硬质合金冲头.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103180469 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103180469 A *CN103180469A* (21)申请号 201180048605.2 (22)申请日 2011.10.05 10186875.0 2010.10.07 EP 61/392,761 2010.10.13 US C22C 1/10(2006.01) C22C 29/08(2006.01) (71)申请人 山特维克知识产权股份有限公司 地址 瑞典桑德维肯 (72)发明人 迈克尔卡蓬特 简史密斯 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 蔡。

2、石蒙 车文 (54) 发明名称 硬质合金冲头 (57) 摘要 本发明涉及一种用于制造金属饮料罐的硬质 合金冲头， 该硬质合金包括含有 WC 的硬质相和粘 结相， 所述硬质合金的组分包括， 以 wt计 ： 50 至 小于70的WC， 15至30的TiC和12至20的Co+Ni。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.04.07 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/067359 2011.10.05 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/045761 EN 2012.04.12 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页。

3、 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103180469 A CN 103180469 A *CN103180469A* 1/1 页 2 1. 一种用于制造金属饮料罐的硬质合金冲头， 所述硬质合金包括含有 WC 的硬质相和 粘结相， 其特征在于 ： 所述硬质合金的组分包括， 以 wt计 ： 50 至小于 70 的 WC， 15 至 30 的 TiC 和 12-20 的 Co+Ni。 2. 根据权利要求 1 所述的冲头， 其中所述硬质合金组分包括 50-69的 WC。 3. 根据权利要求 1-2 中的任一项所。

4、述的冲头， 其中所述硬质合金包括作为单独相的 WC。 4. 根据权利要求 1-3 中的任一项所述的冲头， 其中所述硬质合金组分包括 18 -28 的 TiC。 5. 根据权利要求 1-4 中的任一项所述的冲头， 其中所述硬质合金包括作为单独相的 TiCx。 6. 根据权利要求 1-5 中的任一项所述的冲头， 其中所述硬质合金组分具有 0.3-2.5 的 Co/Ni 重量比。 7. 根据权利要求 1-6 中的任一项所述的冲头， 其中所述硬质合金组分包括 0.5-2.5 的 Cr。 8. 根据权利要求 1-7 中的任一项所述的冲头， 其中所述硬质合金组分包括 0.1-0.3 的 Mo。 9. 根据。

5、权利要求 1-8 中的任一项所述的冲头， 其中所述硬质合金具有以下组分， 以 wt计 ： 12-20 的 Co+Ni， 1-2 的 Cr， 0.1-0.3 的 Mo， 18-30 的 TiC， 和余量的 WC。 10.根据权利要求3所述的冲头， 其中WC相为基本上全部均具有小于1m的粒度的晶 粒的形式。 11.根据权利要求1-10中的任一项所述的冲头在腐蚀-磨损环境下的制罐刀具冲头应 用中的使用。 权 利 要 求 书 CN 103180469 A 2 1/5 页 3 硬质合金冲头 0001 本发明涉及一种硬质合金刀具， 具体是一种用于制造金属饮料罐的冲头。 背景技术 0002 全世界每年制造大。

6、约 2600 亿个罐子。单个生产线以连续过程每年可从铝或钢带 制造出 500,000,000 个罐子。作为一个实例， 由金属片材压制的杯子通过一次连续冲头行 程在大约五分一秒的时间内形成罐体， 形成的内径约66mm， 高度从33增加到57mm， 然后， 在 罐的基部形成凹形圆顶之前， 通过三个拉伸环， 将罐壁拉伸到 130mm 高。 0003 由于对工具公差 (0.002mm) 的要求非常严格， 以便保持正确的罐子尺寸， 所以 冲头相对于拉伸环和圆顶模具的对准是至关重要的。 0004 罐的制造是一个连续的过程， 因此在使用期间可靠的和可预测的使用寿命是重要 的。 0005 US 5,736,6。

7、58公开了一种优选地在深拉铝和钢罐中使用的的工具的组分。 这种工 具由镍粘结的硬质合金构成。然而， 由于没有在粘结相中添加钴， 所以该等级是无磁性的， 这对于需要磁性材料作为冲压刀具的罐生产商而言是一个关键的缺点， 此外， 该等级具有 非常低的 WC 含量， 使得得到具有低密度的材料。 0006 WO 2008/079083 公开了一种含有碳化钨， 碳化钛， 碳化铌， 钴和铬以及其它可能的 添加成分的硬质合金冲压刀具。 发明内容 0007 本发明的目的是提供一种用于生产金属饮料罐的、 具有提高的使用寿命的冲头。 0008 目前发现， 上述目标可由包括含有 WC 的硬质相和粘结相的硬质合金冲头实。

8、现， 其 中所述硬质合金的组分包括， 以 wt计 ： 50 至低于 70 的 WC， 15 至 30 的 TiC 和 12 至 20 的 Co+Ni。 附图说明 0009 图 1 示出本发明示例性实施方式的背散射 SEM 图像， 其中， A 是 WC 相， B 是 (Ti， W) C 立方相， C 是 TiCx 核， D 是基于 Co+Ni 并添加了 Cr 和 Mo 的粘结相。 具体实施方式 0010 研究发现通过减轻冲头的重量， 冲压头的弯矩会显著降低， 这将改善刀具的对准 性， 从而导致更少的与工具损坏相关的振动， 提高的罐壁厚度的一致性， 减少的制罐机的维 护， 以及因为运输的质量更少而。

9、产生的减少的能源消耗或更快的生产速度。然而， 还发现 ： 为了不牺牲刀具的耐磨性和韧性， 碳化钨和粘结相的含量必须保持足够高。 0011 根据本发明， 这些要求可以通过一种用于生产金属饮料罐， 诸如铝罐或钢罐的硬 质合金冲头实现， 所述硬质合金含有包括 WC 的硬质相和粘结相， 其中所述硬质合金的组分 包括， 以 wt计 ： 50 至小于 70 的 WC， 15 至 30 的 TiC， 12 至 20 的 Co+Ni。 说 明 书 CN 103180469 A 3 2/5 页 4 0012 烧结后的硬质合金的微观结构包括作为独立相出现的 WC 相。适当地， WC 也溶解 在 TiC 中， 形成。

10、立方的 (Ti， W)C 相。 0013 有利的是， 烧结后的硬质合金等级具有亚微米或大约 1 微米的碳化钨， 通过使用 线性截距法测量， 碳化钨优选具有0.8-2m的平均晶粒尺寸， 合适地具有0.8-1.5m的平 均晶粒尺寸， 以实现足够的耐磨性和适当的韧性。 在一种实施方式中， 烧结后的硬质合金中 的 WC 相为基本全部都具有小于 1m 的粒度的晶粒的形式。 0014 进一步有利的是， 通过使用线性截距法测量， 烧结后的硬质合金中的 (Ti， W)C 混 晶相具有 1-5m 的平均晶粒尺寸。 0015 该烧结后的硬质合金的微观结构中适当地也包括具有Ti和C的单独相， 此后这表 示为 TiC。

11、x。合适地， TiCx 相为嵌入在包括 Ti 和 W 的立方碳化物相中的核的形式。 0016 合适地， 该硬质合金组分中包括 50wt -69wt的 WC， 合适地为 50wt -67wt， 更合适地 55wt -67wt。 0017 为获得合适的磁性性能， 该硬质合金适当地包括至少 6wt的 Co。 0018 具有 Co 粘结剂的硬质合金只适于具有相应的 wt Co 值在 85.0至 95.0 之间的 Com 值， 以确保满足导磁率的下限， 并且确保在微观结构中没有 碳化物 (eta carbides)。优选地， 导磁率至少为 3.5。 0019 在实践中， 由于需要获得耐蚀性能， 粘结剂可。

12、含有 Cr， 而这将导致其与钴合金化形 成一种非磁性相。 0020 因此， 新的最低水平的 Co wt粘结剂需要根据下述的简单算法计算。 0021 最小 Co wt (a)， 包括 (b)Cr wt 0022 (a) 5.5+0.6(b)wt 0023 再次， 后者假设磁性饱和值是在 2 相区之间， 即没有 碳化物或石墨存在。 0024 操作条件要求使用适当的冷却剂， 该冷却剂自然地老化并且轻度地腐蚀， 这将显 著地影响磨损过程， 从而造成过早失效。冷却剂通常是以如下方式存在的水基溶剂 ： 新时 pH 值为 9， 而在使用后 pH 值为 8。处于较低的 pH 值时， 冲压刀具易于腐蚀磨损， 特。

13、别是具有 钴粘合剂时。 改进的磨损性能也会改善罐壁厚度的一致性， 同时减少刀具重磨的停机时间。 0025 因此， 合适地是， 使用以钴和镍为基的抗腐蚀硬质合金， 并且例如如之前所述， 通 过在组分中添加一定量的铬和 / 或钼而能够实现进一步提高的抗腐蚀性。 0026 优选地， 该硬质合金中含有镍和钴， Co/Ni 重量比为 0.3-2.5， 合适地是 0.5-2。 0027 合适地， 该硬质合金包括 0.5 至 2.5wt的 Cr， 优选 1-2wt的 Cr。 0028 该硬质合金适于含有 0.1-0.3wt的 Mo。 0029 粘结相包含 12-16wt的 Cr+Mo 是有利的。 0030 。

14、在本发明的一种实施方式中， 冲头包括硬质合金， 该硬质合金包括含有 WC 和 TiC 的硬质相和粘结相， 其中硬质合金组分包括， 以wt计 ： 50至小于70的WC， 15至30的TiC， 12-20 的 Co+Ni， 其中 Co/Ni 重量比为 0.5-2， 1 至 2 的 Cr 和 0.1 至 0.3 的 Mo。 0031 在一种实施方式中， 硬质合金具有以下组分， 以 wt计 ： 12-20 的 Co+Ni， 1-2 的 Cr， 0.1-0.3 的 Mo， 18-30 的 TiC， 和余量的 WC。 0032 在一种实施方式中， 硬质合金具有以下组分， 以 wt计 ： 7-9 的 Co，。

15、 5-7 的 Ni， 1-2 的 Cr， 和 0.1-0.3 的 Mo， 以及 18-23 的 TiC 和余量的 WC。 说 明 书 CN 103180469 A 4 3/5 页 5 0033 在另一种实施方式中， 硬质合金具有以下组分， 以 wt计 ： 6-8 的 Co， 12-14 的 Ni， 1-2 的 Cr， 和 0.1-0.3 的 Mo， 以及 18-23 的 TiC 和余量的 WC。 0034 在又一种实施方式中， 硬质合金具有以下组分， 以 wt计 ： 10-14 的 Co， 5-7 的 Ni， 1-2 的 Cr， 0.1-0.3 的 Mo， 以及 18-23 的 TiC 和余量。

16、的 WC。 0035 在一种实施方式中， 冲头是制罐刀具冲头。 0036 本发明还涉及将根据本发明的冲头用在腐蚀 - 磨损环境下的制罐刀具冲头应用 中。 0037 本发明使用的硬质合金可以由形成硬质成分的粉末和形成粘结剂的粉末适当地 制备， 它们被一起湿磨、 干燥、 压制成所需形状的型体以及被烧结。 0038 合适地， 将至少 75， 优选至少 95， 更优选全部的 Ti 添加到所述组分是通过使 用具有 (Ti， W)C 混晶的共晶体的原材料粉末来实现的， 其中 Ti/W 的重量比为 0.85， 且所述 混晶的共晶体的粉末颗粒适于具有 0.5-1.2m， 优选 0.7-1.2m 的平均粒度 (。

17、d50)。在一 种实施方式中， 混晶的共晶体的粉末颗粒具有大约 5m 的平均粒度 (d50)， 意味着合适的粒 度在 1-10m 的范围内。 0039 合适地， 添加的 WC 原材料粉末的平均 WC 晶粒尺寸 (d50) 与 (Ti， W)C 混晶非常相 似， 优选为 0.5-1.2m， 更优选为 0.7-1.2m， 更优选大约 1.0m。 0040 粘结剂组分的选择要保持具有足够高的韧性和最小的导磁率。 为了确保耐受由冷 却剂对粘结剂的影响产生的腐蚀的合适的耐蚀性能， 粘结剂适于由 “不锈” 合金制成， 即实 例 1。 0041 实例 1 0042 通过已知的方法并且分别使用平均粒度 (d5。

18、0) 为 0.8m 的 WC 粉末和约 1m 的 (Ti， W)C 粉末制备具有如表 1 以 wt计的组分的硬质合金等级。硬质合金试样由形成硬质 成分的粉末和形成粘结剂的粉末制备。粉末和润滑剂以及抗凝剂一起进行湿磨， 直至获得 均匀的混合物， 并通过干燥使粉末成为粒状。 在烧结前通过等压湿袋压制， 干燥的粉末被压 制成所需形状的型体。在真空下， 在 1410下烧结 1 小时， 随后施加高压， 即 50 巴氩气， 在 烧结温度下保持约 30 分钟， 以便在冷却前获得致密的结构。 0043 在本发明的某些实施方式中， 硬质合金成分中的单独组分如下面所列， 其具有任 何常规的很小的杂质。 0044 。

19、通过使用线性截距法测量， 烧结后的硬质合金结构含有具有平均晶粒尺寸 1m 的 WC。 0045 取决于选择的组分和烧结温度， 所述材料具有 1250-1550HV30 的硬度。 0046 根据下面的表 1， 针对先前已知的制罐刀具冲头的标准硬质合金 (#) 对根据本发 明组分制造的硬质合金冲头刀具体进行了测试。 0047 表 1( 组分含量以 wt计 ) 0048 编号ABCD# 试样本发明本发明本发明本发明对比例 说 明 书 CN 103180469 A 5 4/5 页 6 WC余量余量余量余量余量 TiC*20202121- Co8.08.56.012.06.6 Ni6.05.513.06。

20、.02.2 Cr1.51.71.71.71.0 Mo0.20.20.20.20.2 d50WC(m)0.81.01.01.00.8 d50(Ti， W)C(m)1.01.055- 0049 * 使用 (Ti， W)C 进行添加 0050 根据 ASTM 标准 B611、 G61 和 G65( 包括酸性介质 )， 对硬质合金的候选等级试样进 行磨损和腐蚀测试。 0051 已经根据硬质合金领域中所使用的标准测量了其它的性能， 即， 用于密度的 ISO 3369 ： 1975， 用于硬度的 ISO 3878 ： 1983， 以及用于耐磨性的 ASTM G65。 0052 耐腐蚀性按照 ASTM61 。

21、标准被表征， ASTM61 标准特别适合用于测量 (Co， Ni， Fe) 在 氯化物溶液中的腐蚀。 0053 也可能为， 在磨损和腐蚀机制之间发生协同效应。 0054 测试结果如下面表 2 所示。 0055 表 2 0056 说 明 书 CN 103180469 A 6 5/5 页 7 0057 * 根据 ASTM61 的利用平齐端口电池 (flushed port cell) 的击穿电位 Eb(10A/ cm2)， 标准化等级 1-10， 其中不锈钢 316 10 0058 * 重磨前的估计使用寿命 0059 耐磨性是以 2 增加的。 0060 生产寿命估计从生产一千万个罐子增加到生产大于两千万个罐子， 增加到大 于 2。 说 明 书 CN 103180469 A 7 1/1 页 8 说 明 书 附 图 CN 103180469 A 8 。