含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)合金刀具材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)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(wèn)題。將89.5—91.5%的WC和8—10%的Co粉，添加稀土氧化物L(fēng)a2O3:0.25—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(shí)后加入混合原材料總重量2%的石蠟，再球磨2小時(shí)，將料漿干燥。在均勻化處理后過(guò)篩，制粒，經(jīng)過(guò)模壓后在真空—加壓一體爐內(nèi)于1400℃下燒結(jié)制成硬質(zhì)合金刀片。本發(fā)明與目前普遍使用的細(xì)顆粒雙高硬質(zhì)合金材料制成石油管螺紋加工專用硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行切削試驗(yàn)，前者使用壽命為后者的1倍以上。
【專利說(shuō)明】含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)合金刀具材料
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種具有高強(qiáng)度高硬度高溫紅硬性好的高性能硬質(zhì)合金刀具材料，特別適用于含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋的加工刀具。
[0002]【背景技術(shù)】:
隨著油氣勘探及開(kāi)采不斷發(fā)展，石油管面臨的地質(zhì)條件日益復(fù)雜，腐蝕環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)酷，對(duì)其性能的要求也越來(lái)越高。石油管材料往往都是高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕的高鋼級(jí)難加工材料。含Cr高鋼級(jí)合金鋼材料，具有較優(yōu)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(jí)合金鋼材料在性能提高的同時(shí)，為加工帶來(lái)了一定的困難，在材料去除率較高的螺紋加工中表現(xiàn)尤為突出。目前含Cr高鋼級(jí)合金鋼材料所使用的加工刀具多采用高強(qiáng)度高硬度硬質(zhì)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(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種高溫紅硬性好，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)的含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)合金刀具材料。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)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(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)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(jī)進(jìn)行濕磨，濕磨介質(zhì)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(guī)定時(shí)間后將料漿于320目篩網(wǎng)過(guò)濾，在雙錐真空干燥器內(nèi)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(shè)備上均勻化處理，然后過(guò)40目篩網(wǎng)；
(4)制粒:將均勻化后的粉末進(jìn)行擦篩預(yù)制粒，最后在圓筒制粒機(jī)上滾動(dòng)制粒，制成混合料；
(5)壓制:將步驟4制得的粒料在壓機(jī)上壓制成型；
(6)燒結(jié):放入脫脂加壓一體爐中進(jìn)行燒結(jié)，制得硬質(zhì)合金試樣及刀片基體。
[0006]步驟(1)中，球磨介質(zhì)為正已烷，正已烷與原料液固比為350~400ml/Kg，球磨時(shí)間為82小時(shí)，球與原料重量比為4:1，球?yàn)棣?的YG8硬質(zhì)合金球，濕磨80小時(shí)后將混合原材料總重量2%的成型劑石蠟加入球磨機(jī)，并繼續(xù)球磨2小時(shí)后卸料；
步驟(6 )中，燒結(jié)在300Kg脫脂加壓一體爐中進(jìn)行，燒結(jié)過(guò)程分為三個(gè)階段——脫蠟階段:溫度從室溫升高到400°C，時(shí)間8h ;固相燒結(jié)階段:溫度從400°C升至1250°C，時(shí)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(nèi)迅速降至800°C以下，燒結(jié)出制品。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)如下:(1)本發(fā)明能夠制備出一種高強(qiáng)度、高硬度和高溫紅硬性好的硬質(zhì)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(qiáng)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(fā)明制備的硬質(zhì)合金刀具材料具有很高硬度和耐磨性，不僅因?yàn)樘砑恿艘种苿┘{米VC，還因?yàn)樵诰Я６葹?.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(jié)構(gòu)的高度均勻性；
(3)本發(fā)明在雙高基體材料中添加稀土氧化物L(fēng)a203，它凈化了WC/Co界面并改善其浸潤(rùn)性，同時(shí)沉積在WC晶界處形成彌散的質(zhì)點(diǎn)，起到細(xì)化晶粒的作用，提高基體材料的耐磨性能，制得的硬質(zhì)合金刀具基體材料的抗彎強(qiáng)度> 3000Mpa，洛氏硬度HRA ^ 93，大大提高了刀具的使用壽命。對(duì)比產(chǎn)品YG10X，其抗彎強(qiáng)度為3318MPa;洛氏硬度為92.5。從表1可以看出本發(fā)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(duì)比產(chǎn)品YG8X，其抗彎強(qiáng)度為3200MPa，洛氏硬度為93。從表2可以看出本發(fā)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(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)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(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)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(jī)進(jìn)行濕磨，濕磨介質(zhì)為正已燒，液固比為350ml/Kg，球磨時(shí)間為82小時(shí)；濕磨用的是Φ8的YG8硬質(zhì)合金球，球與原料重量比為4: 1，濕磨80小時(shí)后將重量為混合原材料2%的成型劑石蠟加入球磨機(jī)，并繼續(xù)球磨2小時(shí)后卸料；
(2)干燥:球磨到規(guī)定時(shí)間后將料漿過(guò)320目篩網(wǎng)過(guò)濾，在雙錐真空干燥器內(nèi)干燥，干燥溫度為80°C ；
(3)均勻化:干燥后的粉末在專用設(shè)備上均勻化處理，然后過(guò)40目篩網(wǎng)；
(4)制粒:將均勻化后的粉末進(jìn)行擦篩預(yù)制粒，最后在圓筒制粒機(jī)上滾動(dòng)制粒，制成混合料；
(5)壓制:將步驟4制得的粒料在壓機(jī)上壓制成試樣及刀片基體；
(6)燒結(jié):放入脫脂加壓一體爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程分為三個(gè)階段——脫蠟階段:溫度從室溫升高到400°C，時(shí)間8h ;固相燒結(jié)階段:溫度從400°C升至1250°C，時(shí)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(nèi)降溫到8000C以下，制得硬質(zhì)合金刀具基體材料GY1。測(cè)得其抗彎強(qiáng)度為3356MPa ;洛氏硬度為92。
[0011]實(shí)驗(yàn)例I
對(duì)比產(chǎn)品雙高硬質(zhì)合金YGlOX抗彎強(qiáng)度為3318MPa ;洛氏硬度為92.5。將YGlOX制成與GYl制得的相同的硬質(zhì)合金刀具毛坯，經(jīng)磨削、刃磨處理和涂層(涂層為T(mén)iAIN)，制得BC5BW1—32刀片，切削管徑為7英寸的石油管，石油管材質(zhì)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(duì)比
【權(quán)利要求】
1.含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)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(jī)進(jìn)行濕磨，濕磨介質(zhì)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(guī)定時(shí)間后將料漿于320目篩網(wǎng)過(guò)濾，在雙錐真空干燥器內(nèi)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(shè)備上均勻化處理，然后過(guò)40目篩網(wǎng)； (4)制粒:將均勻化后的粉末進(jìn)行擦篩預(yù)制粒，最后在圓筒制粒機(jī)上滾動(dòng)制粒，制成混合料； ( 5)壓制:將步驟4制得的粒料在壓機(jī)上壓制成型； (6)燒結(jié):放入脫脂加壓一體爐中進(jìn)行燒結(jié)，制得硬質(zhì)合金試樣及刀片基體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含Cr高鋼級(jí)石油管螺紋加工用硬質(zhì)合金刀具材料，其特征在于: 步驟(1)中，球磨介質(zhì)為正已烷，正已烷與原料液固比為350~400ml/Kg，球磨時(shí)間為82小時(shí)，球與原料重量比為4: 1，球?yàn)棣?的YG8硬質(zhì)合金球，濕磨80小時(shí)后將混合原材料總重量2%的成型劑石蠟加入球磨機(jī)，并繼續(xù)球磨2小時(shí)后卸料； 步驟(6 )中，燒結(jié)在300Kg脫脂加壓一體爐中進(jìn)行，燒結(jié)過(guò)程分為三個(gè)階段——脫蠟階段:溫度從室溫升高到400°C，時(shí)間8h ;固相燒結(jié)階段:溫度從400°C升至1250°C，時(shí)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(nèi)迅速降至800°C以下，燒結(jié)出制品。
【文檔編號(hào)】B22F3/16GK103911536SQ201410128652
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】張平, 馮燕, 朱國(guó)麗, 彭建財(cái), 任達(dá)平, 楊軍 申請(qǐng)人:成都工具研究所有限公司