[發明專利]一種金屬陶瓷切削工具材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210347513.0
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102828096A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 張大勇;石增敏
• 申請（專利權）人: 天津瑞克曼德科技發展有限公司
• 主分類號: C22C29/04
• 分類號: C22C29/04;C22C30/00;C22C32/00;C22C1/05
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 孫春玲

技術領域

本發明屬于機械加工和粉末冶金領域，具體涉及一種基于粒徑優化組合方式的金屬陶瓷切削工具材料及其制備方法。

背景技術

Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具因具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性、優良的化學穩定性以及極低的摩擦系數而受到國內外的普遍關注，主要應用于鋼材和鑄鐵的高速精加工。Ti(C,N)基金屬陶瓷已顯示了其作為傳統的WC-Co硬質合金的升級替代材料的巨大潛力。其高溫硬度優于高速鋼和WC基硬質合金，韌性優于陶瓷和超硬材料刀具，在加工范圍上也剛好填補了WC基硬質合金刀具與陶瓷刀具之間的空白。

近年來我國有關部門也投入大量力量并已研制出一些牌號的Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具，其產品在切削領域可以部分取代YG8、YT15等硬質合金刀具。但國內的硬質合金和金屬陶瓷刀具的生產狀況不容樂觀，表現出來的特征是生產質量不穩定，無法與進口刀片相媲美。中國市場上正在試用的金屬陶瓷刀具的綜合性能明顯低于日本市場上常用的金屬陶瓷刀具的性能，且產品性能不穩定，特別是強韌性較差，因此金屬陶瓷刀具基本上沒有得到實際應用。目前中國刀具市場上大部分高檔刀具均依賴進口，而進口刀具的成本相當昂貴，甚至還得配套進口機床，這使工件加工的成本大大增加。

國內現有已公開專利技術皆公布了具有表面硬度≥92.0HRA，抗彎強度≥2000Mpa的金屬陶瓷切削工具材料的制備技術，但其制備技術大多過于繁復，過程控制難度較大，難于制備出穩定的高性能燒結體，實際所制備燒結體均勻性較差。且目前國內市場上也未見穩定的高性能國產的Ti（C,N）基金屬陶瓷產業化產品。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種良品率高、質量穩定、綜合性能好的金屬陶瓷切削工具材料及其制備方法。

本發明采用這樣的技術方案來實現，本發明一種金屬陶瓷切削工具材料，由以下各組分原始粉末制成：Ti(C,N)-Ni-Mo-WC-Cr₂C₃-C，各個組分的添加量按照重量百分比計為：Ni?13%~22%,Mo?10%~16%,Cr₂C₃≤1.0%,C?0.8%~1.5%,WC?5%~12%,其余為Ti(C,N)；

其中，原始粉末中各組分顆粒的粒徑采用優化組合方式配比，各組分粉末顆粒按其粒徑分布范圍不同可以分為兩級分布或三級分布；

進一步，所述三級分布為，原始粉末中各組分顆粒的粒徑分布范圍為2~3um,1~1.5um,0.4~0.8um，各組分中各級粒徑分布范圍的顆粒在該組分中的重量百分比分別為：50%~65%，25%~40%，10%~25%；

進一步，所述原始粉末中，C、N原子比為：2.5~3.2，Mo/(Mo+Ni)=0.20~0.35。

一種金屬陶瓷切削工具材料的制備方法，包含以下步驟：

步驟一，配料

將原始粉末按照各組分的重量比，以粒徑優化組合方式配制混合粉，用常規的混料方法將混合粉在球磨罐內采用濕混工藝充分混合，干燥后得混合料。

步驟二，成型

將步驟一中獲得的混合料在模具內壓制成形，壓制壓力為150~200Mpa。

步驟三，燒結

設定燒結升溫曲線，將步驟二獲得的壓坯采用先期高真空燒結，燒結溫度范圍低壓燒結的方法燒制成型，在燒結溫度以下采用高真空燒結，在燒結溫度區間內采用低壓燒結。

步驟四，冷卻

燒結完成后將材料冷卻至室溫。

其中，所述步驟三的燒結過程為：在400℃以下，真空度保持在10~10^-2Pa之間，以保證試樣中所含的水分和酒精等有機物的有效揮發；溫度高于400℃~1400℃，真空度保持在10^-210^-3Pa，便于試樣在液相出現前，氣體盡可能地揮發、排除，有利于后續燒結時材料致密度的提高；燒結溫度在1400℃~1450℃區間，采用低壓燒結方式，所充氣體為氬氣，氣壓為4~5MPa，進一步提高燒結體的致密度；

進一步，為提高燒結效率和降低燒結試樣的內應力，防止試樣彎曲開裂，所述步驟四的冷卻方式，在1450~1050℃溫度區間采用快冷-緩冷-快冷-爐冷相結合的方式；首先快冷，冷卻速度5~9℃/min，冷卻10~20min；緩冷，冷卻速度2~0.5℃/min，冷卻45~180min；再快冷，冷卻速度15~25℃/min，冷卻8~15min；1050℃以后為爐冷。