专利名称：高密度亚微细晶粒金属陶瓷的制作方法
技术领域：
本发明涉及切削刀具材料，具体涉及一种金属陶瓷。
背景技术：
做为切削刀具材料的金属陶瓷是上世纪五十年代问世的，与硬质合金相比，金属陶瓷成份以TiC做为硬质相、以Ni和Mo做为粘结相，优点是红硬性好，同时还可以节约大量战略物资“钨”。但由于其韧性差、易打刀，只能在精加工时使用。经过近六十年的发展， 金属陶瓷做为切削刀具材料也得到了长足发展。现代技术中金属陶瓷的化学成份中虽然硬质相主要还是TiC，同时也适量加入了 TiN、TaC (或NbC)、WC，粘结相也不只是Ni和Mo，同时还加入了 Co，构成TiC-TiN-Ta (Nb) C-WC-Mo-Ni-Co合金。由于WC的加入，其密度从初期的6g/cm3左右提高到7g/cm3，甚至达到7. 5g/cm3，其抗弯强度也从初期的100kg/mm2提升到180kg/mm2以上，但是其抗冲击性能仍然不如硬质合金。目前金属陶瓷的主要用途仍然是做为“P”类(ISO标准切削钢类刀具材料)或“K”类(ISO标准切削铸铁类刀具材料)的精加工和半精加工，虽然现在某些高韧性金属陶瓷商业牌号产品能进行P类小断面粗铣加工，但其切削速度只能在200M/min以下，不能满足不锈钢(适用于ISO标准中“Μ”类切削刀具材料)的高速铣削的需要。不锈钢是切削加工中最难加工的材料之一，在切削加工中存在切削力大、易打刀、 易粘刀、加工硬化严重等问题，目前切削不锈钢只能选用最优良的M类非涂层硬质合金或价格昂贵的M类涂层硬质合金刀片，但是在小断面粗铣时当切削速度超过300M/min时刀具寿命也不理想。当前在装备制造业中，不锈钢构件越来越多，提高其切削加工效率是当务之
刍
/CJ、ο
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中不锈钢切削加工效率低、加工成本高的问题，提供一种高密度亚微细晶粒金属陶瓷。本发明的技术解决方案是
高密度亚微细晶粒金属陶瓷，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为:TiC 19 21wt%、TiN :12 16wt%、TaC 8 10wt%、WC :30 35wt%、Mo 3 5wt%、Co+Ni :18 21wt%、Al :0. 8 L 2wt%。本发明的技术效果是本发明产品可以在切削速度大于300M/min的条件下小断面粗铣不锈钢，使不锈钢的切削效率成倍增长，并使加工成本大幅度降低。与现有技术中的金属陶瓷相比具有如下特点第一、钛化合物(TiC+TiN)总量< 38wt%，是最低的、WC总量> 30wt%,是最高的，粘结相Ni+Al+Co总量为19 22wt%，也是最高的，所以本发明产品不仅有很高的抗弯强度，同时具有很高的抗冲击性能；第二、本发明产品是亚微细晶粒结构，不仅具有较高的硬度，同时红硬性也非常好；第三、本发明产品有极好的抗粘结性能，做为切削刀具材料不仅适用于IS0513-2004标准中的“P”类(切削钢用)，同时更适用于“M”类；第四、本发明产品在小断面粗铣不锈钢时切削速度在超过300M/min时具有良好的寿命，使不锈钢的粗铣效率成倍提高，而现有技术产品只有在精铣时切削速度较高，而在粗铣时切削速度不能超过2 OOM/min。理论分析如下
一、现有技术中钛化合物(TiC+TiN)含量高，主要是发挥其红硬性好的优势，但是其抗塑性变形能力和抗冲击性能差，所以只在高速精加工中有优势，本发明产品采用低钛化合物含量和高W C含量不仅可以提高产品的抗塑性变形能力，同时也可以提高抗冲击性能， 以满足于冲击力很大的粗铣的需要；
二、较高量的TaC的加入一可以改善钛化合物的湿润性，提高和粘结相的粘结强度，二可以提高产品的红硬性和抗冲击疲劳性能；
三、Mo的适量加入可以在产品烧结过程中与Ti、Ta、W、C、N等形成复杂的碳氮化物固熔体，改善硬质相的湿润性，并提高产品的抗弯强度、抗冲击性能、红硬性和耐磨性；
四、较高量的WC加入一可以提高产品抗塑性变形能力，二可以提高产品的抗冲击性
能；
五、很高量的粘结相加入，主要是提高产品的抗弯强度和抗冲击性能。同时粘结相中除 Ni+Co外还加入了适量的Al，产品在烧结过程中可以形成Ni3Al，使粘结相得到强化，从而提高产品的抗弯强度和抗冲击性能；
六、虽然产品的成份中采用了低钛化合物、高WC和高粘结相成份，但由于产品是亚微细晶粒结构，所以产品也具有较高的硬度和红硬性，同时抗粘结性能极好。本发明产品是含有TiC-TiN-I1aC-WC-M0-Ni-Al-C0多元组份的金属陶瓷。由于其 TiC+TiN总含量低于38wt%、WC的含量大于30wt%，其密度大于8g/cm3，所以属于高密度金属陶瓷；又由于本发明产品在生产中采用细晶粒和超细晶粒原材料和更合理的生产工艺， 所以本发明产品属于亚微细晶粒结构金属陶瓷，总称为高密度亚微细晶粒金属陶瓷。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的高密度亚微细晶粒金属陶瓷各成份的重量百分比为=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复式固熔体粉末；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。将上述原材料按要求重量比例配料装入球磨机中，加入适量酒精混勻磨细，浆液过滤后，干燥、回收酒精，然后过筛获得合金粉末，再将合金粉末掺胶后压制成检测抗弯强度的试棒和切削试验用的刀片，最后将压制品经脱胶后装入真空烧结炉中，在1490°C 1500°C条件下烧结60分钟便获得本发明产品。将产品按相关标准检测密度、抗弯强度、洛氏硬度和金相显微组织。
具体实施方式
二本实施方式的高密度亚微细晶粒金属陶瓷各成份的重量百分比为=TiC :20. 6wt%、TiN :14. 5wt%、TaC :9wt%、WC :31wt%、Mo :4wt%、Co :llwt%、Ni :9wt%、Al 0. 9wt%，原料规格和加工方法与具体实施方式
一相同，产品代号为T40。T40成份产品经压制成检测试棒和SEEW203AFTN型号刀片产品。产品经检测密度为8. lg/cm3、硬度为91. 4HRA、抗弯强度为17Ag/mm2 ；金相显微组织孔隙度为A02、非化合碳为C02、固熔体晶粒度为0.8μ。试验刀片经刃磨和钝化处理后安装在主偏角为45°的 Φ 125mm端铣刀盘上，用)(503 型立式铣床进行平面铣削试验。被加工零件是由难于加工的0Crl8M9牌号不锈钢(相当于美国标准的304牌号不锈钢)板焊接成的工字钢。在粗铣工字钢顶面时，切削深度0. 9mm,机床转速N=950转/分，切削速度V=372. 88M/分，工作台进给量F=750mm/分，刀片每齿进给量fz=0. 132mm/齿。试验结果是T40产品比市场上最优良专门切削不锈钢的M30类产品寿命长12%，在高速铣削不锈钢的条件下，T40产品已赶上了目前价格昂贵的AlCrN涂层产品的使用寿命。
具体实施方式
三本实施方式的高密度亚微细晶粒金属陶瓷各成份的重量百分比为:TiC :19wt%、TiN :15wt%、TaC :9. 9wt%、WC :32. 5wt%、Mo :3. 8wt%、Co :10. 5wt%、Ni 8. 5wt%、Al :0. 8wt%，原料规格和加工方法与具体实施方式
一相同，产品代号为T35。T35成份产品压制成检测试棒和SEENl203AFTN试验刀片，产品经检测密度为 8. 2g/cm3、硬度为92HRA、抗弯强度为180kg/mm2 ；金相显微组织孔隙度为A00、非化合碳为C02、固熔体晶粒度为0.6μ。试验刀片经刃磨和钝化处理后安装在主偏角为45°的 Φ 125mm端铣刀盘上，在)(503 型立式铣床上进行铣削试验。被加工零件仍是由难于加工的0Crl8Ni9不锈钢板焊接成的工字钢。在粗铣工字钢两侧面时，切削深度0. 85mm，机床转速N=950转/分，切削速度V=372. 88M/分，工作台进给速度F=900mm/分，刀片每齿进给量 fz=0. 158mm/齿。高速粗铣试验的结果是T35产品的使用寿命比现有技术中专门用于切削不锈钢的M30类硬质合金的寿命长20%，T35的使用寿命已超过了现有技术中AlCrN涂层硬质合金的使用寿命。高密度亚微细晶粒金属陶瓷刀片可以高速、高效粗铣不锈钢，使加工不锈钢零件成本大幅度降低。
权利要求
1.高密度亚微细晶粒金属陶瓷，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为: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.如权利要求1所述的高密度亚微细晶粒金属陶瓷，其特征在于所述各成份的重量百分比为:TiC :20. 6wt%, TiN :14. 5wt%、TaC :9wt%、WC :31wt%、Mo :4wt%、Co :llwt%、Ni :9wt%、 Al :0. 9wt%。
3.如权利要求1所述的高密度亚微细晶粒金属陶瓷，其特征在于所述各成份的重量百分比为: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
本发明涉及一种高密度亚微细晶粒金属陶瓷，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为TiC19～21wt%、TiN12～16wt%、TaC8～10wt%、WC30～35wt%、Mo3～5wt%、Co+Ni18～21wt%、Al0.8～1.2wt%。本发明产品可以在切削速度大于300M/min的条件下小断面粗铣不锈钢，使不锈钢的切削效率成倍增长，并使加工成本大幅度降低。与现有技术中的金属陶瓷相比具有很高的抗弯强度和抗冲击性能，具有较高的硬度，同时红硬性也非常好，具有极好的抗粘结性能，在小断面粗铣不锈钢时切削速度在超过300M/min时刀具有良好的寿命，使不锈钢的粗铣效率成倍提高。
文档编号C22C29/02GK102505092SQ20111045528
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者史洪林, 李福春, 邱涛 申请人:牡丹江工具有限责任公司