用壽命。如圖6所示，在表層疊片2和內(nèi)層疊片3之間設(shè)置不含超硬磨粒的排屑層5，使用過(guò)程中，排屑層5最易被磨損，然后依次是內(nèi)層疊片3、表層疊片2和硬質(zhì)耐磨相4，這樣的刀頭使用一段時(shí)間后，端部呈現(xiàn)如圖7所示的形狀。下面簡(jiǎn)單介紹一下在刀頭側(cè)表面生成硬質(zhì)耐磨相4的方法。方法一步驟一將所述金屬結(jié)合劑和所述超硬磨粒按比例混合均勻，將混合物放入熱壓燒結(jié)模具內(nèi)燒結(jié)成型；步驟二 在高溫裝置中，對(duì)刀頭1進(jìn)行表面滲碳/滲氮處理，在刀頭的側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)金屬碳化物/氮化物，增強(qiáng)刀頭的表面耐磨性。方法二步驟一向金屬結(jié)合劑中加入Cr、W、V、Si、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素；步驟二 將金屬結(jié)合劑、超硬磨粒和Cr、W、V、Si、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素的混合物放入熱壓燒結(jié)模具燒結(jié)成型，在燒結(jié)過(guò)程中，所述Cr、W、V、Si、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素與金屬結(jié)合劑的成分反應(yīng)，在刀頭側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)耐磨相4，增強(qiáng)刀頭表面耐磨性。方法三步驟一將所述金屬結(jié)合劑和所述超硬磨粒按比例混合均勻并在所述表層疊片2的制備原料內(nèi)添加高硬度的金屬碳化物/氮化物；步驟二 將制造表層疊片2和內(nèi)層疊片3的混合粉末分層投放到熱壓燒結(jié)模具中；步驟三通過(guò)熱壓燒結(jié)，使高硬度的金屬碳化物/氮化物與金屬結(jié)合劑牢固結(jié)合，在刀頭側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)耐磨相4，提高表面耐磨性。采用上述技術(shù)處理后，與其它常規(guī)工藝生產(chǎn)的刀頭相比，本發(fā)明刀頭具備了下述突出優(yōu)點(diǎn)①刀頭的側(cè)表面硬度明顯提高，較常規(guī)工藝生產(chǎn)的刀頭提高30%以上，可達(dá)HRBl 16以上，大幅度提高了刀頭表面耐磨性，保護(hù)內(nèi)層胎體金屬受磨損，維持刀頭厚度尺寸，保障平穩(wěn)的連續(xù)加工過(guò)程。②刀頭側(cè)表面的耐熱抗氧化性增強(qiáng)，可有效避免因加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量摩擦熱而引起的胎體金屬氧化失效，從而有效的增強(qiáng)了胎體對(duì)超硬磨料的機(jī)械把持力，提高工具的加工效率和使用壽命。③可有效提高硬化耐磨層的致密度，增強(qiáng)硬化層對(duì)超硬磨料的固結(jié)包鑲能力，降低超硬磨粒的脫落率，提高超硬磨粒的有效利用率。④層疊式刀頭可根據(jù)加工需要，將刀頭表層疊片2和內(nèi)層疊片3進(jìn)行差別設(shè)計(jì)，內(nèi)表層疊片2在金屬結(jié)合劑的成分、比例及超硬磨粒的強(qiáng)度、粒度、濃度等方面實(shí)行差別調(diào)整，使內(nèi)表層疊片2和內(nèi)層疊片3間產(chǎn)生性能差異，表層疊片2耐磨性高，保型性好；內(nèi)層疊片磨損速率適當(dāng)提高，在加工過(guò)程中刀頭形成外凸內(nèi)凹的U型，這樣，即可保持工具的整體鋒利度，不“跑刀”，又可保證加工縫隙均勻一致，從而實(shí)現(xiàn)工具的高效、高精度加工。下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。應(yīng)用實(shí)例一Φ400mm單層刀頭花崗巖鋸片制備(長(zhǎng))40mmX (高)10mmX (寬)3. 2mm的花崗巖鋸片刀頭，如圖1所示，鋸片基體為65Mn鋼，每片觀粒刀頭(為了使附圖更清楚，圖1中僅設(shè)置了 20粒刀頭，刀頭的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要自由設(shè)置)。刀頭金屬結(jié)合劑成分體系確定為i^-Ni-Cu-Sn，單質(zhì)金屬粉末與預(yù)合金粉末混配應(yīng)用，金剛石體積濃度為22% (其中，粒度40/45 (HWD60)占60%，粒度45/50 (HWD40)占40%)。采用方法一，將金剛石與金屬結(jié)合劑粉末混合均勻后，置于石墨模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，通過(guò)熱壓反應(yīng)，在一定的溫度和壓力條件下，使石墨與刀頭中的Fe反應(yīng)，在成品刀頭的外側(cè)表面形成非連續(xù)分布、厚度約為0. 2mm的!^e3C硬質(zhì)耐磨層，硬度為HRB116。采用本發(fā)明的方法二和方法三，也可實(shí)現(xiàn)在刀頭外側(cè)表面形成不同結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)耐磨相4。用此鋸片切割厚度為30mm的600mmX 600mm花崗巖(硬度為5級(jí))石板，切割條件為濕切，切機(jī)的電機(jī)功率為4KW，鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)線速度為36m/min，切割電流為23A。在此條件下，此鋸片的切割速度可達(dá)5m/min連續(xù)切割253m2，而國(guó)內(nèi)其它廠家的同類(lèi)鋸片平均切割速度一般為3. 5 4. Om/min,切割壽命通常為200 220m2。金剛石鋸片的性能指標(biāo)通常體現(xiàn)為兩個(gè)方面鋒利度(切割速度)及使用壽命，同時(shí)還要必須保證切縫質(zhì)量(成品石板的棱角崩邊小、加工尺寸誤差小)。鋒利度的好壞體現(xiàn)為同等切割速度下，切機(jī)電流越小，表明切割阻力越小，則鋸片的鋒利度越好；同等切割電流情況下，切割速度越快，鋒利度越好。而鋸片的使用壽命則由切割板材的平方米數(shù)決定。從上述切割情況比較，本發(fā)明的鋸片刀頭較其它同類(lèi)產(chǎn)品在鋒利度和使用壽命方面均有明顯提高，更為突出的是由于刀頭外側(cè)表面具有耐磨硬質(zhì)相，在切割過(guò)程中刀頭厚度基本不變，石板的切縫寬度變化小，石板的加工精度明顯提高，成品板材的加工尺寸誤差始終保持為士0. 2mm，而同類(lèi)其它鋸片的切割尺寸誤差通常為士0. 5 1. Omm。應(yīng)用實(shí)例二 Φ 400mm單層刀頭混凝土鋸片金剛石混凝土鋸片的好壞也主要體現(xiàn)在切割鋒利度和使用壽命兩個(gè)方面。切割壽命通常以切割延長(zhǎng)米來(lái)計(jì)算。刀頭的合金體系為i^e-Ni-Cu-Sn-WC，刀頭中金剛石的體積濃度為25% (其中，粒度40/45 (HWD60)占60%，粒度45/50 (HWD40)占40%)。采用與應(yīng)用實(shí)例一中相同的技術(shù)工藝，制備(長(zhǎng))40mmX (高)12mmX (寬)3. 6mm的混凝土鋸片刀頭，同樣，在刀頭外側(cè)表面上形成厚度> 0. 3mm的i^3C+WC硬質(zhì)耐磨層。將成品刀頭焊于(釬焊或激光焊)鋼質(zhì)基體上，做成鋸片。用此鋸片切割厚度為80 IOOmm的表層帶砂石硬化層的C35混凝土地坪。切割條件為濕切，切機(jī)功率為5KW，鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)線速度為36m/min。在此條件下，鋸片可連續(xù)切割^56m，切割速度為1.2m/min。此鋸片的突出特點(diǎn)是鋒利度好(切割電流為23 26A，較常規(guī)鋸片少7 10A)，使用壽命長(zhǎng)，在切割過(guò)程中刀頭厚度基本不變，側(cè)面金剛石脫落極少，刀頭切割面外緣始終保持為類(lèi)直角狀態(tài)，無(wú)明顯的磨損圓鈍現(xiàn)象，混凝土的切縫平直，推切順暢，無(wú)切割“跑偏”現(xiàn)象。應(yīng)用實(shí)例三Φ 600mm層疊式刀頭混凝土鋸片制備(長(zhǎng))40mmX15mm(高)X4.6mm(厚)的層疊式混凝土鋸片刀頭在厚度方向上由5層疊片組成，最外側(cè)兩層厚度為1. 3mm，中間3層每片厚度均為1mm。刀頭表層疊片2表面含有0. 3mm厚的、非連續(xù)分布的WC+Fe3C混合耐磨相，刀頭外側(cè)表面硬度可達(dá)HRB136，遠(yuǎn)高于常規(guī)普通的硬度值(通常在HRB115左右)，耐磨性極強(qiáng)。刀頭中的金剛石體積濃度為觀％，濕切300mm厚的C35鋼筋混凝土路面(含四層Φ 8mm鋼筋網(wǎng))，壽命可達(dá)2200m，較其它鋸片的壽命高20%左右。此鋸片的使用特點(diǎn)是濕切一段時(shí)間后，刀頭呈外凸內(nèi)凹的“U”形狀，使鋸片具有良好的鋒利度；刀頭外側(cè)表面耐磨性好，切割過(guò)程中刀頭厚度不減，路面切縫寬度均勻，鋸切推進(jìn)時(shí)能保持良好的切縫直線度，推進(jìn)阻力小，高效省時(shí)。而普通工藝制備的刀頭在切割過(guò)程中金屬結(jié)合劑燒結(jié)胎體磨損較快，刀頭頂端易因磨損而形成倒“U”形，切割推進(jìn)時(shí)容易偏刀，切割不穩(wěn)，推進(jìn)阻力大，切縫直線度差，切割一段時(shí)間后鋒利度衰減嚴(yán)重。應(yīng)用實(shí)例四Φ63πιπι單層刀頭薄壁鉆制備20mm(長(zhǎng))XSmm(高)X4mm(厚)的單層弧形薄壁鉆刀頭，如圖3所示。刀頭的合金體系為i^e-Ni-Co-Cu-Sn-Ti-Cr，超硬磨料為金剛石+立方氮化硼，通過(guò)熱壓反應(yīng)燒結(jié)方式，在刀頭外側(cè)表面形成非連續(xù)分布的Cr2C3+Fe3C的混合耐磨相，硬度可達(dá)HRB125。用此薄壁鉆鉆削厚度為200mm，含2層Φ 18mm螺紋鋼的C60混凝土構(gòu)件，可鉆削鉆孔50個(gè)以上(其它同類(lèi)鉆頭鉆孔數(shù)量一般不超過(guò)30個(gè))，鉆孔平均速度為15min/孔，較常規(guī)鉆頭的速度提高1倍以上，鉆削效率及使用壽命的優(yōu)勢(shì)十分突出。此外，還有一個(gè)明顯特點(diǎn)是刀頭外側(cè)表面耐磨性好，鉆削過(guò)程中刀頭的厚度基本不變，鋒利度好，鉆削阻力小，鉆削過(guò)程平穩(wěn)快速，無(wú)鉆頭卡塞現(xiàn)象，鉆芯容易取排，克服了同類(lèi)產(chǎn)品因刀頭厚度磨損減薄而帶來(lái)的鉆頭卡塞、鉆削失穩(wěn)、憋機(jī)停鉆、鉆芯取排困難等弊端。應(yīng)用實(shí)例五Φ 63mm單層刀頭墻體用薄壁鉆制備20mm(長(zhǎng))X8mm(高)X4mm(厚)的單層弧形薄壁鉆刀頭。刀頭的合金體系為i^-Ni-Co-Cu-Sn-Ti，超硬磨料為金剛石。通過(guò)熱壓反應(yīng)燒結(jié)方式，在刀頭外側(cè)表面形成非連續(xù)分布的I^e3C耐磨相，表面硬度為HRB118。用此薄壁鉆鉆削300mm厚的建筑磚墻，鉆孔數(shù)量超過(guò)200孔，鉆孔速度為1.5min/孔。其突出特點(diǎn)是刀頭表面耐磨性好，厚度自始至終基本不變，鉆削速度快，推進(jìn)輕松省力，排屑容易，使用壽命長(zhǎng)，鉆削效率和使用壽命較其它同類(lèi)產(chǎn)品可提高30%以上，優(yōu)勢(shì)明顯。應(yīng)用實(shí)例六Φ 63mm單層刀頭鋼筋混凝土構(gòu)件用薄壁鉆制備20mm(長(zhǎng))X8mm(高)X4mm(厚)的單層弧形薄壁鉆刀頭。刀頭的合金體系為i^-Ni-Co-Cu-Sn-Ti，超硬磨料為金剛石+立方氮化硼，總體積濃度為18%。通過(guò)熱壓反應(yīng)燒結(jié)方式，在刀頭外側(cè)表面形成非連續(xù)分布的I^e3C耐磨相，側(cè)表面硬度為HRB120。用此鉆頭鉆削300mm厚、帶有兩層Φ 8mm鋼筋網(wǎng)的建筑樓板，鉆孔數(shù)量超過(guò)50孔，鉆孔速度為10 20min/孔。其突出特點(diǎn)是①由于切削磨粒中含有立方氮化硼，適于切割黑色金屬，因而鉆頭鉆削含鋼筋的混凝土構(gòu)件時(shí)，可彌補(bǔ)金剛石不適于加工黑色金屬的弊端，金剛石與立方氮化硼組合應(yīng)用，可大幅度提高鉆削效率。②由刀頭表面耐磨性好，厚度自始至終基本不變，鉆削速度快，推進(jìn)輕松省力，排屑容易，使用壽命長(zhǎng)，鉆削效率和使用壽命較其它同類(lèi)產(chǎn)品可提高40%以上，優(yōu)勢(shì)明顯。應(yīng)用實(shí)例七Φ 63mm單層刀頭高速公路維修用薄壁鉆制備20mm(長(zhǎng))X8mm(高)X4mm(厚)的單層弧形薄壁鉆刀頭。刀頭的合金體系為i^-Co-Cu-Sn-Ti，超硬磨料為金剛石，體積濃度為20%。通過(guò)熱壓反應(yīng)燒結(jié)方式，在刀頭外側(cè)表面形成非連續(xù)分布的I^e3C耐磨相，側(cè)表面硬度為HRB118。用此鉆頭鉆削300mm厚的高速公路混凝土路面維修注漿孔，鉆孔數(shù)量超過(guò)60孔，平均鉆孔速度為IOmin/孔，較其它同類(lèi)產(chǎn)品的鉆削效率及使用壽命高20%以上。應(yīng)用實(shí)例八Φ 63mm單層刀頭高鐵鋼筋混凝土枕木用薄壁鉆制備20mm(長(zhǎng))X8mm(高)X4mm(厚)的單層弧形薄壁鉆刀頭。刀頭的合金體系為i^-Ni-Co-Cu-Sn-Ti，超硬磨料為金剛石+立方氮化硼，總體積濃度為22%。通過(guò)熱壓反應(yīng)燒結(jié)方式，在刀頭外側(cè)表面形成厚度約為0. 5mm的非連續(xù)分布的i^3C+WC復(fù)合耐磨相，側(cè)表面硬度為HRB128。用此鉆頭鉆削300mm厚、含2層Φ 18mm螺紋鋼的高速鐵路高強(qiáng)鋼筋混凝土枕木，鉆孔數(shù)量超過(guò)60孔，平均鉆孔速度為5. Omin/孔，較其它同類(lèi)產(chǎn)品的鉆削效率及使用壽命高50%以上。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，其特征在于所述刀頭的側(cè)表面設(shè)有硬質(zhì)耐磨相。
2.如權(quán)利要求1所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，其特征在于所述硬質(zhì)耐磨相為設(shè)置在所述刀頭表面的滲碳層、滲氮層或者強(qiáng)碳化物形成元素與金屬結(jié)合劑反應(yīng)形成的硬質(zhì)耐磨層。
3.如權(quán)利要求2所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，其特征在于所述強(qiáng)碳化物形成元素為Cr、W、V、Si和Ti中的一種或一種以上的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，其特征在于所述刀頭包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑和超硬磨粒，所述超硬磨粒包括金剛石和立方氮化硼；所述超硬磨粒在所述刀頭中的體積比濃度為9% 60% ；所述金剛石在所述超硬磨粒中的體積比濃度為20% 95%，所述立方氮化硼在所述超硬磨粒中的體積比濃度為5% 80%。
5.如權(quán)利要求2所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，其特征在于所述金屬結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分體系為i^-Ni-Co-Cu-Sn中三種以上元素的組合，所述金屬結(jié)合劑的金屬粉末為三元以上的預(yù)合金粉末和/或單質(zhì)金屬粉末。
6.如權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，其特征在于所述刀頭包括平行設(shè)置且燒結(jié)在一起的至少三層疊片，所述疊片包括兩個(gè)表層疊片和至少一個(gè)內(nèi)層疊片，所述表層疊片的側(cè)表面上設(shè)有硬質(zhì)耐磨相。
7.如權(quán)利要求6所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭，其特征在于所述刀頭的表層疊片超硬磨粒的體積比濃度高于所述刀頭的內(nèi)層疊片超硬磨粒的體積比濃度。
8.如權(quán)利要求5所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭的制造方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一將所述金屬結(jié)合劑和所述超硬磨粒按比例混合均勻，將混合物放入熱壓燒結(jié)模具內(nèi)燒結(jié)成型；步驟二 在高溫裝置中，對(duì)刀頭進(jìn)行表面滲碳/滲氮處理，在刀頭的側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)金屬碳化物/氮化物。
9.如權(quán)利要求5所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭的制造方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一向金屬結(jié)合劑中加入Cr、W、V、Si和Ti中的一種或一種以上組合的強(qiáng)碳化物形成元素；步驟二 將金屬結(jié)合劑、超硬磨粒和強(qiáng)碳化物形成元素的混合物放入熱壓燒結(jié)模具燒結(jié)成型，在燒結(jié)過(guò)程中，所述強(qiáng)碳化物形成元素與金屬結(jié)合劑的成分反應(yīng)，在刀頭側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)耐磨相。
10.如權(quán)利要求7所述的具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭的制造方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一將所述金屬結(jié)合劑和所述超硬磨粒按比例混合均勻并在所述表層疊片的制備原料內(nèi)添加高硬度的金屬碳化物/氮化物；步驟二 將制造表層疊片和內(nèi)層疊片的混合粉末分層投放到熱壓燒結(jié)模具中；步驟三通過(guò)熱壓燒結(jié)，使高硬度的金屬碳化物/氮化物與金屬結(jié)合劑牢固結(jié)合，在刀頭側(cè)表面形成具有一定厚度的硬質(zhì)耐磨相。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭及其制造方法，所述具有高表面耐磨性的超硬材料刀頭包括刀頭，所述刀頭的側(cè)表面設(shè)有硬質(zhì)耐磨相；刀頭側(cè)表面設(shè)有硬質(zhì)耐磨相，大幅度提高了刀頭表面耐磨性，保護(hù)內(nèi)層胎體金屬受磨損，維持刀頭厚度尺寸，保障平穩(wěn)的連續(xù)加工過(guò)程；刀頭耐熱抗氧化性增強(qiáng)，可有效避免因加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量摩擦熱而引起的胎體金屬氧化失效，從而有效的增強(qiáng)了胎體對(duì)超硬磨料的機(jī)械把持力，提高工具的加工效率和使用壽命。
文檔編號(hào)B22F7/04GK102390087SQ20111019320
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者陳濤 申請(qǐng)人:山東日能超硬材料有限公司