[發明專利]金屬陶瓷

有效

• 申請號: 200980151187.2
• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN102257171A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 博·揚松;珍妮·薩克里松;托馬斯·佩爾松
• 申請（專利權）人: 山高刀具公司
• 主分類號: C22C29/04
• 分類號: C22C29/04
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張珂珂;郭國清

技術領域

本發明涉及以Ti為主要組分、鈷為粘結劑相的燒結碳氮化物合金，其具有改進的性能，特別是當作為用于鋼和鑄鐵切削的工具材料時。更特別地，本發明涉及具有特定組成和控制的相對飽和磁化強度以及磁矯頑力的碳氮化物基合金，所述合金具有耐磨料磨損性能、韌性和耐塑性變形的最優組合。

背景技術

鈦基碳氮化物合金，所謂的金屬陶瓷，被廣泛用于金屬切削的目的。與WC-Co基材料相比，當與熱鋼接觸時，即使是無涂層時，金屬陶瓷也具有優良的化學穩定性，但是具有顯著較低的韌性。這使它們最適合用于精整操作，通常精整操作的特征在于切削刃上的有限的機械載荷以及精整部件的高的表面光潔度要求。

金屬陶瓷包括嵌入一般為Co和/或Ni的金屬粘結劑相內的碳氮化物硬質成分。該硬質成分顆粒一般具有復雜的結構，具有通常被其它組成的一個或多個邊緣圍繞的核。除了Ti，加入VIa族元素，通常為Mo和W兩者，以促進粘結劑和硬質成分之間的潤濕，并通過固溶淬火強化粘結劑相。在所有如今市售可得的合金中，還加入一種或多種IVa和/或Va族的元素，例如Zr、Hf、V、Nb和Ta。使用粉末冶金方法制得金屬陶瓷。將形成粘結劑相的粉末和形成硬質成分的粉末混合、壓制和燒結。

在近些年中，做了許多嘗試以控制金屬陶瓷在切削工具應用中的主要性能，即韌性、耐磨性和耐塑性變形性。特別是關于粘結劑相的化學組成做了許多工作。

US?6,344,170、US?6,344,445和US?6,325,838涉及以鈦為主要組分的碳氮化物合金的燒結體，其用作切削工具材料時具有改進的性能。這通過使特定化學組成的碳氮化物基硬質相與極度固溶淬火(extremely?solution?hardened)的Co粘結劑相結合而實現。通過優化Ti-Ta-W-C-N-Co體系中的組成和燒結過程，實現改進的韌性和耐塑性變形性。用于優化韌性和耐塑性變形性的兩個參數是Ta-和Co-含量。在由于Co和Ni之間的固溶淬火的區別導致的韌性行為方面，與混合的Co-Ni-基粘結劑相比，使用純的Co-基粘結劑是非常有利的。

US?7,332,122和US?7,157,044是類似的。它們涉及包含Ti、Nb、W、C、N和Co的鈦基碳氮化物合金。通過用Nb代替US?6,344,170中的Ta，并仔細控制不溶的Ti(C，N)核的量，達到對工藝性能的進一步優化。更特別地，所述專利涉及特定組成的碳氮化物基硬質相，優化了不溶的Ti(C，N)核的量以達到最大耐磨料磨損性能，同時優化了Co和Nb的含量以給出希望的韌性和耐塑性變形性。

發明概述

本發明的目的是設計和制備具有特定組成和控制的相對飽和磁化強度以及磁矯頑力的金屬陶瓷材料，所述材料具有耐磨料磨損性能、韌性和耐塑性變形性的最優組合。

通過使用合金體系Ti-Ta-Nb-W-C-N-Co實現該目的。對于預期應用領域，已經發現了一組賦予耐磨料磨損性能、韌性和耐塑性變形性的最優組合的限定條件。

附圖說明

圖1表示顯微結構的細節，圖2表示根據本發明的合金的較低放大倍率的顯微結構，其中在掃描電子顯微鏡中在反向散射模式中觀察，其中

A圖示了不溶的Ti(C，N)-核

B圖示了有時圍繞在A-核周圍的復雜的碳氮化物相和

C圖示了Co粘結劑相。

根據本發明，意想不到地發現，通過優化溶解在Co-基粘結劑中的碳氮化物形成物的量、Ta與Nb之間的比例以及硬質成分粒度，實現了對于預期應用領域的耐磨料磨損性能、韌性、耐塑性變形性和工件表面光潔度的最優組合。在粘結劑相中的溶解的碳氮化物形成物的含量可以用S值表示，樣品的飽和磁化強度除以樣品中相同量的純Co的飽和磁化強度。該S值取決于在粘結劑相中溶解的金屬的含量，其隨溶質的量的降低而升高。硬質成分的燒結粒度可用磁矯頑力表示。

必須選擇Co含量以給出對于預想應用領域的希望的性能。這最好通過7至21wt％的Co含量達到。特別地，在Co含量為8至15wt％的第一實施方式中，對于精加工應用，Co含量必須為8至10wt％，對于需要平衡耐塑性變形性和韌性的應用，Co含量為12至15wt％。在需要較高韌性的第二實施方式中，優選的Co含量是15至20wt％。

W含量必須為14至22wt％，優選16至19wt％。

Ta含量必須為5至11wt％，優選6至9wt％。

Nb含量必須為2至7wt％，優選3至5wt％。

Ti含量必須為33至50wt％，優選37至47wt％。