專利名稱：一種陶瓷刀具材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷材料，適用于制成金屬切削刀具。
《山東工學(xué)院學(xué)報》(1982年第4期P1-16)發(fā)表了一篇氧化鋁-碳化物系組合陶瓷刀具材料。資料中介紹了一種陶瓷刀具材料，氧化鋁-碳化鎢、碳化鈦飽和固溶體系。認(rèn)為其微觀組織是骨架組織，它是由作為耐磨相的氧化鋁形成一個連續(xù)的骨架而作為硬質(zhì)相的碳化鎢、碳化鈦飽和固溶體形成另一個連續(xù)骨架，兩個骨架相互均勻地穿插，從而結(jié)合成為一個整體陶瓷，此種材料切削多種淬硬鋼性能優(yōu)異。但因微觀組織中，兩骨架組織主要為靜電結(jié)合，表現(xiàn)在性能上強(qiáng)度。韌性值偏低，三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為≥80kg/mm2。斷裂韌性為5.6MPa·m
(壓痕法)，因此刀具使用壽命偏低。
本發(fā)明的任務(wù)就是維持氧化鋁作為耐磨相，通過加入合適的金屬成分，從而加強(qiáng)碳化物骨架及兩骨架的結(jié)合，在保證硬度滿足使用要求的前提下，提高其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性，增加刀具的抗沖擊性，從而提高刀具的使用壽命。本發(fā)明在陶瓷刀具材料組成配方中加入了適當(dāng)配比的鈷或鎳，鉬或鎢，鋁，鈦金屬成分而實現(xiàn)其目的。
本發(fā)明的配方組成為氧化鋁為市售的α晶型Al2O3或鋁酸鹽如硫酸鋁、氫氧化鋁、醋酸鋁等熱分解所獲得的α-Al2O3，其純度＞99%，粒度＜50μm，所占組成體積比的35-65%。
碳化物為市售的碳化鎢、碳化鈦飽和固溶體。使用固溶體比單獨(dú)使用碳化鎢和碳化鈦粉的優(yōu)點(diǎn)在于碳化物形成固溶體會使硬度增加。且能使部分碳化物自動消除石墨、氧化物和氮化物。其化學(xué)成份為Ti22-25%，C總9.3-9.7%、C游＜0.3%Fe＜0.3%，其余為W。粒度為2-4μm，所占組成體積比的30-60%。
金屬可加入鈷或鎳(即加入鈷就可不加鎳，或是加入鎳就不加鈷)、鉬或鎢、鋁、鈦金屬成分中的三種或三種以上的金屬，其純度＞99%。粒度250目，所占組成體積比的2-8%，各金屬在金屬成分中所占的重量比為鈷或鎳30-80%，鉬或鎢10-50%，鋁0-20%，鈦0-20%。
晶粒生長抑制劑用于防止陶瓷材料燒結(jié)時晶粒長大，抑制劑為氧化鎂、氧化鈷、氧化鎳、氧化鈦中的一種或兩種，為外加入量。添加量為所加氧化鋁、碳化物、金屬三種組成物總重量的0.4-1.5%。
本發(fā)明陶瓷材料采用如下工藝制做將各組成物料按配方混合，裝入不銹鋼制球磨罐中，采用鋼球或硬質(zhì)合金球，用丙酮或無水乙醇作球磨介質(zhì)，球磨時采用較大的球料比5-10∶1，球磨時間為130-170小時球磨后的粉料在真空干燥箱中烘干，干燥完畢后在氮?dú)饬髦羞^篩，然后密封待用。
粉碎干燥后的粉末可直接放入石墨模中在熱壓爐中熱壓燒結(jié)或先在鋼模中冷壓成型后再裝入石墨模中熱壓燒結(jié)，熱壓溫度為1650-1800℃，熱壓壓力為200-400kg/cm2，用氫氣或氬氣做保護(hù)氣，熱壓保溫時間為3-20分鐘，可直接壓出所需形狀，也可將熱壓后的材料用金鋼石鋸片或線切割加工成所需形狀。
實施例1，取氧化鋁微粉53%，碳化鎢、碳化鈦飽和固溶體44%，金屬3%(均為體積比)，金屬組成重量比為鈷粉66%鉬粉10%、鋁粉14%鈦粉10%，按總重量1000g配料，外加氧化鎂5g，氧化鎳4.5g，采用硬質(zhì)合金球，用無水乙醇作球磨介質(zhì)，裝入不銹鋼球磨罐內(nèi)，球磨160-170小時，然后干燥過篩，稱一定量的粉末裝入石墨模內(nèi)熱壓燒結(jié)，熱壓溫度1750℃，熱壓壓力280kg/cm2保溫6分鐘，測得燒結(jié)體密度6.63g/cm3、硬度HRA94、三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度140kg/mm2、斷裂韌性6.5MPa·m (壓痕法)。
實施例2取氧化鋁微粉50%，碳化鎢、碳化鈦飽和固溶體45%，金屬5%(均為體積比)。金屬組成為鎳粉75%，鉬粉15%，鈦粉10%(均為重量比)按總重量1000g配料，外加氧化鎂8.5g，使用同實施例1制備工藝，熱壓溫度1800℃，熱壓壓力280kg/cm2，保溫時間8分鐘，測得燒結(jié)體密度為6.7g/cm3，硬度HRA93.5，三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度153kg/mm2，斷裂韌性6.2MPa·m (壓痕法)。
做實施例1和實施例2兩種材料的微觀分析知其微觀結(jié)構(gòu)為骨架組織，氧化鋁形成一個連續(xù)骨架。碳化鎢、碳化鈦-金屬形成另一個連續(xù)骨架，兩骨架相互均勻地穿插，通過x射線衍射沒有發(fā)現(xiàn)新相形成，因此判定金屬的加入起到加固碳化物骨架作用，兩骨架的結(jié)合除靜電結(jié)合外，金屬粘接也起到重要作用，表現(xiàn)在性能上強(qiáng)度和韌性都較高。
用實施例1和實施例2制成陶瓷刀具與市售的氧化鋁-碳化鎢、碳化鈦系組合陶瓷刀具及氧化鋁-碳化鈦-金屬系復(fù)合陶瓷刀具進(jìn)行了切削對比實驗。作端銑ZGMn13(HB190-220)實驗，切削速度177m/min，切削深度2.5mm進(jìn)給量0.08mm/齒。本發(fā)明實施例1和實施例2兩種刀具材料銑削壽命為市售氧化鋁-碳化鎢、碳化鈦系組合陶瓷刀具的2-2.5倍。為市售氧化鋁-碳化鈦-金屬系復(fù)合陶瓷刀具的1.5-2倍。作車削GCr15(淬火HRC55-62)實驗切削速度140m/min，走刀量0.084mm/轉(zhuǎn)，切削深度0.5mm。本發(fā)明實施例1、例2兩種刀具材料。切削走刀9分鐘，其后刀面磨損VB為0.31mm，市售氧化鋁-碳化鈦-金屬系陶瓷刀具切削走刀時間為5.8分鐘。VB為0.32mm。
本發(fā)明制得的陶瓷刀具材料可加工多種淬硬鋼、耐磨鑄鐵和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。本發(fā)明陶瓷刀具材料，還可用來制做非金屬切削刀具、模具、噴嘴、拔絲模等多種耐腐蝕、耐磨機(jī)械零件。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷刀具材料，由氧化鋁，碳化鎢、碳化鈦飽和固溶體，晶粒生長抑制劑組成，其特征是加入了鈷或鎳、鉬或鎢、鋁鈦金屬成分中的三種或三種以上的金屬，其組成配比為氧化鋁占組成體積比的35-65%，碳化鎢、碳化鈦飽和固溶體占組成體積比的30-60%，金屬成分占組成體積比的2-8%，晶粒生長抑制劑所加入的為氧化鋁、碳化鎢—碳化鈦飽和固溶體和金屬總重量的0.4-1.5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷刀具材料，其特征是所加的各金屬在金屬成分中所占的重量比為鈷或鎳30-80%，鉬或鎢10-50%，鋁0-20%，鈦0-20%。
全文摘要
本發(fā)明屬于陶瓷材料，適用于制做金屬切削刀具，該材料選用氧化鋁作為耐磨相，碳化鎢、碳化鈦飽和固溶體作為硬質(zhì)相，優(yōu)選合適的金屬組份鈷(或鎳)、鉬(或鎢)、鋁和鈦等，以加強(qiáng)材料組織的接合，并添加晶粒生長抑制劑，以阻止晶粒長大，該材料制成的刀具，可加工多種淬硬鋼，高強(qiáng)度鋼等難加工材料，具有較高的壽命。本發(fā)明陶瓷材料還可制做非金屬切削刀具、模具、噴嘴、拔絲模等多種耐腐蝕、耐磨機(jī)械零件。
文檔編號C04B35/65GK1059328SQ9110645
公開日1992年3月11日 申請日期1991年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月17日
發(fā)明者何忠, 潘敏文, 楊熙珍 申請人:山東工業(yè)大學(xué)