含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料的制作方法
【專利摘要】本發明為含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料，解決巳有刀具基體材料的高溫紅硬性不足，刀具不耐磨，刀具壽命偏低的問題。將89.5—91.5%的WC和8—10%的Co粉，添加稀土氧化物La2O3:0.25—0.5%和微量納米VC抑制劑，其中WC的晶粒度為0.4微米，WC中含有Cr2C3約0.35%，Co的晶粒度為0.8微米。球磨80小時后加入混合原材料總重量2%的石蠟，再球磨2小時，將料漿干燥。在均勻化處理后過篩，制粒，經過模壓后在真空—加壓一體爐內于1400℃下燒結制成硬質合金刀片。本發明與目前普遍使用的細顆粒雙高硬質合金材料制成石油管螺紋加工專用硬質合金刀片進行切削試驗，前者使用壽命為后者的1倍以上。
【專利說明】含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種具有高強度高硬度高溫紅硬性好的高性能硬質合金刀具材料，特別適用于含Cr高鋼級石油管螺紋的加工刀具。
[0002]【背景技術】:
隨著油氣勘探及開采不斷發展，石油管面臨的地質條件日益復雜，腐蝕環境越來越嚴酷，對其性能的要求也越來越高。石油管材料往往都是高強度、高硬度、耐腐蝕的高鋼級難加工材料。含Cr高鋼級合金鋼材料，具有較優的綜合性能，常作為石油管螺紋管材，可在高溫、高壓、耐腐蝕等惡劣條件下工作。但這些含Cr高鋼級合金鋼材料在性能提高的同時，為加工帶來了一定的困難，在材料去除率較高的螺紋加工中表現尤為突出。目前含Cr高鋼級合金鋼材料所使用的加工刀具多采用高強度高硬度硬質合金基體加上高性能涂層，基體材料的高溫紅硬性不足，往往造成刀具不耐磨而破損，造成刀具壽命偏低。
[0003]
【發明內容】
:
本發明的目的是提供一種高溫紅硬性好，耐磨性好，使用壽命長的含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料。
[0004]本發明是這樣實現的:
含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料由如下重量百分比的原料制成:WC:89.5—91.5%, Co:8 —10%，稀土氧化物 La2O3:0.25—0.5%，納米 VC抑制劑:0.2—0.25%,其中WC的晶粒度為0.4微米，WC中含有Cr2C3 = 0.32—0.37%，Co的晶粒度為0.8微米。
[0005]含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料的制備方法包括如下步驟:
(1)濕磨:按組分配料，將配制好的原材料加入滾筒球磨機進行濕磨，濕磨介質為正已烷，并在濕磨最終階段加入混合原材料總重量2%的石蠟做為成型劑；
(2)干燥:球磨到規定時間后將料漿于320目篩網過濾，在雙錐真空干燥器內干燥，干燥溫度為75~95°C ;
(3)均勻化:干燥后的粉末在均勻化設備上均勻化處理，然后過40目篩網；
(4)制粒:將均勻化后的粉末進行擦篩預制粒，最后在圓筒制粒機上滾動制粒，制成混合料；
(5)壓制:將步驟4制得的粒料在壓機上壓制成型；
(6)燒結:放入脫脂加壓一體爐中進行燒結，制得硬質合金試樣及刀片基體。
[0006]步驟(1)中，球磨介質為正已烷，正已烷與原料液固比為350~400ml/Kg，球磨時間為82小時，球與原料重量比為4:1，球為Φ8的YG8硬質合金球，濕磨80小時后將混合原材料總重量2%的成型劑石蠟加入球磨機，并繼續球磨2小時后卸料；
步驟(6 )中，燒結在300Kg脫脂加壓一體爐中進行，燒結過程分為三個階段——脫蠟階段:溫度從室溫升高到400°C，時間8h ;固相燒結階段:溫度從400°C升至1250°C，時間為
1.5h ;終燒階段:溫度為1400°C，保溫45分鐘后通入4一5MP的氬氣；使溫度在30分鐘內迅速降至800°C以下，燒結出制品。
[0007]本發明與現有技術相比優點如下:(1)本發明能夠制備出一種高強度、高硬度和高溫紅硬性好的硬質合金刀具材料，用其制備的刀具具備很高的耐磨性、抗沖擊強度和抗斷裂韌性，特別適合硬度大于HRC45以上的合金鋼的加工，也適用于鎳基合金、耐熱不銹鋼、鈦合金等難加工材料的加工；
(2)本發明制備的硬質合金刀具材料具有很高硬度和耐磨性，不僅因為添加了抑制劑納米VC，還因為在晶粒度為0.4微米的WC中含有Cr2C3，這種在W碳化階段加入的抑制劑，比起碳化后加入，抑制劑在混合粉末中的分布更均勻，WC有更大的彌散性和顯微結構的高度均勻性；
(3)本發明在雙高基體材料中添加稀土氧化物La203，它凈化了WC/Co界面并改善其浸潤性，同時沉積在WC晶界處形成彌散的質點，起到細化晶粒的作用，提高基體材料的耐磨性能，制得的硬質合金刀具基體材料的抗彎強度> 3000Mpa，洛氏硬度HRA ^ 93，大大提高了刀具的使用壽命。對比產品YG10X，其抗彎強度為3318MPa;洛氏硬度為92.5。從表1可以看出本發明GYl制得的刀片比YGlOX制得的刀片壽命至少提高I倍以上。
[0008]對比產品YG8X，其抗彎強度為3200MPa，洛氏硬度為93。從表2可以看出本發明GY2制得的刀片壽命比YG8X制得的刀片壽命至少提高I倍以上。
[0009]【具體實施方式】:
實施例1:
含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料，其原料各組分重量百分比為:WC:89.5%, Co:10.0%, La2O3:0. 25%, VC:0.25% ;其中 WC 的晶粒度為 0.4 微米(WC粉中含有 Cr2C3為0.32—0.37%)，Co的晶粒度0.8微米。
[0010]含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料的制備方法，采用如下步驟制得:
(1)濕磨:按組分配料，將配制好的原材料加入滾筒球磨機進行濕磨，濕磨介質為正已燒，液固比為350ml/Kg，球磨時間為82小時；濕磨用的是Φ8的YG8硬質合金球，球與原料重量比為4: 1，濕磨80小時后將重量為混合原材料2%的成型劑石蠟加入球磨機，并繼續球磨2小時后卸料；
(2)干燥:球磨到規定時間后將料漿過320目篩網過濾，在雙錐真空干燥器內干燥，干燥溫度為80°C ；
(3)均勻化:干燥后的粉末在專用設備上均勻化處理，然后過40目篩網；
(4)制粒:將均勻化后的粉末進行擦篩預制粒，最后在圓筒制粒機上滾動制粒，制成混合料；
(5)壓制:將步驟4制得的粒料在壓機上壓制成試樣及刀片基體；
(6)燒結:放入脫脂加壓一體爐中進行燒結，燒結過程分為三個階段——脫蠟階段:溫度從室溫升高到400°C，時間8h ;固相燒結階段:溫度從400°C升至1250°C，時間為1.5h ;終燒階段:溫度為1400°C，保溫45分鐘后通入5MPa的氬氣，使溫度迅速在30分鐘內降溫到8000C以下，制得硬質合金刀具基體材料GY1。測得其抗彎強度為3356MPa ;洛氏硬度為92。
[0011]實驗例I
對比產品雙高硬質合金YGlOX抗彎強度為3318MPa ;洛氏硬度為92.5。將YGlOX制成與GYl制得的相同的硬質合金刀具毛坯，經磨削、刃磨處理和涂層(涂層為TiAIN)，制得BC5BW1—32刀片，切削管徑為7英寸的石油管，石油管材質為BG 110—3Cr,切削速度為llOm/min，具體情況如表1。從表1可以看出GYl制得的刀片比YGlOX制得的刀片壽命至少提高I倍以上。
[0012]表1 GYl與YGlOX制得的刀片壽命對比
【權利要求】
1.含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料，其特征在于由如下重量百分比的原料制成:WC:89.5—91.5%, Co:8 —10%，稀土氧化物 La2O3:0.25—0.5%,納米 VC 抑制劑:0.2—0.25%,其中WC的晶粒度為0.4微米，WC中含有Cr2C3:0.32—0.37%，Co的晶粒度為0.8微米。
2.根據權利要求1所述含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料，其特征在于其制備方法包括如下步驟: (1)濕磨:按組分配料，將配制好的原材料加入滾筒球磨機進行濕磨，濕磨介質為正已烷，并在濕磨最終階段加入混合原材料總重量2%的石蠟做為成型劑； (2)干燥:球磨到規定時間后將料漿于320目篩網過濾，在雙錐真空干燥器內干燥，干燥溫度為75~95°C ; (3)均勻化:干燥后的粉末在均勻化設備上均勻化處理，然后過40目篩網； (4)制粒:將均勻化后的粉末進行擦篩預制粒，最后在圓筒制粒機上滾動制粒，制成混合料； ( 5)壓制:將步驟4制得的粒料在壓機上壓制成型； (6)燒結:放入脫脂加壓一體爐中進行燒結，制得硬質合金試樣及刀片基體。
3.根據權利要求2所述的含Cr高鋼級石油管螺紋加工用硬質合金刀具材料，其特征在于: 步驟(1)中，球磨介質為正已烷，正已烷與原料液固比為350~400ml/Kg，球磨時間為82小時，球與原料重量比為4: 1，球為Φ8的YG8硬質合金球，濕磨80小時后將混合原材料總重量2%的成型劑石蠟加入球磨機，并繼續球磨2小時后卸料； 步驟(6 )中，燒結在300Kg脫脂加壓一體爐中進行，燒結過程分為三個階段——脫蠟階段:溫度從室溫升高到400°C，時間8h ;固相燒結階段:溫度從400°C升至1250°C，時間為`1.5h ;終燒階段:溫度為1400°C，保溫45分鐘后通入4一5MP的氬氣；使溫度在30分鐘內迅速降至800°C以下，燒結出制品。
【文檔編號】B22F3/16GK103911536SQ201410128652
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】張平, 馮燕, 朱國麗, 彭建財, 任達平, 楊軍 申請人:成都工具研究所有限公司