專利名稱：冷加工操作工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種冷加工操作工具。
硬質合金產品被用于各種材料，例如鋼、銅合金以及復合材料等的各種不同的冷加工操作工具中。此類工具的例子有拔絲模，它是由熱裝于鋼固定架中的硬質合金尖頭所組成的。此種工具必須具有硬的和抗磨損的表面區域，并且還需要具有下述性能-良好的導熱性。
-較低的磨擦系數(即，其可能是自潤滑的或用冷卻劑助潤滑)。
-良好的抗腐蝕性。
-抗微觀裂縫性。
-很高的剛性。
當將硬質合金用于將例如銅或其合金成型的工具中時，在硬質金屬的粘合劑金屬和富含銅的合金之間可能會發生化學反應。為了使鈷粘合劑相的化學磨損最小化并改善抗磨損性，在此種應用場合下，將一種鈷含量為約3％并且顆粒大小小于3微米的鈷(粘合劑)用于硬質金屬中。通常選擇接近形成η相的低碳含量。為維持很小的顆粒尺寸，使用VC,Cr3C2等顆粒生長抑制劑。
為了進一步提高抗磨損性，通常將工具的磨損表面進行硼化。硼化處理通常是按如下方式進行的在所述的表面上施加一種含有硼化合物例如硼金屬、BN、B4C等的有機或無機材料的膏狀物，并于氬氣氛中在800-1100℃進行熱處理。在這一處理過程中，在硬質金屬工具的表面區域引入一薄的具有濃度梯度的區域。在該處理過程中，表面鈷的濃度降低而形成富含硼的相。這使得上面所述的表面區域既具有更高的硬度和剛性，同時抗熱爆裂的能力更好。其結果是，所述的處理使得硬度和剛性得到改善，并因此使得抗磨損性得到提高。當表面層被腐蝕時，再進行同樣的處理，也可以達到這一效果。將磨損的表面層拋光，施加含硼的膏狀物并進行熱處理。在工具喪失其固有的鉆的幾何形狀而不能再使用之前，通常可以將其重復進行多次處理。這是此類工具使用壽命的決定因素。
本發明的一個目的是提供一種冷加工操作工具，該工具具有更高的硬度和剛性，并因此具有更高的抗磨損性。


圖1所示為一拉絲模，其中A為硬質合金尖頭，B為鋼框架。
圖2所示為現有技術中的尖頭的硼化表面區域放大1500倍的顯微照片。
圖3所示為按照本發明的尖頭的硼化表面區域放大1500倍的顯微照片。
現在已經很驚奇地發現，如果冷加工操作工具是下述的硬質合金制得的，所述的硬質合金含有平均顆粒粒徑為1.5-2μm的WC和含有5-7％，優選為約6％(重量)的Co，并且相對于石墨沉淀相來說碳含量接近飽和水平，就鈷磁性測量來說，92-98％的磁性即可以假定為純鈷，則所得到的具有改進的性能的工具的使用壽命比現有技術的工具的使用壽命增加三倍。所述的工具采用現有技術方法進行硼化。當然，其可以如前所述進行重復處理。
本發明還涉及具有硼化表面區域的硬質合金的應用，所述的硬質合金含有平均顆粒粒徑為1.5-2μm的WC和含有5-7％，優選為約6％(重量)的Co，并且相對于石墨沉淀相來說碳含量接近飽和水平，就鈷磁性測量來說，92-98％的磁性即可以假定為純鈷。
這一意想不到的巨大的改進的原因還不是完全清楚。據信，是由于其硬度增加的表面區域與高度剛性的下部基體相結合的結果。由于在800-1100℃的硼化處理，對固相中的碳一鈷有一種推動，使得表面區域出現一濃度梯度，從而使表面區域具有體積增加的硬質相，減少的粘合劑相，使工作表面具有對于摩擦系數改進的表面條件和耐微觀裂縫性。此外，在表面區的下面形成一個鈷含量增加的更剛性的相，它增加了工具的剛性。對比圖2和圖3。
實施例圖1所示的鋼絲拔絲模是按照如下所述制備的A．WC-3％Co，亞微米級顆粒尺寸，以VC作為顆粒生長抑制劑，圖2為現有技術，其鈷磁性測量值，CoM，為2.7％；B．WC-6％Co，顆粒尺寸為1.5-2μm，低碳含量，CoM=4.7％；C．WC-6％Co，顆粒尺寸為1.5-2μm，中碳含量，CoM=5.3％；D．WC-6％Co，顆粒尺寸為1.5-2μm，高碳含量，圖3,CoM=5.7％；E．WC-6％Co，顆粒尺寸為2-3.5μm，高碳含量，CoM=5.8％；F．WC-6％Co，亞微米級顆粒尺寸，碳化鉻作為顆粒生長抑制。劑，CoM=5.2％；G．WC-6％Co，顆粒尺寸為1.5-2μm，含有碳化鉻，CoM=5.4％。
將得到的工具進行鋼絲線拔絲試驗，得到如下結果。相對于現有技術中尖頭A，性能指數與通過不同的尖頭拉出來的產品(絲)的數量相關聯，以批量拉出來的絲的長度計。
性能指數A，現有技術1B，非本發明0.2C，非本發明0.25D，本發明 3E，非本發明0.25F，非本發明0.20G，非本發明0.20從實施例可以很明顯看出，只有適當選擇Co含量、WC顆粒粒徑以及碳含量，才有可能獲得意想不到的效果。
權利要求
1.用于冷加工操作的具有硼化表面區域的硬質合金工具，其特征在于所述的硬質合金含有平均顆粒粒徑為1.5-2μm的WC和含有5-7％，優選為約6％(重量)的Co，并且碳含量接近飽和水平，就鈷磁性測量來說，92-98％的磁性即可以假定為純鈷。
2.具有硼化表面區域的硬質合金工具在冷加工操作中的應用，其中所述的硬質合金含有平均顆粒粒徑為1.5-2μm的WC和含有5-7％，優選為約6％(重量)的Co，并且碳含量接近飽和水平，就鈷磁性測量來說，92-98％的磁性即可以假定為純鈷。
3.按照權利要求2所述的硬質合金工具作為拔絲尖頭的應用。
全文摘要
在碳化鎢－鈷硬質合金上形成一個改進的硬的耐磨表面區域。這是通過在含氮化硼的環境中對適當組合物的硬質金屬進行后燒結熱處理而實現的。當所述的熱處理是針對通過選擇適當的化學組成和加工條件而預先燒結得到高碳含量的硬質金屬時,這種效果最為顯著。
文檔編號B21J1/04GK1225689SQ9719655
公開日1999年8月11日 申請日期1997年7月11日 優先權日1996年7月19日
發明者邁克爾·約翰·卡彭特, 加里·威廉·斯威特曼 申請人:桑德維克公司