專利名稱：高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及切削刀具材料，具體涉及一種金屬陶瓷。
背景技術(shù)：
做為切削刀具材料的金屬陶瓷是上世紀(jì)五十年代問世的，與硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷成份以TiC做為硬質(zhì)相、以Ni和Mo做為粘結(jié)相，優(yōu)點(diǎn)是紅硬性好，同時(shí)還可以節(jié)約大量戰(zhàn)略物資“鎢”。但由于其韌性差、易打刀，只能在精加工時(shí)使用。經(jīng)過近六十年的發(fā)展， 金屬陶瓷做為切削刀具材料也得到了長(zhǎng)足發(fā)展?，F(xiàn)代技術(shù)中金屬陶瓷的化學(xué)成份中雖然硬質(zhì)相主要還是TiC，同時(shí)也適量加入了 TiN、TaC (或NbC)、WC，粘結(jié)相也不只是Ni和Mo，同時(shí)還加入了 Co，構(gòu)成TiC-TiN-Ta (Nb) C-WC-Mo-Ni-Co合金。由于WC的加入，其密度從初期的6g/cm3左右提高到7g/cm3，甚至達(dá)到7. 5g/cm3，其抗彎強(qiáng)度也從初期的100kg/mm2提升到180kg/mm2以上，但是其抗沖擊性能仍然不如硬質(zhì)合金。目前金屬陶瓷的主要用途仍然是做為“P”類(ISO標(biāo)準(zhǔn)切削鋼類刀具材料)或“K”類(ISO標(biāo)準(zhǔn)切削鑄鐵類刀具材料)的精加工和半精加工，雖然現(xiàn)在某些高韌性金屬陶瓷商業(yè)牌號(hào)產(chǎn)品能進(jìn)行P類小斷面粗銑加工，但其切削速度只能在200M/min以下，不能滿足不銹鋼(適用于ISO標(biāo)準(zhǔn)中“Μ”類切削刀具材料)的高速銑削的需要。不銹鋼是切削加工中最難加工的材料之一，在切削加工中存在切削力大、易打刀、 易粘刀、加工硬化嚴(yán)重等問題，目前切削不銹鋼只能選用最優(yōu)良的M類非涂層硬質(zhì)合金或價(jià)格昂貴的M類涂層硬質(zhì)合金刀片，但是在小斷面粗銑時(shí)當(dāng)切削速度超過300M/min時(shí)刀具壽命也不理想。當(dāng)前在裝備制造業(yè)中，不銹鋼構(gòu)件越來越多，提高其切削加工效率是當(dāng)務(wù)之
芻
/CJ、ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中不銹鋼切削加工效率低、加工成本高的問題，提供一種高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷，由下列成份TiC、TiN、I~aC、WC、M0、C0+Ni、Al加工而成， 各成份的重量百分比為:TiC 19 21wt%、TiN :12 16wt%、TaC 8 10wt%、WC :30 35wt%、Mo 3 5wt%、Co+Ni :18 21wt%、Al :0. 8 L 2wt%。本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明產(chǎn)品可以在切削速度大于300M/min的條件下小斷面粗銑不銹鋼，使不銹鋼的切削效率成倍增長(zhǎng)，并使加工成本大幅度降低。與現(xiàn)有技術(shù)中的金屬陶瓷相比具有如下特點(diǎn)第一、鈦化合物(TiC+TiN)總量< 38wt%，是最低的、WC總量> 30wt%,是最高的，粘結(jié)相Ni+Al+Co總量為19 22wt%，也是最高的，所以本發(fā)明產(chǎn)品不僅有很高的抗彎強(qiáng)度，同時(shí)具有很高的抗沖擊性能；第二、本發(fā)明產(chǎn)品是亞微細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，不僅具有較高的硬度，同時(shí)紅硬性也非常好；第三、本發(fā)明產(chǎn)品有極好的抗粘結(jié)性能，做為切削刀具材料不僅適用于IS0513-2004標(biāo)準(zhǔn)中的“P”類(切削鋼用)，同時(shí)更適用于“M”類；第四、本發(fā)明產(chǎn)品在小斷面粗銑不銹鋼時(shí)切削速度在超過300M/min時(shí)具有良好的壽命，使不銹鋼的粗銑效率成倍提高，而現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品只有在精銑時(shí)切削速度較高，而在粗銑時(shí)切削速度不能超過2 OOM/min。理論分析如下
一、現(xiàn)有技術(shù)中鈦化合物(TiC+TiN)含量高，主要是發(fā)揮其紅硬性好的優(yōu)勢(shì)，但是其抗塑性變形能力和抗沖擊性能差，所以只在高速精加工中有優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明產(chǎn)品采用低鈦化合物含量和高W C含量不僅可以提高產(chǎn)品的抗塑性變形能力，同時(shí)也可以提高抗沖擊性能， 以滿足于沖擊力很大的粗銑的需要；
二、較高量的TaC的加入一可以改善鈦化合物的濕潤(rùn)性，提高和粘結(jié)相的粘結(jié)強(qiáng)度，二可以提高產(chǎn)品的紅硬性和抗沖擊疲勞性能；
三、Mo的適量加入可以在產(chǎn)品燒結(jié)過程中與Ti、Ta、W、C、N等形成復(fù)雜的碳氮化物固熔體，改善硬質(zhì)相的濕潤(rùn)性，并提高產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度、抗沖擊性能、紅硬性和耐磨性；
四、較高量的WC加入一可以提高產(chǎn)品抗塑性變形能力，二可以提高產(chǎn)品的抗沖擊性
能；
五、很高量的粘結(jié)相加入，主要是提高產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度和抗沖擊性能。同時(shí)粘結(jié)相中除 Ni+Co外還加入了適量的Al，產(chǎn)品在燒結(jié)過程中可以形成Ni3Al，使粘結(jié)相得到強(qiáng)化，從而提高產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度和抗沖擊性能；
六、雖然產(chǎn)品的成份中采用了低鈦化合物、高WC和高粘結(jié)相成份，但由于產(chǎn)品是亞微細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，所以產(chǎn)品也具有較高的硬度和紅硬性，同時(shí)抗粘結(jié)性能極好。本發(fā)明產(chǎn)品是含有TiC-TiN-I1aC-WC-M0-Ni-Al-C0多元組份的金屬陶瓷。由于其 TiC+TiN總含量低于38wt%、WC的含量大于30wt%，其密度大于8g/cm3，所以屬于高密度金屬陶瓷；又由于本發(fā)明產(chǎn)品在生產(chǎn)中采用細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒原材料和更合理的生產(chǎn)工藝， 所以本發(fā)明產(chǎn)品屬于亞微細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)金屬陶瓷，總稱為高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷各成份的重量百分比為=TiC 19 21wt%、TiN :12 16wt%、TaC 8 10wt%、WC :30 35wt%、Mo 3 5wt%、 Co+Ni 18 21wt%、Al :0. 8 1. 2wt%。加工方法如下原材料采用粒度5 μ的WC-TiC-TaC復(fù)式固熔體粉末；粒度0. 5 μ 的TiCN粉末；粒度彡3 μ的TaC粉末；粒度1. 3 μ的WC粉末；粒度彡2μ的Mo粉；粒度 1 2 μ的Ni粉；粒度1 2 μ的Co粉；粒度< 1 μ的AlN粉末。將上述原材料按要求重量比例配料裝入球磨機(jī)中，加入適量酒精混勻磨細(xì)，漿液過濾后，干燥、回收酒精，然后過篩獲得合金粉末，再將合金粉末摻膠后壓制成檢測(cè)抗彎強(qiáng)度的試棒和切削試驗(yàn)用的刀片，最后將壓制品經(jīng)脫膠后裝入真空燒結(jié)爐中，在1490°C 1500°C條件下燒結(jié)60分鐘便獲得本發(fā)明產(chǎn)品。將產(chǎn)品按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)密度、抗彎強(qiáng)度、洛氏硬度和金相顯微組織。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式的高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷各成份的重量百分比為=TiC :20. 6wt%、TiN :14. 5wt%、TaC :9wt%、WC :31wt%、Mo :4wt%、Co :llwt%、Ni :9wt%、Al 0. 9wt%，原料規(guī)格和加工方法與具體實(shí)施方式
一相同，產(chǎn)品代號(hào)為T40。T40成份產(chǎn)品經(jīng)壓制成檢測(cè)試棒和SEEW203AFTN型號(hào)刀片產(chǎn)品。產(chǎn)品經(jīng)檢測(cè)密度為8. lg/cm3、硬度為91. 4HRA、抗彎強(qiáng)度為17Ag/mm2 ；金相顯微組織孔隙度為A02、非化合碳為C02、固熔體晶粒度為0.8μ。試驗(yàn)刀片經(jīng)刃磨和鈍化處理后安裝在主偏角為45°的 Φ 125mm端銑刀盤上，用)(503 型立式銑床進(jìn)行平面銑削試驗(yàn)。被加工零件是由難于加工的0Crl8M9牌號(hào)不銹鋼(相當(dāng)于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的304牌號(hào)不銹鋼)板焊接成的工字鋼。在粗銑工字鋼頂面時(shí)，切削深度0. 9mm,機(jī)床轉(zhuǎn)速N=950轉(zhuǎn)/分，切削速度V=372. 88M/分，工作臺(tái)進(jìn)給量F=750mm/分，刀片每齒進(jìn)給量fz=0. 132mm/齒。試驗(yàn)結(jié)果是T40產(chǎn)品比市場(chǎng)上最優(yōu)良專門切削不銹鋼的M30類產(chǎn)品壽命長(zhǎng)12%，在高速銑削不銹鋼的條件下，T40產(chǎn)品已趕上了目前價(jià)格昂貴的AlCrN涂層產(chǎn)品的使用壽命。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式的高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷各成份的重量百分比為:TiC :19wt%、TiN :15wt%、TaC :9. 9wt%、WC :32. 5wt%、Mo :3. 8wt%、Co :10. 5wt%、Ni 8. 5wt%、Al :0. 8wt%，原料規(guī)格和加工方法與具體實(shí)施方式
一相同，產(chǎn)品代號(hào)為T35。T35成份產(chǎn)品壓制成檢測(cè)試棒和SEENl203AFTN試驗(yàn)刀片，產(chǎn)品經(jīng)檢測(cè)密度為 8. 2g/cm3、硬度為92HRA、抗彎強(qiáng)度為180kg/mm2 ；金相顯微組織孔隙度為A00、非化合碳為C02、固熔體晶粒度為0.6μ。試驗(yàn)刀片經(jīng)刃磨和鈍化處理后安裝在主偏角為45°的 Φ 125mm端銑刀盤上，在)(503 型立式銑床上進(jìn)行銑削試驗(yàn)。被加工零件仍是由難于加工的0Crl8Ni9不銹鋼板焊接成的工字鋼。在粗銑工字鋼兩側(cè)面時(shí)，切削深度0. 85mm，機(jī)床轉(zhuǎn)速N=950轉(zhuǎn)/分，切削速度V=372. 88M/分，工作臺(tái)進(jìn)給速度F=900mm/分，刀片每齒進(jìn)給量 fz=0. 158mm/齒。高速粗銑試驗(yàn)的結(jié)果是T35產(chǎn)品的使用壽命比現(xiàn)有技術(shù)中專門用于切削不銹鋼的M30類硬質(zhì)合金的壽命長(zhǎng)20%，T35的使用壽命已超過了現(xiàn)有技術(shù)中AlCrN涂層硬質(zhì)合金的使用壽命。高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷刀片可以高速、高效粗銑不銹鋼，使加工不銹鋼零件成本大幅度降低。
權(quán)利要求
1.高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷，其特征在于它由下列成份TiC、TiN,TaC, WC, Mo, Co+Ni、Al加工而成，各成份的重量百分比為:TiC 19 21wt%、TiN :12 16wt%、TaC 8 10wt%、WC 30 35wt%、Mo 3 5wt%、Co+Ni :18 21wt%、Al :0. 8 L 2wt%。
2.如權(quán)利要求1所述的高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷，其特征在于所述各成份的重量百分比為:TiC :20. 6wt%, TiN :14. 5wt%、TaC :9wt%、WC :31wt%、Mo :4wt%、Co :llwt%、Ni :9wt%、 Al :0. 9wt%。
3.如權(quán)利要求1所述的高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷，其特征在于所述各成份的重量百分比為:TiC :19wt%、TiN :15wt%、TaC :9. 9wt%、WC :32. 5wt%、Mo :3. 8wt%、Co :10. 5wt%、Ni 8. 5wt%、Al :0. 8wt%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高密度亞微細(xì)晶粒金屬陶瓷，它由下列成份TiC、TiN、TaC、WC、Mo、Co+Ni、Al加工而成，各成份的重量百分比為TiC19～21wt%、TiN12～16wt%、TaC8～10wt%、WC30～35wt%、Mo3～5wt%、Co+Ni18～21wt%、Al0.8～1.2wt%。本發(fā)明產(chǎn)品可以在切削速度大于300M/min的條件下小斷面粗銑不銹鋼，使不銹鋼的切削效率成倍增長(zhǎng)，并使加工成本大幅度降低。與現(xiàn)有技術(shù)中的金屬陶瓷相比具有很高的抗彎強(qiáng)度和抗沖擊性能，具有較高的硬度，同時(shí)紅硬性也非常好，具有極好的抗粘結(jié)性能，在小斷面粗銑不銹鋼時(shí)切削速度在超過300M/min時(shí)刀具有良好的壽命，使不銹鋼的粗銑效率成倍提高。
文檔編號(hào)C22C29/02GK102505092SQ20111045528
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者史洪林, 李福春, 邱濤 申請(qǐng)人:牡丹江工具有限責(zé)任公司