專利名稱：燒結(jié)碳化物本體及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燒結(jié)碳化物本體，并且特別地涉及含有周期表中IVB族、VB族和VIB族的金屬的燒結(jié)碳化物本體。
背景技術(shù)：
包含燒結(jié)碳化物本體的切削刀具已用于對(duì)不同金屬和合金進(jìn)行機(jī)加工的帶涂層和無涂層兩種情況中。增加切削刀具的磨損和失效模式(包括熱形變、破裂、以及碎裂)耐受性仍是研究和發(fā)展的密集區(qū)域。為此，已經(jīng)分配了重要的資源來發(fā)展切削刀具的耐磨性耐火涂層。例如，已經(jīng)通過化學(xué)氣相沉積(CVD)連同物理氣相沉積(PVD)將TiC、TiCN、TiOCN、TiN和Al2O3施加到燒結(jié)碳化物上。此外，位于下面的切削刀具基底的特性則一直處于研究中。切削刀具制造商已經(jīng)檢驗(yàn)了燒結(jié)碳化物本體的組成變化以及對(duì)燒結(jié)碳化物特性所產(chǎn)生的影響，這些特性包括但不限于:硬度、耐磨損性、熱變形抗性、韌性、密度以及各種磁特性。然而，一種燒結(jié)碳化物特性的增強(qiáng)經(jīng)常導(dǎo)致伴隨著另一種燒結(jié)碳化物特性的降低。例如，增大燒結(jié)碳化物本體的變形抗性可能導(dǎo)致該本體的韌性和導(dǎo)熱性減小。日本專利申請(qǐng)公開JP 2002-356734A認(rèn)識(shí)到了這樣的問題并且描述了一種具有塑性變形抗性以及增大的硬度和導(dǎo)熱性的燒結(jié)碳化物本體。根據(jù)JP2002-356734A，這些目的是提供通過將選自IVB族、VB族、以及VIB族的金屬的碳化物、氮化物、以及碳氮化物的幾種不同固溶體相結(jié)合到該燒結(jié)碳化物本體中而實(shí)現(xiàn)的。盡管如此，對(duì)于燒結(jié)碳化物基底的改進(jìn)是必要的以便滿足金屬加工應(yīng)用的發(fā)展的需求，并且當(dāng)對(duì)燒結(jié)碳化物本體進(jìn)行組成上的改變以試圖提供具有改進(jìn)性能的切削刀具時(shí)，需要多種競(jìng)爭(zhēng)性的特性之間的謹(jǐn)慎權(quán)衡。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，在此描述了燒結(jié)碳化物本體，在一些實(shí)施方案中，這些燒結(jié)碳化物本體可以展示出改進(jìn)的耐磨損性和/或一種或多種失效模式。例如，在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體顯示出增大的熱變形抗性，而基本上沒有損失韌性。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體包括一個(gè)碳化鎢相、一個(gè)粘結(jié)劑相(包括鐵系元素中的至少一種金屬或其合金)、鋯和鈮的碳化物的一種固溶體相(Zr, Nb) C以及立方碳化物，該立方碳化物的量值為范圍從約0.5體積百分比到約6體積百分比。在一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體所包括的立方碳化物的量值是范圍從約I體積百分比至約5.5體積百分比。在一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體所包括的立方碳化物的量值是大于約2體積百分比至約5體積百分比。此外，在一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體的立方碳化物由固溶體相的鋯和鈮的碳化物組成。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體進(jìn)一步包括一個(gè)通過物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、或其組合而沉積在其上的涂層。在一些實(shí)施方案中，該涂層包括選自由周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬兀素組成的組中的一種或多種金屬兀素以及鋁和選自由周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金屬元素組成的組中的一種或多種非金屬元素。在此描述的周期表的族是根據(jù)CAS命名而確定的。在一些實(shí)施方案中，該涂層是一個(gè)單層的涂層。可替代的，在一些實(shí)施方案中，該涂層是一個(gè)多層的涂層。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體具有用于一種或多種金屬加工應(yīng)用的切削刀具的形狀。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體包括一個(gè)前刀面和一個(gè)與該前刀面相交而形成了切削刃的側(cè)面。在另一方面，在此描述了制作燒結(jié)碳化物本體的方法。在一些實(shí)施方案中，一種制作燒結(jié)碳化物本體的方法包括:提供一種包括碳化鎢粉末、粘結(jié)劑粉末(包括至少一種來自鐵系元素中的金屬或其合金)、以及鋯和鈮的碳化物的粉末狀固溶體(Zr，Nb) C的混合物。由該混合物形成了一個(gè)生坯并且將其進(jìn)行燒結(jié)以便提供以下的燒結(jié)碳化物本體，其包括一個(gè)碳化鎢相、一個(gè)粘結(jié)劑 相、一個(gè)固溶體相(Zr，Nb) C、以及量值范圍是從約0.5體積百分比到約6體積百分比的立方碳化物。在另一方面中，在此說明了切削金屬的方法。在一些實(shí)施方案中，一種切削金屬的方法包括:提供一個(gè)金屬工件，以及用一個(gè)切削刀具來切削該金屬工件，該切削刀具包括一個(gè)燒結(jié)碳化物本體，該燒結(jié)碳化物本體包括一個(gè)碳化鎢相、一個(gè)粘結(jié)劑相(包括至少一種鐵系元素中的金屬或其合金)、鋯和鈮的碳化物的一個(gè)固溶體相(Zr，Nb) C、以及量值范圍是從約0.5體積百分比到約6體積百分比的立方碳化物。在切削金屬的方法的一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體進(jìn)一步包括一個(gè)通過物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、或其組合而沉積在其上的涂層。在一些實(shí)施方案中，該涂層包括選自由周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬元素組成的組中的一種或多種金屬元素以及鋁和選自由周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金屬元素組成的組中的一種或多種非金屬元素。在一些實(shí)施方案中，該涂層是一個(gè)單層的涂層?？商娲?，在一些實(shí)施方案中，該涂層是一個(gè)多層的涂層。在下面的詳細(xì)說明中更加詳細(xì)地說明了這些和其他實(shí)施方案。


圖1展示了根據(jù)在此說明的一個(gè)實(shí)施方案的具有切削刀具形狀的燒結(jié)碳化物本體。圖2展示了鑒于對(duì)比性燒結(jié)碳化物而言根據(jù)在此說明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)碳化物本體的變形測(cè)試的結(jié)果。圖3展示了鑒于對(duì)比性燒結(jié)碳化物而言根據(jù)在此說明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)碳化物本體的韌性測(cè)試的結(jié)果。圖4展示了鑒于對(duì)比性燒結(jié)碳化物而言根據(jù)在此說明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)碳化物本體的中斷式切口試驗(yàn)的結(jié)果。圖5展示了鑒于對(duì)比性燒結(jié)碳化物而言根據(jù)在此說明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)碳化物本體的中斷式切口試驗(yàn)的結(jié)果。圖6展示了鑒于對(duì)比性燒結(jié)碳化物而言根據(jù)在此說明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)碳化物本體的銑削測(cè)試的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式通過參考以下詳細(xì)說明和實(shí)例以及它們的上述和以下說明可以更容易地理解在此描述的實(shí)施方案。但是，在此描述的元素、設(shè)備和方法并不限于在詳細(xì)說明和實(shí)例中提及的具體實(shí)施方案。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這些實(shí)施方案僅是本發(fā)明原理的展示。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出的許多修改和修正，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是容易明白的。在一個(gè)方面，在此描述的燒結(jié)碳化物本體在某些實(shí)施方案中可以展示改進(jìn)的耐磨損性和/或一種或多種失效模式。例如，在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體顯示出增大的熱變形抗性，而基本上沒有損失韌性。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體包括一個(gè)碳化鎢相、一個(gè)粘結(jié)劑相(包括鐵系元素中的至少一種金屬或其合金)、鋯和鈮的碳化物的一種固溶體相(Zr, Nb) C以及立方碳化物，該立方碳化物的量值為范圍從約0.5體積百分比到約6體積百分比?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向燒結(jié)碳化物本體的成分，在此說明的燒結(jié)碳化物本體包括鋯和鈮的碳化物的一個(gè)固溶體相(Zr，Nb)C。在由鋯和鈮的碳化物形成的過程中，在一些實(shí)施方案中，該固溶體相并不包括超過痕量或雜質(zhì)量值的一種或多種另外的金屬元素。此外，在一些實(shí)施方案中，該固溶體相(Zr，Nb)C是該燒結(jié)碳化物本體的唯一固溶體相。因此，在某些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體并不包括周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬的碳化物、氮化物、和/或碳氮化物的一種或多種另外的固溶體相。例如，在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體并不包括一種含鈦、鉿、釩、鉭、鎢、鑰、或鉻、或其混合物的碳化物、氮化物、和/或碳氮化物的固溶體相。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體中存在的鈮的量是范圍從約0.5質(zhì)量百分比至約1.5質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，存在的鈮的量是范圍從約0.7質(zhì)量百分比至約1.3質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，存在的鈮的量的范圍是從約0.8質(zhì)量百分比至約I質(zhì)量百分比。另外，在一些實(shí)施方案中，在該燒結(jié)碳化物本體中存在的鋯的量的范圍是從約0.3質(zhì)量百分比至 約I質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，存在的鋯的量的范圍是從約0.5質(zhì)量百分比至約0.7質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有Nb/(Nb+Zr)彡0.5的質(zhì)量比。在一些實(shí)施方案中，上述質(zhì)量比是大于或等于0.6。在一些實(shí)施方案中，該質(zhì)量比是大于或等于0.7。在此描述的燒結(jié)碳化物本體還包括立方碳化物，其量值的范圍是從約0.5體積百分比至約6體積百分比。在一些實(shí)施方案中，在該燒結(jié)碳化物本體中存在的立方碳化物的量的范圍從約I體積百分比至約5體積百分比。在一些實(shí)施方案中，存在的立方碳化物的量的范圍是從大于2體積百分比至5體積百分比。在一些實(shí)施方案中，存在的立方碳化物的量的范圍是從約2.5體積百分比至約4體積百分比。在一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體的立方碳化物由固溶體相(Zr，Nb) C的鋯和鈮的碳化物組成。因此，在一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體的立方碳化物并不包括周期表的IVB族、VB族和VIB族中的、超過痕量或雜質(zhì)含量的一種或多種另外的金屬。例如，在一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體的立方碳化物并不包括處于大于痕量或雜質(zhì)含量下的鈦、鉭、或其混合物。在此描述的燒結(jié)碳化物本體還包括一個(gè)碳化鎢(WC)相。在一些實(shí)施方案中，該碳化鎢相的顆粒展示出了范圍從約Iym到約12μπι的晶粒尺寸分布。在一些實(shí)施方案中，該碳化鎢相的顆粒具有范圍從約2 μ m到約10 μ m的粒度分布。此外，在此描述的燒結(jié)碳化物本體的粘結(jié)劑相包括至少一種鐵系元素中的金屬或其合金。例如，在一些實(shí)施方案中，該粘結(jié)劑相包括鈷。在一些實(shí)施方案中，該粘結(jié)劑相包括一種鈷鎳合金或者一種鈷鎳鐵合金。在該粘結(jié)劑相中可以包括另外的合金元素，諸如鉻和/或鎢。在一些實(shí)施方案中，在該燒結(jié)碳化物本體中存在的粘結(jié)劑相的量的范圍是從約5質(zhì)量百分比至約15質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，該粘結(jié)劑相存在的量的范圍是從約7質(zhì)量百分比至約13質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，該粘結(jié)劑相存在的量的范圍是從約9質(zhì)量百分比至約12質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體并不包括一個(gè)粘結(jié)劑富集區(qū)，該粘結(jié)劑富集區(qū)包括但不限于一個(gè)粘結(jié)劑富集的表面區(qū)。例如，在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體并不包括一個(gè)不含或基本上不含立方碳化物和/或(Zr，Nb) C固溶體相的、粘結(jié)劑富集的表面區(qū)。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體進(jìn)一步包括一個(gè)通過物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、或其組合而沉積在其上的涂層。在一些實(shí)施方案中，該涂層包括選自由周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬兀素組成的組中的一種或多種金屬兀素以及鋁和選自由周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金屬元素組成的組中的一種或多種非金屬元素。例如，在一些實(shí)施方案中，該涂層包括選自周期表中的IVB族、VB族、和VIB族的金屬元素組成的組中的一種金屬元素以及鋁的一種或多種碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。另外，在一些實(shí)施方案中，該涂層是一個(gè)單層的涂層?？商娲模谝恍?shí)施方案中，該涂層是一個(gè)多層的涂層。例如，在一些實(shí)施方案中，一個(gè)多層的涂層包括一個(gè)與該燒結(jié)碳化物本體相鄰的TiCN層接著一個(gè)氧化鋁外層(Al2O3X在一些實(shí)施方案中，該TiCN層是一個(gè)中溫(MT)的TiCN層，而該氧化鋁層是一個(gè)α-氧化鋁層、K-氧化鋁層、或其混合物。此外，在一些實(shí)施方案中，可以使一個(gè)單層的涂層或多層的涂層經(jīng)受一個(gè)或多個(gè)涂覆后的處理過程，諸如涂覆后的噴砂。在一些實(shí)施方案中，根據(jù)美國(guó)專利6，869，334的披露內(nèi)容來進(jìn)行涂覆后噴砂處理，將該專利的通過引用以其全文結(jié)合在此。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體具有的硬度(HV30)的范圍是從約1200到約1600，其中HV30是指使用30公斤力的負(fù)載時(shí)的維氏硬度。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)燒結(jié)碳化物本體具有的硬度的范圍是從約1200到約1500HV30或者從約1200到約1460HV30。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有的硬度的范圍是從約1250到約1400HV30。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有的硬度的范圍是從約1280到約1380HV30。在此所述的維氏硬度值是根據(jù)ASTM國(guó)際的ASTM E 384 “材料的努普和維氏硬度的標(biāo)準(zhǔn)方法[Standard Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials] ” 來確定的。
此外，在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體具有的矯頑力范圍是從約1200e到約1700e。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有的矯頑力范圍是從約1300e到約1600e。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有的矯頑力范圍是從約1350e到約1500e。在此敘述的矯頑力值是根據(jù)ASTM國(guó)際的ASTM B887“用于測(cè)定燒結(jié)碳化物的矯頑力(Hcs)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法[Standard Test Method forDetermination of Coercivity (Hcs)of Cemented Carbides] ” 來測(cè)定的。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體具有的磁飽和度(Ms)的范圍是從約75%到約95%。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有的磁飽和度的范圍是從約79%到約89%。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有的磁飽和度的范圍是從約80%到約85%。在此敘述的磁飽和度值是根據(jù)ASTM國(guó)際的ASTM B 886 “用于測(cè)定燒結(jié)碳化物的磁飽和度(Ms)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法[Standard Test Methodfor Determination of MagneticSaturation (Ms) of CementedCarbides] ”來測(cè)定的。如本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員已知的，基于與名義上純的Co粘結(jié)劑相的比較，磁飽和度值可以從百分率轉(zhuǎn)換到y(tǒng)Tm_3/kg。例如，參見 Roebuck, B.Magnetic Moment (Saturation)Measurements on Hardmetals [對(duì)硬質(zhì)金屬的磁力矩(飽和度)的測(cè)量]，Int.J.Refractory Metals&Hard Materials [耐火金屬和硬質(zhì)材料國(guó)際期刊]，14(1996)419-424。另外，在此描述的燒結(jié)碳化物本體具有的密度的范圍是從約12.5g/cm_3到約
15.0g/cm_3。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有的密度的范圍是從約13.0g/cm_3到約
14.5g/cnT3。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有的密度的范圍是從約14.lg/cnT3到約
14.4g/CnT30 在此描述的燒結(jié)碳化物本體可以具有前述特性的任何組合。例如，燒結(jié)碳化物本體可以包括在此敘述的硬度、矯頑力、磁飽和度、和密度的任何值。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體具有切削刀具的形狀。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物本體包括一個(gè)前刀面和一個(gè)與該前刀面相交而形成了切削刃的側(cè)面。圖1展示了根據(jù)在此說明的一個(gè)實(shí)施方案的具有切削刀具的形狀的燒結(jié)碳化物本體。如圖1中所展示的，燒結(jié)碳化物本體10包括一個(gè)側(cè)面12和一個(gè)前刀面14，其中側(cè)面12和前刀面14相交而提供一個(gè)切削刃16。該燒結(jié)碳化物本體10還包括一個(gè)孔18，該孔是可操作的以便將本體10固定到一個(gè)刀夾具上。在另一方面，在此描述了制作燒結(jié)碳化物本體的方法。在一些實(shí)施方案中，一種制作燒結(jié)碳化物本體的方法包括提供一種混合物，該混合物包括碳化鎢粉末、粘結(jié)劑粉末(包括至少一種來自鐵系元素中的金屬或其合金)、以及鋯和鈮的碳化物的粉末狀固溶體(Zr, Nb)C。由該混合物形成一個(gè)生坯并且將其進(jìn)行燒結(jié)以便提供以下的燒結(jié)碳化物本體，其包括一個(gè)碳化鎢相、一個(gè)粘結(jié)劑相、一個(gè)固溶體相(Zr，Nb) C、以及量值范圍是從約0.5體積百分比到約6體積百分比的立方碳化物。該碳化鎢相、粘結(jié)劑相、固溶體相(Zr，Nb)C和立方碳化物可以具有在上文中針對(duì)此類相所敘述的特性的任何一種特性。例如，在一些實(shí)施方案中，該固溶體相(Zr，Nb)C是如在此描述的燒結(jié)碳化物本體的唯一固溶體相。此外，在一些實(shí)施方案中，這些立方碳化物由固溶體相的鈮和鋯的碳化物組成。在此描述的方法的一些實(shí)施方案中，所提供的該粉末狀混合物的金屬的量值是與該燒結(jié)的燒結(jié)碳化物本體中它們的所希望的組成百分比是同量的。例如，在一些實(shí)施方案中，向該混合物提供的、包含來自鐵系元素中的至少一種金屬或其合金的粘結(jié)劑粉末的量值范圍是從約5質(zhì)量百分比到約15質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，向該混合物提供的粘結(jié)劑粉末的量是范圍從約7質(zhì)量百分比至約13質(zhì)量百分比。在一些實(shí)施方案中，向該混合物提供的粘結(jié)劑粉末的量的范圍是從約9質(zhì)量百分比至約12質(zhì)量百分比。
此外，在一些實(shí)施方案中，向該混合物中添加的鈮和鋯的碳化物的固溶體粉末(Zr, Nb)C的量值是足以提供范圍從約0.5質(zhì)量百分比到約1.5質(zhì)量百分比的鈮含量以及范圍從約0.3質(zhì)量百分比到約I質(zhì)量百分比的鋯含量。在一些實(shí)施方案中，向該混合物中添加的(Zr，Nb)C固溶體粉末的量值是足以提供范圍從約0.7質(zhì)量百分比到約1.3質(zhì)量百分比的鈮含量以及范圍從約0.5質(zhì)量百分比到約0.7質(zhì)量百分比的鋯含量。在此描述的方法的一些實(shí)施方案中使用的(Zr，Nb)C固溶體粉末具有Nb/(Nb+Zr)彡0.5的質(zhì)量比。在一些實(shí)施方案中，上述質(zhì)量比是大于或等于0.6。在一些實(shí)施方案中，該質(zhì)量比是大于或等于0.7。在一些實(shí)施方案中，碳化鎢粉末用作該混合物用于形成在此描述的燒結(jié)碳化物本體的余量。該生坯可以在任何不與本發(fā)明的目的不一致的條件下進(jìn)行燒結(jié)以便提供在此描述的燒結(jié)碳化物本體。例如，在一些實(shí)施方案中，將該生坯進(jìn)行真空燒結(jié)或進(jìn)行熱等靜壓(HIP)燒結(jié)，其溫度范圍是從約1400° C到約1560° C。在一些實(shí)施方案中，將該生坯燒結(jié)的時(shí)間是范圍從約15分鐘到約120分鐘。在一些實(shí)施方案中，將該生坯燒結(jié)的時(shí)間是范圍從約15分鐘到約90分鐘或者從約30分鐘到約75分鐘。在一些實(shí)施方案中，一種制造燒結(jié)碳化物本體的方法進(jìn)一步包括通過PVD、CVD、或其組合來在該燒結(jié)碳化物本體上沉積一個(gè)涂層。在一些實(shí)施方案中，該涂層包括選自由周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬元素組成的組中的一種或多種金屬元素以及鋁和選自由周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金屬元素組成的組中的一種或多種非金屬元素。例如，在一些實(shí)施方案中，該涂層包括選自周期表中的IVB族、VB族、和VIB族的金屬元素組成的組中的金屬元素和鋁的一種或多種碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。另外，在一些實(shí)施方案中，該涂層是一個(gè)單層的涂層?？商娲模谝恍?shí)施方案中，該涂層是一個(gè)多層的涂層。在另一方面中，在此說明了切削金屬的方法。在一些實(shí)施方案中，一種切削金屬的方法包括:提供一個(gè)金屬工件、并且用一個(gè)切削刀具來切削該金屬工件，該切削刀具包括一個(gè)燒結(jié)碳化物本體，該燒結(jié)碳化物本體包括一個(gè)碳化鎢相、一個(gè)粘結(jié)劑相(包括鐵系元素中的至少一種金屬或其合金)、鋯和鈮的碳化物的一個(gè)固溶體相(Zr，Nb) C、以及量值范圍是從約0.5體積百分比到約6體積百分比的立方碳化物。在切削金屬的方法的一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體可以具有在此針對(duì)燒結(jié)碳化物本體所描述的特性中的任何一種特性。此外，在一些實(shí)施方案中，該燒結(jié)碳化物本體進(jìn)一步包括一個(gè)如在此描述的涂層。在一些實(shí)施方案中，該金屬工件包括:普通鋼和合金鋼、不銹鋼、灰口鑄鐵、具有球狀石墨的灰口鑄鐵、以及各種聞溫合金。通過以下的非限制性實(shí)例進(jìn)一步展示這些和其他實(shí)施方案。實(shí)例I燒結(jié)碳化物本體根據(jù)在此描述的一個(gè)實(shí)施方案，將具有表I中提供的金屬組成參數(shù)的粉末混合物(A)進(jìn)行壓制以便形成一個(gè) 生坯，該生坯具有CNMG120408RP的ANSI標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀。如在表I中提供的，向該混合物中添加的(ZrNb)C固溶體粉末的量值是足以提供0.93質(zhì)量百分比的鈮含量以及0.62質(zhì)量百分比的鋯含量。在添加10.6質(zhì)量百分比的鈷之后，碳化鎢(WC)粉末構(gòu)成了該混合物的余量。將該生坯在范圍從1400°c-1560° C的溫度下真空燒結(jié)30-60分鐘的時(shí)間段以便提供一種燒結(jié)碳化物本體。表1-燒結(jié)碳化物本體的粉末混合物(質(zhì)量百分比)
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)碳化物本體，包括: 一個(gè)碳化鶴相； 一個(gè)粘結(jié)劑相，該粘結(jié)劑相包括鐵系元素中的至少一種金屬或其合金； 鋯和鈮的碳化物的一個(gè)固溶體相(Zr，Nb) C ；以及 立方碳化物，其量值是范圍從約0.5體積百分比到約6體積百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，其中，這些立方碳化物存在的量值的范圍是從大于2體積百分比到5體積百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，其中，這些立方碳化物由Zr和Nb的碳化物組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，其中，該粘結(jié)劑相存在的量值的范圍是從約5質(zhì)量百分比到約15質(zhì)量百分比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體,其中，該粘結(jié)劑相包括鈷、鈷鎳合金、或鈷鎳鐵合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，其中，該本體不包括粘結(jié)劑富集區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，具有的硬度的范圍是從約1200到約1600HV30。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，具有的硬度的范圍是從約1280到約1380HV30。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，具有的矯頑力(Hcs)的范圍是從約1200e到約1700e。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，具有的矯頑力的范圍是從約1300e到約1600eo
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，其中，Nb存在的量值的范圍是從約0.5質(zhì)量百分比到約1.5質(zhì)量百分比。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，其中，Zr存在的量值的范圍是從約0.3質(zhì)量百分比到約I質(zhì)量百分比。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，具有Nb/(Nb+Zr)> 0.5的質(zhì)量比。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，其中，該(Zr，Nb)C固溶體相是唯一存在的固溶體相。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，進(jìn)一步包括通過物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、或其組合而沉積的一個(gè)涂層，該涂層包括選自由周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬元素組成的組中的一種或多種金屬元素和鋁以及選自由周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金屬元素組成的組中的一種或多種非金屬元素。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物本體，具有切削刀具的形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燒結(jié)碳化物本體，其中，該本體包括一個(gè)前刀面和一個(gè)與該前刀面相交而形成了切削刃的側(cè)面。
18.—種制造燒結(jié)碳化物本體的方法，包括: 提供一種混合物，該混合物包含碳化鎢粉末、粘結(jié)劑粉末、以及鋯和鈮的碳化物的粉末狀固溶體(Zr，Nb)C ;該粘結(jié)劑粉末包含來自鐵系元素中的至少一種金屬或其合金；由該混合物形成一個(gè)生坯；并且 將該生坯進(jìn)行燒結(jié)以便提供以下的燒結(jié)碳化物本體，該燒結(jié)碳化物本體包括一個(gè)碳化鎢相、一個(gè)粘結(jié)劑相、一個(gè)固溶體相(Zr，Nb)C、以及量值范圍是從約0.5體積百分比到約6體積百分比的立方碳化物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，燒結(jié)包括真空燒結(jié)或燒結(jié)-熱等靜壓(HIP)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，這些立方碳化物存在的量值的范圍是從大于2體積百分比到5體積百分比。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，這些立方碳化物由Zr和Nb的碳化物所組成。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，粘結(jié)劑粉末包括鈷粉末、鎳粉末、鐵粉末、或其混合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，該粘結(jié)劑粉末在該混合物中存在的量值的范圍是從約5質(zhì)量百分比到約15質(zhì)量百分比。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，Nb在該混合物中存在的量值的范圍是從約0.5質(zhì)量百分比到約I質(zhì)量百分比。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，Zr在該混合物中存在的量值的范圍是從約0.3質(zhì)量百分比到約I質(zhì)量百分比。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，該粉末狀固溶體具有Nb/(Nb+Zr)^ 0.5的質(zhì)量比。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，將該生坯在范圍從約1400°C到約1560° C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括通過PVD、CVD、或其組合而在該燒結(jié)碳化物本體上沉積一個(gè)涂層，該涂層包括選自由周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬元素組成的組中的一種或多種金屬元素和鋁以及選自由周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金屬元素組成的組中的一種或多種非金屬元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及燒結(jié)碳化物本體及其應(yīng)用。一方面，在此提供了燒結(jié)碳化物本體。在一些實(shí)施方案中，在此描述的燒結(jié)碳化物本體包括一個(gè)碳化鎢相、包含鐵系元素中的至少一種金屬或其合金的一個(gè)粘結(jié)劑相、鋯和鈮的碳化物的一種固溶體相(Zr,Nb)C以及立方碳化物，該立方碳化物的量值為范圍從約0.5體積百分比到約6體積百分比。
文檔編號(hào)C22C29/08GK103173671SQ201210539180
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者京特·約翰·羅德爾, 安德斯·埃弗特·彼得松, 查爾斯·格雷厄姆·麥克納尼, 潘卡基·庫馬爾·梅赫羅特拉 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司