[發(fā)明專(zhuān)利]SiC晶須增韌碳氮化鈦基金屬陶瓷切削刀片及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710034792.4
• 申請(qǐng)日: 2007-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101092304A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁燕鴻
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株洲工學(xué)院科技開(kāi)發(fā)部
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/58
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/58;C04B35/56;C04B35/563;C04B35/81;C04B35/63;C04B35/64;C04B35/622
• 代理公司: 湖南兆弘專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 陳暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制作工具的材料，特別是指一類(lèi)晶須增韌復(fù)合碳氮化鈦[Ti(CN)]基金屬陶瓷切削刀具材料。本發(fā)明還涉及一種上述材料的制作方法。

背景技術(shù)

人們習(xí)慣將TiC/Ti(CN)基金屬陶瓷復(fù)合材料直接稱為金屬陶瓷，而將傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料稱為硬質(zhì)合金。目前大量生產(chǎn)的金屬陶瓷切削刀片，大多數(shù)是以碳氮化鈦[Ti(CN)]作為主相，以金屬粘結(jié)相和碳化物硬質(zhì)相作為添加劑，通過(guò)混合成型后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備出來(lái)的。這種金屬陶瓷切削刀片與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金切削刀片相比，具有紅硬性高、摩檫系數(shù)低、耐磨性好、耐腐蝕性高等優(yōu)勢(shì)，但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金切削刀片。與TiC基金屬陶瓷相比，Ti(CN)基金屬陶瓷切削刀片紅硬性高、橫向斷裂強(qiáng)度高、抗氧化性強(qiáng)、熱導(dǎo)率高，并且由于Ti(CN)基金屬陶瓷晶粒更細(xì)，其高溫抗蠕變性能也有明顯的改善。在切削過(guò)程中，由于Ti(CN)形成焓較高，可以有效的避免粘刀、劃痕和切削瘤的形成，良好的后刀面磨損性能可以使刀具在較高切削速度下依然保持較長(zhǎng)的刀具壽命，并有利于去除切屑。因此，Ti(CN)基金屬陶瓷切削刀具適合于高速銑、精車(chē)或半精車(chē)碳鋼和不銹鋼，甚至包括TiC基金屬陶瓷刀具難加工的超合金等材料。近十年來(lái)，研究工作者為了提高結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料韌性，采用了相變?cè)鲰g、晶須增韌和顆粒增韌等方法，但一直在摸索之中。所以未來(lái)的Ti(CN)基金屬陶瓷的發(fā)展方向還是要不斷提高其強(qiáng)度和韌性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提高碳氮化鈦[Ti(CN)]基金屬陶瓷切削刀片的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，提出了一種SiC晶須增韌Ti(CN)基金屬陶瓷切削刀片的制備方法。通過(guò)添加SiC晶須增韌劑，采用更新的工藝方案和材料配方來(lái)達(dá)到Ti(CN)基金屬陶瓷切削刀片的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性的提高，使這類(lèi)切削刀片得到廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的目的所提出的一種SiC晶須增韌碳氮化鈦[Ti(CN)]基金屬陶瓷切削刀片的制備方法是：以碳氮化鈦[Ti(CN)]作為主相，采用SiC晶須作為增韌劑，以金屬粘結(jié)相和碳化物硬質(zhì)相作為添加劑，經(jīng)過(guò)混合成型后真空燒結(jié)而成。其中技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于：

(1)原料選配：碳氮化鈦[Ti(CN)]為主要原料，用SiC晶須作為增韌劑，晶須平均直徑為0.5～1.0μm，長(zhǎng)度10～40μm，熔點(diǎn)2700℃，理論密度3.2g/cm3，彈性模量為414GPa，熱膨脹系數(shù)為4.7×10-6/℃，加入量為總重量的8％～30％，以金屬鉬、鎳、鈷、鉭(Mo、Ni、Co、Ta)作為粘結(jié)相和碳化物碳化鈦(TiC)、碳化鎢(WC)、碳化鈮(NbC)硬質(zhì)相作為添加劑，碳氮化鈦[Ti(CN)]與SiC晶須的重量比可為65∶35～80∶20，其二者重量之和為W，金屬Ni、Co、Mo粘結(jié)相的加入量為重量W的51.7～58.6％，硬質(zhì)相TiC、WC、NbC的加入量為重量W的82.5～87％。

(2)SiC晶須的分散：將SiC晶須放入極性溶劑(如水、乙醇、乙丙醇等)和分散劑的混合物中，經(jīng)機(jī)械攪拌和超聲波振蕩制成懸浮溶液，以確保SiC晶須穩(wěn)定分散。

(3)工藝過(guò)程：在未加SiC晶須之前，將配料投入到不銹鋼球磨罐中研磨，研磨球?yàn)?mm的WC-Co硬質(zhì)合金球，研磨介質(zhì)為酒精，濕磨80-90小時(shí)，加入成型劑和增韌劑的料漿卸出后經(jīng)干燥過(guò)篩制粒，在粉末壓制機(jī)上壓制成型，然后在真空燒結(jié)爐中燒結(jié)致密的刀片。具體的制備工藝為：配料→濕磨→(加成形劑和增韌劑)混合料漿→干燥→過(guò)篩→控粒→壓制成型→真空燒結(jié)→制品。

(4)材料的真空燒結(jié)：將壓制成型后的胚體放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，為了材料更好的致密化，真空燒結(jié)溫度設(shè)置為1460℃～1570℃。

通過(guò)本發(fā)明所制作出的Ti(CN)基金屬陶瓷切削刀片具有高強(qiáng)度、高韌性和更好的耐磨性、耐熱性等優(yōu)良的切削性能。適合于高速銑、精車(chē)或半精車(chē)碳鋼和不銹鋼、淬硬鋼、合金耐磨鑄鐵、高強(qiáng)度鋼等一系列超硬難加工的材料。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明為一種SiC晶須增韌Ti(CN)基金屬陶瓷切削刀片，是以碳氮化鈦[Ti(CN)]作為主相，采用SiC晶須作為增韌劑，以金屬粘結(jié)相和碳化物硬質(zhì)相作為添加劑，經(jīng)過(guò)混合成型后真空燒結(jié)而成。其中技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于：