一种由钨钢和高速钢结合组成的五金工具及其生产方法与流程

　　本发明涉及五金工具领域，主要涉及五金工具中的冲棒、切削工具、钻头、铣刀等，尤其涉及一种由钨钢和高速钢结合组成的五金工具及其生产方法。

　　背景技术：

　　高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，俗称白钢。除用熔炼方法生产的高速钢外，20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢，它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形，很大程度提高了材料的性能，用于制造各种切削工具及要求高的模具等。

　　高速钢是一种复杂的钢种,含碳量一般在0.70～1.65%之间。含合金元素量较多，总量可达10～25%，元素是钨、钼、铬、钒、钴等碳化物，根据碳化物含量的不同又可分为不同的系，比如钨系高速钢(含钨9~18%)；钴系高速钢(含钴5~10%)。它在高速切削产生高热情况下(约500℃)仍能保持高的硬度，hrc能在60以上。这就是高速钢更主要的特性--红硬性，弥补了碳素工具钢的致命缺点。

　　钨钢属于稀有金属是一种硬质合金，主要成分为碳化钨和钴，其占所有成分的99%，1%为其他金属，具有硬度高（可以达到89~95hra）、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。广泛应用于高精度机械加工、高精度刀具材料、机床刀具、钻头、玻璃刀头、瓷砖割刀；切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料，新型硬质合金的切削速度等于碳素钢的数百倍；用来制作凿岩、采掘、钻探、测量工具；模具材料、耐磨零件、金属磨具等。

　　由上可见，硬质合金中钨钢与高速钢性能相近，且所含元素大量相同，给这两种材料结合具有可行性。众所周知，钨钢原材料价格是高速钢十数倍，且上述的许多钨钢制工具在应用中大多端头部位工况要求高，所以把钨钢和高速钢结合起来得到一种复合材料，在不影响加工性能的情况下，不仅能降低材料成本，而且大大节省了钨资源的利用。

　　由钨钢和高速钢结构的五金工具主要用在冲棒、切削工具、钻头、铣刀等场合，由于该场合长时间在高速、高压、高热工况条件下，由钨钢和高速钢结构的五金工具长时间使用过程中变形，常见高速钢与钨钢焊接方法是钎焊，钨钢头也容易脱落，导致这类原因，一是因为没有找到正确的焊接方法，二是因为高速钢和钨钢是异种钢焊缝融合区不能像同种钢那样融合的好。

　　技术实现要素：

　　本发明的目的是提供一种由钨钢和高速钢结合组成的五金工具。

　　本发明还提供了一种由钨钢和高速钢结合组成的五金工具的生产方法。

　　本发明的创新点在于将钨钢段从自由端至连接端处的金属钴含量和碳化钨含量的比值逐渐增加，这样的钨钢硬度、强度都是渐变的，硬度高强度相对小，硬度低强度相对大。这样使得一端硬度hra高达90，金属钴含量和碳化钨含量的比值高的一端与高速钢成分更加契合，在与高速钢端面焊接的时候融合的更好。

　　用金属摩擦焊或电子束焊的焊接方式进行焊接后焊缝不易断裂。

　　为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种由钨钢和高速钢结合组成的五金工具，包括柱状体，所述柱状体包括钨钢段和高速钢段，其特征在于，所述钨钢段端部和高速钢段端部通过金属摩擦焊或电子束焊方式焊接，所述钨钢段和高速钢段的连接的一端为钨钢段的连接端，钨钢段从自由端至连接端处的金属钴含量和碳化钨含量的比值逐渐增加。

　　摩擦焊的优点是焊接接头的质量高而且稳定，具有比较广泛的可焊性，特别适用于异种金属焊接，焊件的尺寸精度和几何精度高，可以实现全自动化，并且劳动条件好，没有火花、弧光、有害气体等。钨钢和高速钢焊接时一件固定，另一件旋转并加压力。焊接时钨钢和高速钢接触端面剧烈摩擦首先去除表面附着的氧化物、杂质，并且被磨平露出平整的纯洁金属表面。然后因不断摩擦接触面温度持续升高，晶粒受到破坏，塑性变形增大，并达到焊接温度。更后急速停止摩擦并加以很大的顶锻压力，使两个焊件产生很大的塑性变形，接触面钨、钴、铁原子更靠近，相互扩散，形成共同的重结晶、中间化合物，从而把两焊件焊接在一起。

　　电子束焊的特点是：电子束功率密度高，所以可以焊接耐熔材料，如钨、钼等；焊接在真空中进行，可以避免空气中的氢和氧对焊缝影响；焊接速度快，温度高，焊接熔区小，热影响区小，对母材性能影响较小；电子束的能量**可控，焊后尺寸差异小。焊接时能量密度极高的电子流高速运动轰击钨钢和高速钢对接缝处将部分电子动能转变为热能使得接缝区出现熔化、蒸发，在高压金属蒸汽的作用下，熔化的金属被排开，电子束继续撞击深处固态金属，并快速击穿形成穿孔，电子束周围被液态金属包围，随着电子束与工件相对移动液态金属沿着击穿孔流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成焊缝。

　　把硬度低强度高（碳化钨含量相对少，钴含量相对多）的一端与高速钢融合，因为焊接处钨钢和高速钢元素成分比例更加接近，硬度、塑性与熔点的差异更小，利于两端金属原子相互扩散、晶间连系，形成共同的重结晶。

　　根据权利要求1所述的由钨钢和高速钢结合组成的五金工具，其特征在于，所述钨钢段连接端处金属钴含量和碳化钨含量的比值≥3:7。

　　根据权利要求1所述的由钨钢和高速钢结合组成的五金工具，其特征在于，所述高速钢段的钨和钴的含量均≥10%。

　　一种由钨钢和高速钢结合组成五金工具的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

　　（1）采用粉末冶金法制取钨钢段，首先将制取钨钢的原料分成两份以上的等量坯料且每份坯料内的金属钴与碳化物混合比例范围为1：19~1:1，再把两份以上的坯料按金属钴含量和碳化钨含量的比值从小到达依次排列后烧结，更终得到钨钢段；

　　（2）将钨钢段金属钴含量和碳化钨含量的比值较大的一端和高速钢段焊接并采用金属摩擦焊或电子束焊的方式焊接，焊接后得到成品。

　　进一步地，所述钨钢段金属钴含量和碳化钨含量的比值较大的一端的比值≥3:7。

　　进一步地，所述高速钢段的钨和钴的含量均≥10%。

　　进一步地，用粉末冶金法制取钨钢段时采用温压成型的方法成型。形成压坯的密度和强度高于冷压。

　　进一步地，用粉末冶金法制取钨钢段时采用金属注射成型的方法成型。烧结制品的密度、力学性能要高于压模成形。

　　本发明的有益效果是：本发明中将钨钢段从自由端至连接端处的金属钴含量和碳化钨含量的比值逐渐增加，这样的钨钢硬度、强度都是渐变的，硬度高强度相对小，硬度低强度相对大。金属钴含量和碳化钨含量的比值高的一端与高速钢成分更加契合，在与高速钢端面焊接的时候融合的更好。

　　附图说明

　　图1为实施例1的结构示意图。

　　具体实施方式

　　下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

　　实施例1：如图1所示，一种由钨钢和高速钢结合组成的五金工具，包括柱状体1，柱状体1包括钨钢段2和高速钢段3，钨钢段2端部和高速钢段3端部通过金属摩擦焊或电子束焊方式焊接，钨钢段2和高速钢段3的连接的一端为钨钢段3的连接端4，钨钢段从自由端5至连接端4处的金属钴含量和碳化钨含量的比值逐渐增加，钨钢段2连接端处金属钴含量和碳化钨含量的比值≥3:7，高速钢段3的钨和钴的含量均≥10%。

　　实施例2：一种由钨钢和高速钢结合组成五金工具的生产方法，包括以下步骤：采用粉末冶金法制取钨钢段2，首先将制取钨钢的原料分成两份等量坯料且两份坯料内的金属钴与碳化物混合比例分别为1：19、3:7，再把两份坯料按金属钴含量和碳化钨含量的比值从小到达依次排列后烧结，更终得到钨钢段2；将钨钢段2金属钴含量和碳化钨含量的比值为3:7的一端和钨、钴的含量均为10%的高速钢段3焊接并采用金属摩擦焊方式焊接，焊接后得到成品。用粉末冶金法制取钨钢段2时采用温压成型方法成型。

　　实施例3：一种由钨钢和高速钢结合组成五金工具的生产方法，包括以下步骤：采用粉末冶金法制取钨钢段2，首先将制取钨钢的原料分成三份以上的等量坯料且三份坯料内的金属钴与碳化物混合比例分别为1：19:、1：10、1:1，再把三份坯料按金属钴含量和碳化钨含量的比值从小到达依次排列后烧结，更终得到钨钢段2；将钨钢段2金属钴含量和碳化钨含量的比值为1:1的一端和钨、钴的含量均为12%的高速钢段3焊接并采用电子束焊的方式焊接，焊接后得到成品。用粉末冶金法制取钨钢段2时采用金属注射成型的方法成型。

　　实施例4：一种由钨钢和高速钢结合组成五金工具的生产方法，包括以下步骤：采用粉末冶金法制取钨钢段2，首先将制取钨钢的原料分成四份等量坯料且四份坯料内的金属钴与碳化物混合比例分别为1：19:、1:10、1：5、3：7，再把四份以上的坯料按金属钴含量和碳化钨含量的比值从小到达依次排列后烧结，更终得到钨钢段2；将钨钢段2金属钴含量和碳化钨含量的比值为3:7的一端和钨、钴的含量均为15%的高速钢段3焊接并采用电子束焊的方式焊接，焊接后得到成品。用粉末冶金法制取钨钢段2时采用金属注射成型的方法成型。