[發(fā)明專利]高性能鋁合金切削加工刃具用材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211057031.1
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115491578B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣百鈴;顏國君;楊超;劉保建;胡志濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C37/08;C22C33/10;C21D1/18;C21D1/74;C21D1/773;C21D9/22;C21D5/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

本發(fā)明公開了一種高性能鋁合金切削加工刃具用材料，按照質(zhì)量百分比，其成分如下：3.4?3.7％C，2.5?3.0％Si，6?10％Ni，3?5％Mn，1.5?3.5％Cr，1.0?2.5％Mo，0.5?1.0％V，≦0.04％S，≦0.1％P，0.03?0.05％Mg，0.03?0.05Re，其余為Fe。本發(fā)明還公開了一種高性能鋁合金切削加工刃具用材料的制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁合金切削刃具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能鋁合金切削加工刃具用材料，還涉及一種高性能鋁合金切削加工刃具用材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金屬于一種強度和硬度都低(遠低于鋼的強度與硬度，其硬度HV一般在HV100左右)、韌性好的工程材料。按照工程材料切削加工的一般規(guī)律：刃具硬度為被加工材料硬度的4倍以上，可對工件進行有效的切削。因此，鋁合金加工用的刃具硬度在HV400以上即可以對鋁合金進行有效加工。鋼鐵材料切削加工用的鋼制刃具硬度一般都在HRC60以上(對應(yīng)的HV值大于700)，因此，從刃具的硬度要求角度考慮，用鋼鐵材料切削加工常用的鋼制刃具加工鋁合金材料時，其硬度值是滿足要求的。但是鋼鐵材料切削加工常用的刃具鋼，即使是對鋼鐵材料具有優(yōu)異切削性能的高速鋼刃具，用于鋁合金材料切削加工時，加工出來的鋁合金表面質(zhì)量不高、且刃具的使用壽命并不長(低于切削加工鋼鐵材料時的使用壽命)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因不是鋼制刃具的硬度和耐磨性不夠高，而是因為鋼制刃具“粘鋁”。在實際生產(chǎn)中，為對鋁合金進行有效的切削加工，鋁合金材料的切削刃具一般為：硬質(zhì)合金刃具或金剛石刃具。硬質(zhì)合金刃具可以對鋁合金進行長壽命的切削加工，但是加工出來的工件表面質(zhì)量還是不高，且刃具本身價格昂貴，使用成本高。金剛石刃具在加工鋁合金工件時，不“粘鋁”，因而加工出來的鋁合金工件表面質(zhì)量高，且刃具的使用壽命也長，但是刃具的使用成本比硬質(zhì)合金刃具還貴。因此，開發(fā)新的鋁合金切削刃具材料，制備出能有效對鋁合金進行切削加工的刃具，加工出高表面質(zhì)量的鋁合金工件，對鋁合金的切削加工具有重要意義。

受石墨與鋁熔體之間不潤濕、不沾粘的現(xiàn)象啟示，若是在鋁合金切削加工用的鋼制刃具材料中鑲嵌含量適當、且分布均勻的細小石墨，則有可能解決鋼制刃具加工鋁合金過程中產(chǎn)生的粘鋁、以及因粘鋁而導(dǎo)致的工件表面質(zhì)量不高的問題。

應(yīng)用粉末冶金技術(shù)，可以把石墨鑲嵌在鋼制刃具的金屬基體中。但是粉末冶金刃具中難以解決石墨形態(tài)、大小與分布均勻性的問題(石墨越細小，形態(tài)越易成球形，但是石墨球的團聚越厲害，因此，石墨球在刃具中分布的均勻性越差)，故至今也未見用粉末冶金的鋼-石墨系材料制備鋁合金刃具的報道。

傳統(tǒng)的灰口鑄鐵(包括普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等)可實現(xiàn)石墨在金屬基體中的均勻分布。但是其中的粗大石墨對金屬基體的切割和縮減作用，使得傳統(tǒng)的灰口鑄鐵(含球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵)為脆性材料，其塑韌性和耐沖擊性能都低；同時，因為在鋼鐵材料中能提高其高溫紅硬性和耐磨性的碳化物形成元素均是白口化元素，因此在鑄鐵材料中大量添加改善其耐磨性和紅硬性的元素必然導(dǎo)致其組織白口化，使得鑄鐵組織中“不粘鋁”的石墨相缺乏，因此，傳統(tǒng)的灰口鑄鐵不能用于制造鋁合金切削加工的刃具。

如何實現(xiàn)鋼(鐵)-石墨系材料具有高的紅硬性與耐磨性、優(yōu)良的抗剪切性能和良好的韌性，同時使其尺寸均一、細小的石墨球均勻分布材料中，是獲得具有優(yōu)良切削性能的鋁合金切削加工刃具的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個目的是提供一種高性能鋁合金切削加工刃具用材料，解決現(xiàn)有的鋁合金切削加工過程中，存在“非昂貴的刃具不能加工出高表面質(zhì)量的鋁合金工件”而導(dǎo)致的鋁合金加工刃具成本高的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高性能鋁合金切削加工刃具用材料，按照質(zhì)量百分比，其成分如下：3.4-3.7％C，2.5-3.0％Si，6-10％Ni，3-5％Mn，1.5-3.5％Cr，1.0-2.5％Mo，0.5-1.0％V，≦0.04％S，≦0.1％P，0.03-0.05％Mg，0.03-0.05Re，其余為Fe。