专利名称：一种高硬度刀具用复合材料及制备方法
技术领域：
本发明属于机械加工材料领域，涉及一种高硬度刀具用复合材料及制备方法。
背景技术：
CN201010553047. 2公开了一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉进行混合配料，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2. 4 2.6 97. 4 97. 6 ；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，混合料中的钴与碳化钨的质量之比为8 13 87 92，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1 0.045 0.055。通过其制备的硬质合金的 WC平均晶粒度达至Ij 4. 0 5. 2 μ m，抗弯强度达到3000 3400MPa,硬度HRA88. 0 90. 8。CN200810204422. 5涉及一种锰钢加工用硬质合金刀具材料及其制备方法和应用， 该硬质合金刀具材料含碳化钛6. 5 20% wt，碳化钽6. 5 20% wt，钴8 13% wt，余量为1 5μ碳化钨。与现有刀具材料相比，本发明具有较高的抗热疲劳和抗冲击性能，同时具有较好的抗前面磨损能力，在加工锰钢钢轨道叉时，具有较高的寿命，与CeW、CeT类合金相比，耐用度可提高50 100%。但存在的问题是钴粉做粘接剂成本高，而且耐用度不够高。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高硬度刀具用复合材料，该复合材料具有高抗弯强度。本发明的另一目的是提供一种高硬度刀具用复合材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种高硬度刀具用复合材料，该复合材料各成分的质量百分含量为碳化铁为5_8%， 碳化锆为20-30%，金刚石为15-20%，钴锆中间合金为10-15%，其中Co和^ 的摩尔比为 11 :2，Y为0. 05-0. 1%，其余为碳化钛。上述高硬度刀具用复合材料的制备方法，其制备过程如下
按如下质量百分含量配置粉料并混合，碳化铁为5-8%，碳化锆为20-30%，金刚石为 15-20%，钴锆中间合金为10-15%，Y粉为0. 05-0. 1%，其余为碳化钛粉；
碳化铁粉、碳化锆粉、金刚石粉、钴锆中间合金粉、Y粉、碳化钛粉混合后，装入球磨机中，球磨达到颗粒尺寸为50-100微米后取出；然后放入模具压实，压实力为20Mpa ；脱模后放入烧结炉中加热，升温速度为70 90°C /分钟，到达1290°C后保温20 30分钟后随炉冷却，得到高抗弯强度刀具用复合材料。本发明相比现有技术具有如下有益效果
本发明制备的高硬度刀具用复合材料，采用硬度高的碳化钛、碳化锆和金刚石粉，保证了刀具的高硬度；采用钴锆中间合金粉体做粘接材料，并考虑用稀土进行改性，来改善材料的韧性和抗弯强度。
本发明还采用成本低、硬度较高的碳化铁，以及不采用价格高的金属钴来降低刀具的材料成本。钴锆中间合金粉在1270°c分解出Zr6Co23和Colr合金液体，Zr6Co23沉积在碳化铁粉、碳化锆粉、金刚石粉、碳化钛粉上，起改善Co-^ 合金液体和粉体结合界面的作用；合金液体包围碳化铁粉、碳化锆粉、Y粉、金刚石粉、碳化钛粉，起连接化合物颗粒作用，Y熔入合金液体，可起强化粘结剂合金的作用。本发明的合金性能见表1。本发明制备中，不使用纯钴金属，所用原料成本低，材料成本大大降低。该复合材料制备工艺简便，生产周期短。而且生产成本低，非常便于工业化生产。由于硬质材料和粘接剂合金的良好配合，本发明的刀具材料具有较高的抗弯强度和硬度，具备耐磨又耐冲击且质量稳定的特点。
图1为本发明实施例一高硬度刀具用复合材料组织。由图1可以看出复合材料的组织致密，物相分布均勻。
具体实施例方式实施例一
复合材料的成分(质量比％)按如下配料碳化铁为5%，碳化锆为20%，金刚石为 15%，钴锆中间合金为10%，Co和^ 的摩尔比为11 :2，Y为0. 05%，其余为碳化钛。按上述配比取碳化铁粉、碳化锆粉、金刚石粉、钴锆中间合金粉(Zr2Coll)、Y粉、 碳化钛粉混合后，装入球磨机中，球磨达到颗粒尺寸为50-100微米后取出；然后放入模具压实，压实力为20Mpa ；脱模后放入烧结炉中加热，升温速度为80°C /分钟，到达1290°C后保温30分钟后随炉冷却，得到高抗弯强度刀具用复合材料。实施例二
复合材料的成分(质量比％)按如下配料碳化铁为8%，碳化锆为30%，金刚石为 20%，钴锆中间合金为15%，Co和^ 的摩尔比为11 :2，Y为0. 1%，其余为碳化钛。按上述配比取碳化铁粉、碳化锆粉、金刚石粉、钴锆中间合金粉(Zr2Coll)、Y粉、 碳化钛粉混合后，装入球磨机中，球磨达到颗粒尺寸为50-100微米后取出；然后放入模具压实，压实力为20Mpa ；脱模后放入烧结炉中加热，升温速度为90°C /分钟，到达1290°C后保温20分钟后随炉冷却，得到高抗弯强度刀具用复合材料。实施例三
复合材料的成分(质量比％)按如下配料碳化铁为7%，碳化锆为25%，金刚石为 18%，钴锆中间合金为13. 5%, Co和Zr的摩尔比为11 :2，Y为0. 08%，其余为碳化钛。按上述配比取碳化铁粉、碳化锆粉、金刚石粉、钴锆中间合金粉(Zr2Coll)、Y粉、 碳化钛粉混合后，装入球磨机中，球磨达到颗粒尺寸为50-100微米后取出；然后放入模具压实，压实力为20Mpa ；脱模后放入烧结炉中加热，升温速度为75°C /分钟，到达1290°C后保温25分钟后随炉冷却，得到高抗弯强度刀具用复合材料。实施例四(成份配比不在本案设计范围内实例)
复合材料的成分(质量比％ )按如下配料碳化铁为5-8%，碳化锆为15%，金刚石为 11%,钴锆中间合金为8%，Co和&的摩尔比为11 :2，Y为0. 03%，其余为碳化钛。
按上述配比取碳化铁粉、碳化锆粉、金刚石粉、钴锆中间合金粉(Zr2Coll)、Y粉、 碳化钛粉混合后，装入球磨机中，球磨达到颗粒尺寸为50-100微米后取出；然后放入模具压实，压实力为20Mpa ；脱模后放入烧结炉中加热，升温速度为90°C /分钟，到达1290°C后保温30分钟后随炉冷却，得到高抗弯强度刀具用复合材料。实施例五(成份配比不在本案设计范围内实例)
复合材料的成分(质量比％)按如下配料碳化铁为10%，碳化锆为35%，金刚石为 21%，钴锆中间合金为18%，Co和^ 的摩尔比为11 :2，Y为0.2%，其余为碳化钛。按上述配比取碳化铁粉、碳化锆粉、金刚石粉、钴锆中间合金粉(Zr2Coll)、Y粉、 碳化钛粉混合后，装入球磨机中，球磨达到颗粒尺寸为50-100微米后取出；然后放入模具压实，压实力为20Mpa ；脱模后放入烧结炉中加热，升温速度为70/分钟，到达1290°C后保温 30分钟后随炉冷却，得到高抗弯强度刀具用复合材料。结合下表中各产品的性能参数 表1各产品的性能参数
权利要求
1.一种高硬度刀具用复合材料，其特征在于该复合材料各成分的质量百分含量为 碳化铁为5-8%，碳化锆为20-30%，金刚石为15-20%，钴锆中间合金为10-15 %，其中Co 和Zr的摩尔比为11 :2，Y为0. 05-0. 1%，其余为碳化钛。
2.一种高硬度刀具用复合材料的制备方法，其特征为制备过程如下按如下质量百分含量配置粉料并混合，碳化铁为5-8%，碳化锆为20-30%，金刚石为 15-20%，钴锆中间合金为10-15%，Y粉为0. 05-0. 1%，其余为碳化钛粉；碳化铁粉、碳化锆粉、金刚石粉、钴锆中间合金粉、Y粉、碳化钛粉混合后，装入球磨机中，球磨达到颗粒尺寸为50-100微米后取出；然后放入模具压实，压实力为20Mpa ；脱模后放入烧结炉中加热，升温速度为70 90°C /分钟，到达1290°C后保温20 30分钟后随炉冷却，得到高抗弯强度刀具用复合材料。
全文摘要
本发明提供一种高硬度刀具用复合材料及其制备方法，该复合材料具有高抗弯强度。其制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该高硬度刀具用复合材料，各成分的质量百分含为碳化铁为5-8％，碳化锆为20-30％，金刚石为15-20％，钴锆中间合金为10-15％，Co和Zr的摩尔比为112，Y为0.05-0.1％，其余为碳化钛。
文档编号C22C29/10GK102321837SQ20111032385
公开日2012年1月18日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者丘奕婷, 张咏, 张海斌, 王倩, 王玲, 范乐, 赵浩峰, 陈文兵 申请人:南京信息工程大学