硬质合金刀片及其制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910541201.5 (22)申请日 2019.06.21 (71)申请人 台州市锐安硬质合金工具有限公司 地址 317500 浙江省台州市温岭市城西街 道碗头村 （温岭市三强汽摩配件厂 （普 通合伙） 内） (72)发明人 谢文周定良周文豪吴春 陈指福 (74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务 所(普通合伙) 11350 代理人 李卫节 (51)Int.Cl. C22C 29/02(2006.01) C22C 29/08(2006.01) B22F 3/10(20。

2、06.01) B22F 3/16(2006.01) C22C 1/05(2006.01) (54)发明名称 一种硬质合金刀片及其制备方法 (57)摘要 本发明提供了一种硬质合金刀片及其制备 方法， 属于机械技术领域。 它解决了现有的切削 刀片通用性不高， 具有一定的局限性的问题。 本 一种硬质合金刀片， 硬质合金刀片是以Co作为粘 结相， 以碳化钨和含钛立方相化合物作为硬质 相， 粘结相的质量分数为4.5wt.9.5wt.， 硬质相的质量分数为90.5wt.95.5wt.， 含 钛立方相化合物占硬质合金刀片的质量分数为 2wt.8wt.； 碳化钨的晶粒分布具有双峰结 构， 碳化钨包括粗晶碳化钨。

3、和细晶碳化钨， 粗晶 WC的平均晶粒度为1.5-3.0m， 细晶WC的平均晶 粒度为0.4-1.0m。 本一种硬质合金刀片具有高 硬度、 韧性和强度且切削性能优越稳定的优点。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 110205534 A 2019.09.06 CN 110205534 A 1.一种硬质合金刀片， 包括硬质合金刀片基体和设于所述硬质合金刀片基体上的涂 层， 所述硬质合金刀片基体是以Co作为粘结相， 以碳化钨和含钛立方相化合物作为硬质相， 其特征在于， 所述硬质合金刀片基体中， 所述粘结相的质量分数为4wt.10wt.， 所述 含钛立方相化合物的质量分数为2wt.8wt.，。

4、 其余为碳化钨； 所述含钛立方相化合物 为包含有Ta元素和Nb元素中的一种或两种以及Ti元素的碳氮化合物； 所述碳化钨的晶粒分 布具有双峰结构， 一个峰介于0.3 m1.0 m之间， 另一个峰介于1.5 m3.0 m之间； 所述含 钛立方相化合物的平均晶粒度介于所述细晶WC平均晶粒度和所述粗晶WC平均晶粒度的一 半之间； 所述非均匀梯度硬质合金具有平均粘结相含量为标称粘结相含量12倍的含钛立 方相化合物缺失的表层结构， 所述表层结构的厚度为5 m50 m， 所述表层结构中粘结相所 溶解的C原子与W原子的比值介于0.85-0.95； 所述非均匀梯度硬质合金中远离表层梯度结 构的芯部组织中粘结相所。

5、溶解的C原子与W原子的比值介于0.80-0.85。 所述涂层为细晶多层涂层， 由里到外依次包括有： 最里层的TiN层， 厚度为0.1 m1 m； 一层TiCN层， 厚度为3 m12 m； 最外层的 -Al2O3层， 厚度为2 m10 m。 2.根据权利要求1所述的一种硬质合金刀片， 其特征在于， 所述碳化钨的晶粒分布的双 峰结构中， 一个峰介于0.4 m1.0 m之间， 另一个峰介于1.5 m3.0 m之间。 3.根据权利要求1所述的一种硬质合金刀片， 其特征在于， 所述细碳化钨粉与粗碳化钨 粉的质量比为0.31.0 1。 4.根据权利要求1所述的一种硬质合金刀片， 其特征在于， 所述非均匀梯。

6、度硬质合金具 有平均粘结相含量为标称粘结相含量12倍的含钛立方相化合物缺失的表层结构， 所述表 层结构的厚度为5 m50 m， 所述表层结构中粘结相所溶解的C原子与W原子的比值介于 0.85-0.95， 所述非均匀梯度硬质合金中远离表层梯度结构的芯部组织中粘结相所溶解的C 原子与W原子的比值介于0.80-0.85。 5.根据权利要求14中任一项所述的一种硬质合金刀片， 其特征在于， 所述含钛立方 相化合物包括钛元素和其它过渡金属元素中一种或多种的立方碳化物、 立方氮化物和/或 立方碳氮化物。 6.根据权利要求1所述的一种硬质合金刀片， 其特征在于， 所述含钛立方相化合物的平 均晶粒度介于所述细。

7、晶WC平均晶粒度和所述粗晶WC平均晶粒度的一半之间。 7.根据权利要求1所述的一种硬质合金刀片， 其特征在于， 所述TiN层的晶粒为等轴晶 粒， 平均晶粒度0.5 m； 所述TiCN层的晶粒为柱状晶， 平均晶粒度为0.2 m1.0 m， 柱状晶 晶粒的长径比大于5； 所述 -Al2O3层， 平均晶粒度为0.2 m2.0 m。 8.一种如权利要求17中任一项所述的一种硬质合金刀片的制备方法， 包括以下步 骤： (1)配料： 选用粘结相金属粉、 含钛立方相化合物和碳化钨粉作为原料， 各原料的质量 百分比为： 粘结相金属粉 4.5wt.9.5wt.， 含钛立方相化合物 2wt.8wt.， 和 碳化钨。

8、粉余量， 权利要求书 1/2 页 2 CN 110205534 A 2 各原料质量百分比总和为100， 其中， 粘结相金属粉为Co金属粉； 碳化钨粉包括粗碳化钨粉和细碳化钨粉， 粗碳化钨粉 的平均粒度为3 m10 m， 细碳化钨粉的平均粒度为0.5 m2.0 m， 细碳化钨粉与粗碳化钨 粉的质量比为0.11.0 1； (2)混合制粉： 先将细碳化钨粉、 粘结相金属粉以及含钛立方相化合物进行混合并预球 磨， 然后加入粗碳化钨粉和成型剂进行球磨， 球磨后干燥， 得到混合料粉末； (3)压制成型： 将所述混合料粉末压制成型， 得到压坯； (4)烧结： (4.1)脱成型剂： 将步骤(3)所得压坯置于氢。

9、气氛条件下， 升温至成型剂脱除温度， 以脱 除成型剂； (4.2)第一烧结保温阶段： 脱成型剂后， 继续升温烧结， 待烧结温度升至13201370 时， 通入20mbar60mbar的Ar保护气体， 在Ar气氛下保温烧结0.5h1h； (4.3)第二烧结保温阶段： 第一烧结保温阶段结束后， 继续在真空环境下升温烧结， 待 烧结温度升至14001450时， 通入30mbar120mbar的Ar保护气体， 在Ar气氛下保温 0.5h1.5h； (4.4)第三烧结保温阶段： 第二烧结保温阶段结束后， 通入5-100mbar的CO继续维持原 烧结温度保温5-20min； (4.5)第四烧结保温阶段： 。

10、第三烧结保温阶段结束后， 通入5-100bar的Ar气继续维持原 烧结温度保温5-20min； (4.6)冷却阶段： 第四烧结保温阶段结束后， 保持Ar和CO气氛下冷却至室温， 最终得到 非均匀梯度硬质合金。 (5)涂层制备： 在步骤(4.6)所得硬质合金刀具基体上制备涂层。 9.根据权利要求8所述的一种硬质合金刀片的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中， 所述粗碳化钨粉的平均粒度为5 m10 m， 所述细碳化钨粉的平均粒度为0.8 m1.2 m， 所 述细碳化钨粉与粗碳化钨粉的质量比为0.20.4 1。 10.根据权利要求8或9所述的一种硬质合金刀片的制备方法， 其特征在于， 所述步骤。

11、 (5)中， 所述涂层采用常规CVD方法制备得到。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110205534 A 3 一种硬质合金刀片及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种硬质合金刀片， 尤其涉及一种具有非均匀WC粒度分布的表层缺立 方相梯度结构的硬质合金涂层刀片。 背景技术 0002 制造金属切削刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性， 具有必要的抗弯强 度、 冲击韧性和化学惰性， 以及良好的工艺性(切削加工、 锻造和热处理等)， 且不易变形。 然 而， 材料硬度越高， 其韧性就越低， 亦即是说材料的硬度和韧性很难同时兼备。 现有技术采 用非均匀结构或梯度结构来改进硬质合金的性能， 。

12、例如专利文献US4277283号美国专利文 献， 以及CN1079179A号中国专利文献已经公开了表层缺立方相结构的硬质合金基体及其制 备方法。 在刀片基体表面涂层的制备中， 在刀具表面涂覆高硬度的涂层(如TiN、 TiC、 TiCN、 CrN等)可减轻刀片的磨蚀磨损、 粘结磨损和扩散磨损， 增加刀片的耐用度； 而在刀片表面涂 覆高硬度的Al2O3涂层可以有效避免氧化磨损， 例如US4490191号美国专利文献以及 CN1091683A号中国专利文献等公开了氧化物涂层刀具的制备方法以及各种提高氧化物涂 层附着性能的预处理方法。 但是上述的文献中只是单独从一个角度对切削刀片的性能进行 优化， 切。

13、削刀片通用性不高， 具有一定的局限性。 为了使切削刀片具有一定的通用性并适用 于各种加工领域， 有必要对刀片基体和刀片涂层的微观结构和各项参数指标作进一步调整 制备出通用性高且切削性能优越稳定的切削刀片。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足， 提供一种同时具有高硬度、 韧 性和强度且切削性能优越稳定的硬质合金刀片。 该硬质合金刀片通用性强， 适合各种加工 领域， 尤其涉及到包括铸铁、 合金钢、 不锈钢等金属材料的加工。 0004 为解决上述技术问题， 本发明采用以下技术方案： 0005 一种硬质合金刀片， 所述硬质合金刀片是以Co作为粘结相， 以碳化钨和含钛立方 相。

14、化合物作为硬质相， 所述粘结相的质量分数为4.5wt.9.5wt.， 所述硬质相的质量 分数为90.5wt.95.5wt.， 所述含钛立方相化合物占硬质合金刀片的质量分数为 2wt.8wt.； 所述碳化钨的晶粒分布具有双峰结构， 所述碳化钨包括粗晶碳化钨和细 晶碳化钨， 所述粗晶WC的平均晶粒度为1.5-3.0 m， 所述细晶WC的平均晶粒度为0.4-1.0 m； 所述含钛立方相化合物的平均晶粒度介于所述细晶WC平均晶粒度和所述粗晶WC平均晶粒 度的一半之间； 所述硬质合金刀片具有平均粘结相含量为标称粘结相含量12倍的含钛立 方相化合物缺失的表层结构， 所述表层结构的厚度为5 m50 m， 所。

15、述表层结构中粘结相所 溶解的C原子与W原子的比值介于0.85-0.95； 所述硬质合金刀片中远离表层梯度结构的芯 部组织中粘结相所溶解的C原子与W原子的比值介于0.80-0.85。 0006 上述的硬质合金刀片中， 优选的， 所述碳化钨的晶粒分布的双峰结构中， 一个峰介 于0.4 m1.0 m之间， 另一个峰介于1.5 m3.0 m之间。 说明书 1/10 页 4 CN 110205534 A 4 0007 上述的硬质合金刀片中， 优选的， 所述细碳化钨粉与粗碳化钨粉的质量比为0.3 1.0 1。 0008 为了进一步提高硬质合金刀片的性能， 上述的硬质合金刀片中， 优选的， 所述硬质 合金刀。

16、片基体上设有细晶多层涂层， 由里到外依次包括有： 0009 最里层的TiN层， 厚度为0.1 m1 m， 所述TiN层的晶粒为等轴晶粒， 平均晶粒度 0.5 m； 0010 一层TiCN层， 厚度为3 m12 m， 所述TiCN层的晶粒为柱状晶， 平均晶粒度为0.2 m 1.0 m， 柱状晶晶粒的长径比大于5； 0011 最外层的 -Al2O3层， 厚度为2 m10 m， 平均晶粒度为0.2 m2.0 m。 0012 作为一个总的技术构思， 本发明还提供了一种上述的硬质合金刀片的制备方法， 包括以下步骤： 0013 (1)配料： 选用粘结相金属粉、 含钛立方相化合物和碳化钨粉作为原料， 各原料。

17、的 质量百分比为： 0014 粘结相金属粉4.5wt.9.5wt.， 0015 含钛立方相化合物2wt.8wt.， 和 0016 碳化钨粉余量， 0017 各原料质量百分比总和为100， 0018 其中， 粘结相金属粉为Co金属粉； 碳化钨粉包括粗碳化钨粉和细碳化钨粉， 粗碳化 钨粉的平均粒度为3 m10 m， 细碳化钨粉的平均粒度为0.5 m2.0 m， 细碳化钨粉与粗碳 化钨粉的质量比为0.11.0 1； 0019 (2)混合制粉： 先将细碳化钨粉、 粘结相金属粉以及含钛立方相化合物进行混合并 预球磨， 然后加入粗碳化钨粉和成型剂进行球磨， 球磨后干燥， 得到混合料粉末； 0020 (3)。

18、压制成型： 将所述混合料粉末压制成型， 得到压坯； 0021 (4)烧结： 0022 (4.1)脱成型剂： 将步骤(3)所得压坯置于氢气氛条件下， 升温至成型剂脱除温度， 以脱除成型剂； 0023 (4.2)第一烧结保温阶段： 脱成型剂后， 继续升温烧结， 待烧结温度升至1320 1370时， 通入20mbar60mbar的Ar保护气体， 在Ar气氛下保温烧结0.5h1h； 0024 (4.3)第二烧结保温阶段： 第一烧结保温阶段结束后， 继续在真空环境下升温烧 结， 待烧结温度升至14001450时， 通入30mbar120mbar的Ar保护气体， 在Ar气氛下 保温0.5h1.5h； 00。

19、25 (4.4)第三烧结保温阶段： 第二烧结保温阶段结束后， 通入5-100mbar的CO继续维 持原烧结温度保温5-20min； 0026 (4.5)第四烧结保温阶段： 第三烧结保温阶段结束后， 通入5-100bar的Ar气继续维 持原烧结温度保温5-20min； 0027 (4.6)冷却阶段： 第四烧结保温阶段结束后， 保持Ar和CO气氛下冷却至室温， 最终 得到硬质合金刀片。 0028 (5)涂层制备： 在步骤(4.6)所得硬质合金刀具基体上制备涂层。 0029 上述的硬质合金刀片的制备方法中， 优选的， 所述步骤(1)中， 所述粗碳化钨粉的 说明书 2/10 页 5 CN 110205。

20、534 A 5 平均粒度为5 m10 m， 所述细碳化钨粉的平均粒度为0.8 m1.2 m， 所述细碳化钨粉与粗 碳化钨粉的质量比为0.20.4 1。 0030 上述的硬质合金刀片的制备方法中， 优选的， 所述步骤(5)中， 所述涂层采用常规 CVD方法制备得到。 0031 本发明中， 所述含钛立方相化合物可以是由多种单一金属元素的碳化物、 氮化物、 碳氮化物粉末形式独立添加(比如以TiC、 TaC、 NbC、 TiN、 TaN、 NbN、 TiCN、 TaCN、 NbCN等形式按 照具体成分进行必要的组合后添加)， 也可以是由含有两种或两种以上金属元素的碳化物、 氮化物、 碳氮化物构成的复合。

21、化合物形式添加(比如以(Ti， W)C、 (Ta， Nb)C、 (Ti， Ta， Nb)C、 (Ti， Ta， Nb)CN等形式按照具体成分进行必要的组合后添加)， 优选以复合化合物形式添加。 0032 与现有技术相比， 本发明的优点在于： 0033 1、 本发明的硬质合金刀片基体具有平均粘结相含量为标称粘结相含量12倍的 含钛立方相化合物缺失的表层结构， 高Co含量的含钛立方相化合物缺失的表层结构可以有 效的抑制CVD涂层裂纹向基体内部的扩展， 这使得切削刀具具有优良的刃口强度和抗冲击 性能。 0034 2、 本发明的硬质合金刀片基体对Ti在含钛立方相化合物所有金属原子中的比例 (如Ti/(。

22、Ti+Ta+Nb)以及N/Ti比例进行了精确的控制， 从而实现组织结构以及力学性能的 最优化。 通过对Ti在含钛立方相化合物所有金属原子中比例的精确控制可以提高立方相固 溶体成分均匀性、 改善立方相固溶体与WC以及与粘结相之间界面的结合强度和韧性， 从而 提高合金的力学性能； 通过对N/Ti比例的精确控制可以提高表层高韧性的梯度结构(包括 厚度和化学成分)的精确控制。 0035 3、 本发明的硬质合金刀片表层结构中粘结相所溶解的C原子与W原子的比值介于 0.85-0.95， 而远离表层梯度结构的芯部组织中粘结相所溶解的C原子与W原子的比值介于 0.80-0.85， 高Co含量的立方相化合物缺失。

23、的表层结构粘结相中较高的C和W原子比使得表 层结构具有比一般梯度结构具有更好的韧性， 同时芯部粘结相中较低的C和W原子比使得合 金整体具有较高的耐磨性。 0036 4、 本发明的硬质合金刀片基体WC具有双峰结构， 粗细两种晶粒均匀分布在基体中 可以看作是具有高硬度和高强度的亚微米或者超细合金与韧性的粗晶合金的复合， 它在相 同的硬度下具有更好的韧性和强度。 0037 5、 本发明的硬质合金刀片中含钛立方相化合物的平均晶粒度介于所述细晶WC平 均晶粒度和所述粗晶WC平均晶粒度的一半之间， 这样的组织结构既可以保证合金具有良好 的耐磨性， 同时又不会对合金的强度和韧性造成负面影响， 对提高合金高温。

24、硬度、 抗高温塑 性变形能力、 抗扩散磨损能力、 抗氧化磨损能力等方面都起到重要作用。 0038 6、 本发明的硬质合金刀片在基体上涂有细晶多层涂层， 有优异耐磨性、 抗高温塑 性变形能力和良好抗冲击性能的硬质合金基体结合TiN/TiCN/Al2O3的多层CVD涂层， 经测 试试验表明， 本发明的硬质合金刀片具有出色的抗塑性变形能力和抗月牙洼磨损能力， 还 具备优良的断裂韧性和抗热裂纹扩展能力， 非常适合普通钢、 不锈钢的半精加工和精加工。 附图说明 0039 图1是本发明实施例1中硬质合金刀片基体的截面和芯部金相结构图。 说明书 3/10 页 6 CN 110205534 A 6 0040 。

25、图2是本发明实施例2中硬质合金刀片基体的截面和芯部金相结构图。 0041 图3是本发明实施例3中硬质合金刀片基体的截面和芯部金相结构图。 0042 图4是对比例1硬质合金刀片基体的截面和芯部金相结构图。 0043 其中， 左边图为截面SEM照片， 右边图为芯部SEM照片， 黑色物质为粘结相， 白色物 质为WC， 灰色物质为含钛立方相化合物。 具体实施方式 0044 以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述， 但并不因此而 限制本发明的保护范围。 0045 实施例1： 0046 一种本发明的硬质合金刀片， 刀片型号为WNMG080408。 本实施例硬质合金刀片基 体成分见表1。 。

26、以5.6wt.的Co金属作为粘结相， 以WC和含钛立方相化合物作为硬质相。 硬 质合金刀片基体具有平均粘结相含量为标称Co粘结相含量1.5倍的含钛立方相化合物缺失 的表层结构， 表层结构的厚度为15 m。 合金中含钛立方相化合物的平均粒径为2.0 m， Ti/ (Ti+Ta+Nb)原子比为0.6， N/Ti原子比为0.17。 含钛立方相平均晶粒度为0.90 m。 碳化钨 (WC)晶粒分布具有双峰结构， 其中一个峰为0.5 m， 另一个峰为2.0 m。 表层梯度结构中粘结 相C/W原子比值为0.92， 芯部粘结相C/W原子比值为0.83。 本实施例的硬质合金刀片基体的 截面和芯部金相结构图如图1。

27、所示， 性能参数见表2。 0047 该硬质合金基体上有细晶多层涂层(CVD涂层)， 由里到外依次包括有： 0048 -最里层的TiN层， 厚度为0.5 m， 该层晶粒为等轴晶粒， 平均晶粒度0.2 m； 0049 -一层TiCN层， 厚度为7 m， 该层晶粒为柱状晶， 平均晶粒度为0.8 m， 柱状晶粒长径 比为9； 0050 -最外层的 -Al2O3层， 厚度为6 m， 平均晶粒度为1.6 m。 0051 一种上述本实施例的硬质合金刀片的制备方法， 包括以下步骤： 0052 (1)配料： 按比例配制混合原料粉末， 本实施例中8wt.的Co粉、 2.0wt.的(Ti， W)C、 0.4wt.的。

28、TiC0.5N0.5、 1.0wt.的(Ta， Nb)C， 余量WC粉， WC粉包括粗、 细两种不同粒度 的WC粉， 粗WC粉的平均粒度为10.0 m， 细WC粉的平均粒度为0.5 m； 细WC粉和粗WC粉的质量 比为0.3 1； 0053 (2)混合制粉： 先将细WC粉和Co粉混合后用球磨机预球磨12h， 然后配入准备好的 粗WC粉、 (Ti， W)C、 TiC0.5N0.5、 (Ta， Nb)C粉， 加上成型剂(可采用常规成型剂， 成型剂占原料总 量的质量分数为2wt.3wt.均可)和配料用酒精搅拌均匀进行球磨(球磨时间在20h 30h均可)， 球磨后干燥制成混合料粉末； 0054 (3)。

29、压制： 将上述混合料粉末压制成型， 得到压坯； 0055 (4)烧结： 将上述压坯进行高温烧结后得到本实施例1中的硬质合金刀片， 具体过 程如下： 0056 (4.1)脱成型剂： 先将上述压坯置于烧结炉中， 在氢气氛条件下升温至成型剂脱除 温度， 以脱除成型剂； 0057 (4.2)第一烧结保温阶段： 从成型剂脱除温度继续升温进行升温烧结， 升温至1320 ， 保温0.5小时(优选步骤)， 继续升温至1350， 通入60mbar氩气， 在氩气保护下烧结1h； 说明书 4/10 页 7 CN 110205534 A 7 0058 (4.3)第二烧结保温阶段： 第一烧结保温阶段结束后， 继续在真空。

30、环境下升温烧 结， 待烧结炉内温度升至1430， 进入保温阶段， 开始通入80mbar氩气， 保温1小时； 0059 (4.4)第三烧结保温阶段： 第二烧结保温阶段结束后， 向烧结炉内通入10mbar的CO 气体， 并继续保温烧结10min； 0060 (4.5)第四烧结保温阶段： 第三烧结保温阶段结束后， 向烧结炉内通入30bar的Ar 气体， 并继续保温烧结10min； 0061 (4.6)冷却阶段： 保持炉内气氛冷却到室温， 最终得到表层梯度结构的厚度为15 m 的硬质合金刀片， 其显微组织形貌见图1， 性能参数见表2。 0062 (5)制备涂层： 采用常规CVD涂层技术。 0063 实。

31、施例2： 0064 一种本发明的硬质合金刀片， 刀片型号为WNMG080408。 本实施例硬质合金刀片基 体成分见表1， 以6.8wt.Co金属作为粘结相， 以包括WC和含钛立方相化合物在内的物质作 为硬质相。 硬质合金刀片基体具有平均粘结相含量为标称Co粘结相含量1.7倍的含钛立方 相化合物缺失的表层结构， 表层结构的厚度为20 m。 表层梯度结构中粘结相C/W原子比值为 0.95， 芯部粘结相C/W原子比值为0.83。 合金中含钛立方相化合物的平均粒径为2.2 m， Ti/ (Ti+Ta+Nb)原子比为0.58， N/Ti原子比为0.18。 含钛立方相平均晶粒度为1.1 m。 碳化钨 (W。

32、C)晶粒分布具有双峰结构， 其中一个峰为0.7 m， 另一个峰为3.0 m。 本实施例的硬质合金 刀片基体的截面和芯部金相结构图如图2所示， 性能参数见表2。 0065 该硬质合金基体上有细晶多层涂层， 由里到外依次包括有： 0066 -最里层的TiN层， 厚度为0.4 m， 该层晶粒为等轴晶粒， 平均晶粒度0.2 m； 0067 -一层TiCN层， 厚度为8 m， 该层晶粒为柱状晶， 平均晶粒度为0.8 m， 柱状晶粒长径 比为10； 0068 -最外层的 -Al2O3层， 厚度为5 m， 平均晶粒度为1.5 m。 0069 一种上述本实施例的硬质合金刀片的制备方法， 制备步骤与实施例1基本。

33、相同， 区 别仅在于： 6.8wt.的Co粉、 2.5wt.的(Ti， W)C、 0.9wt.的TiC0.5N0.5、 2.2wt.的(Ta， Nb)C， 0.38的Cr3C2， 余量WC粉， WC粉包括粗、 细两种不同粒度的WC粉， 粗WC粉的平均粒度 为8.0 m， 细WC粉的平均粒度为0.8 m； 细WC粉和粗WC粉的质量比为0.25 1； 0070 实施例3： 0071 一种本发明的硬质合金刀片， 刀片型号为WNMG080408。 本实施例硬质合金刀片基 体成分见表1， 以8.4wt.Co金属作为粘结相， 以包括WC和含钛立方相化合物在内的物质作 为硬质相。 硬质合金刀片基体具有平均粘。

34、结相含量为标称Co粘结相含量1.8倍的含钛立方 相化合物缺失的表层结构， 厚度为20 m。 表层梯度结构中粘结相C/W原子比值为0.94， 芯部 粘结相C/W原子比值为0.81。 合金中含钛立方相化合物的平均粒径为1.5 m， Ti/(Ti+Ta+Nb) 原子比为0.65， N/Ti原子比为0.17。 含钛立方相平均晶粒度为1.2 m。 碳化钨(WC)晶粒分布 具有双峰结构， 其中一个峰为0.9 m， 另一个峰为3.2 m。 本实施例的硬质合金刀片基体的截 面和芯部金相结构图如图3所示， 性能参数见表2。 0072 该硬质合金基体上有细晶多层涂层， 由里到外依次包括有： 0073 -最里层的T。

35、iN层， 厚度为0.6 m， 该层晶粒为等轴晶粒， 平均晶粒度0.22 m； 0074 -一层TiCN层， 厚度为7.5 m， 该层晶粒为柱状晶， 平均晶粒度为0.9 m， 柱状晶粒长 说明书 5/10 页 8 CN 110205534 A 8 径比为8； 0075 -最外层的 -Al2O3层， 厚度为6.4 m， 平均晶粒度为1.8 m。 0076 一种上述本实施例的硬质合金刀片的制备方法， 制备步骤与实施例1基本相同， 区 别仅在于： 8.4wt.的Co粉、 4.0wt.的(Ti， W)C、 1.0wt.的TiC0.5N0.5、 6.0wt.的(Ta， Nb)C， 0.60的Cr3C2， 。

36、余量WC粉， WC粉包括粗、 细两种不同粒度的WC粉， 粗WC粉的平均粒度 为10.0 m， 细WC粉的平均粒度为1.0 m； 细WC粉和粗WC粉的质量比为0.4 1； 0077 对比例1： 0078 一种现有技术的型号为WNMG080408的硬质合金涂层刀片， 其硬质合金刀片基体 (表2显示了本对比例硬质合金刀片基体的性能参数)成分包括： 5.5wt.的Co、 1.5wt.的 Ti、 2.5wt.的Ta、 2.0wt.的Nb、 0.10wt.的N， 其余为WC， WC平均晶粒度为2.5 m， 梯度层 厚度为5 m。 涂层为细晶多层涂层， 由里到外依次包括有： 最里层的TiN层， 厚度为0.5。

37、 m， 平 均晶粒度0.2 m； 中间TiCN层， 厚度为5 m， 平均晶粒度为1.3 m； 最外层的 -Al2O3层， 厚度为4 m， 平均晶粒度为2.4 m。 该对比例的硬质合金刀片基体的截面和芯部金相结构图如图4所 示。 0079 对比例2： 0080 一种现有技术的型号为WNMG080408的硬质合金涂层刀片， 其硬质合金刀片基体 (表2显示了本对比例硬质合金刀片基体的性能参数)成分包括： 6.5wt.的Co、 2.0wt.的 Ti、 2.5wt.的Ta、 1.5wt.的Nb、 0.08wt.的N， 其余为WC， WC平均晶粒度为2.1 m， 梯度层 厚度为10 m。 涂层为细晶多层涂。

38、层， 由里到外依次包括有： 最里层的TiN层， 厚度为0.5 m， 平 均晶粒度0.2 m； 中间TiCN层， 厚度为5 m， 平均晶粒度为1.3 m； 最外层的 -Al2O3层， 厚度为5 m， 平均晶粒度为2.4 m。 0081 对比例3： 0082 一种现有技术的型号为WNMG080408的硬质合金涂层刀片， 其硬质合金刀片基体 (表2显示了本对比例硬质合金刀片基体的性能参数)成分包括： 8.0wt.的Co、 2.8wt.的 Ti、 2.0wt.的Ta、 1.5wt.的Nb、 0.08wt.的N， 其余为WC， WC平均晶粒度为2.6 m， 梯度层 厚度为15 m。 涂层为细晶多层涂层，。

39、 由里到外依次包括有： 最里层的TiN层， 厚度为0.5 m， 平 均晶粒度0.2 m； 中间TiCN层， 厚度为5.5 m， 平均晶粒度为1.5 m； 最外层的 -Al2O3层， 厚度 为4 m， 平均晶粒度为2.2 m。 0083 图1-3中硬质合金刀片基体截面和芯部的金相结构， 其中黑色物质为粘结相， 白色 物质为WC， 灰色物质为含钛立方相化合物， 左边的图为截面的金相结构， 可以看出图的上边 部分黑色的粘结相多于下边部分的黑色的粘结相， 上边部分的灰色含钛立方相化合物少于 下边部分灰色含钛立方相化合物， 从而显示出实施例1-3的硬质合金刀片基体具有梯度结 构； 右边的图为芯部的金相结。

40、构， 可以看出白色的WC具有不同的晶粒度， 而且小晶粒度的WC 颗粒均匀分布在大晶粒度的WC颗粒周围， 以填充大晶粒度的WC颗粒周围孔隙， 降低堆积孔 隙率， 从而降低合金烧结致密的难度， 降低合金的WC晶粒度、 邻接度， 提高合金的韧性同时 灰色立方相化合物颗粒平均粒度更细小。 图4所示的对比例的硬质合金刀片基体截面和芯 部的扫描电镜照片中， 左边图为截面的金相结构， 可以看出图的上边部分黑色的粘结相与 下边部分的黑色的粘结相一样多， 上边部分的灰色立方相化合物于下边部分灰色立方相化 合物一样多， 该硬质合金无梯度结构， 右边的图为芯部的金相结构， 可以看出白色的WC虽具 说明书 6/10 。

41、页 9 CN 110205534 A 9 有不同的晶粒度， 但是小晶粒度的WC颗粒聚集在一起， 大晶粒度的WC颗粒聚集在一起， 并不 是均匀分布， 灰色立方相化合物颗粒平均粒度更粗， 与本发明硬质合金刀片基体芯部的金 相结构是不同的。 0084 为了说明本发明的切削刀片基体比普通切削刀片基体具有更优异的性能， 将实施 例1-3和对比例1-3所制备的切削刀片基体的物理和力学性能进行测试后进行比较， 如下表 2所示， 从表中可以看出： 本发明的硬质合金刀片基体的表面均有立方相缺失的表层结构， 而普通的硬质合金刀片基体无立方相缺失的表层结构； 本发明的硬质合金刀片基体的密 度、 室温硬度、 断裂韧性。

42、和抗弯强度均优于普通的硬质合金刀片基体， 其硬度和断裂韧性同 时提高， 抗弯强度也明显更高。 0085 表1实施例1-3和对比例1-3硬质合金刀片基体的化学成分 0086 0087 表2、 实施例1-3和对比例1-3硬质合金刀片基体的物理和力学性能 0088 0089 为了说明本发明的涂层后硬质合金刀片具有通用性强且性能优越稳定的特点， 做 以下实验： 0090 对比试验1： 0091 以上各实施例和对比例的硬质合金刀片， 进行以下切削试验来对比刀片的耐磨性 和寿命。 切削条件如下表2所示。 0092 表2： 对比试验1的切削条件参数 说明书 7/10 页 10 CN 110205534 A 。

43、10 0093 0094 测量刀片后刀面磨损量Vb， 当Vb达到或超过0.3mm时则认为刀片失效。 0095 经过试验测试， 各实施例和对比例的硬质合金刀片的切削时间和磨损量对比如下 表3所示。 0096 表3对比试验1结果 0097 0098 由上表3试验结果来看， 实施例的硬质合金刀片相比于对比例， 在不同切削条件下 的切削时间提高了1025， 切削刀片的寿命明显延长， 且刀片发生烧刀的可能性降低， 切削时的稳定性明显提高。 0099 对比试验2： 0100 以上各实施例和对比例的硬质合金刀片， 进行以下切削试验来对比刀片的耐磨性 和寿命。 切削条件如下表4所示。 0101 表4： 对比试。

44、验2的切削条件参数 说明书 8/10 页 11 CN 110205534 A 11 0102 0103 测量刀片后刀面磨损量Vb， 当Vb达到或超过0.3mm时则认为刀片失效。 0104 经过试验测试， 各实施例和对比例的硬质合金刀片的切削时间和磨损量对比如下 表5所示。 0105 表5对比试验2结果 0106 0107 0108 由上表5试验结果来看， 实施例的硬质合金刀片相比于对比例， 其在不同切削条件 下的切削时间提高了1030， 切削刀片的寿命明显延长， 且刀片发生烧刀的可能性降 低， 切削时的稳定性明显提高。 0109 对比试验3： 0110 以上各实施例和对比例的硬质合金刀片， 进。

45、行以下切削试验来对比刀片的耐磨性 和寿命。 切削条件如下表6所示。 0111 表6： 对比试验3的切削条件参数 0112 说明书 9/10 页 12 CN 110205534 A 12 0113 测量刀片后刀面磨损量Vb， 当Vb达到或超过0.2mm时则认为刀片失效。 0114 经过试验测试， 各实施例和对比例的硬质合金刀片的切削时间和磨损量对比如下 表7所示。 0115 表7对比试验3结果 0116 0117 由上表7试验结果来看， 实施例的硬质合金刀片相比于对比例， 在不同切削条件下 的切削时间提高了1020， 切削刀片的寿命明显延长， 且刀片发生烧刀的可能性降低， 切削时的稳定性明显提高。

46、。 0118 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的限制。 虽 然本发明已以较佳实施例揭示如上， 然而并非用以限定本发明。 任何熟悉本领域的技术人 员， 在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下， 都可利用上述揭示的方法和技术内 容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰， 或修改为等同变化的等效实施例。 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单 修改、 等同替换、 等效变化及修饰， 均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 说明书 10/10 页 13 CN 110205534 A 13 图1 说明书附图 1/4 页 14 CN 110205534 A 14 图2 说明书附图 2/4 页 15 CN 110205534 A 15 图3 说明书附图 3/4 页 16 CN 110205534 A 16 图4 说明书附图 4/4 页 17 CN 110205534 A 17 。