[发明专利]含硼的碳氮化钛基金属陶瓷刀具材料及其制备工艺有效

专利信息
申请号: 200810031010.6 申请日: 2008-04-07
公开(公告)号: CN101255512A 公开(公告)日: 2008-09-03
发明(设计)人: 周书助;唐宏珲;张洁尧;王社权;潘伟;胡茂中;李屏 申请(专利权)人: 株洲钻石切削刀具股份有限公司
主分类号: C22C14/00 分类号: C22C14/00;C22C30/00;C22C1/04;B22F3/12
代理公司: 湖南兆弘专利事务所 代理人: 赵洪
地址: 412007*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 氮化 基金 陶瓷 刀具 材料 及其 制备 工艺
【说明书】:

技术领域

发明属于材料科学领域,尤其涉及一种含硼的碳氮化钛(Ti(CN))基金属陶瓷刀具材料以及用于制备该刀具材料的粉末冶金技术。

背景技术

由于Ti(CN)基金属陶瓷刀具与被加工材料之间具有较高的化学稳定性,因此在刀具切削过程中不会产生较大的摩擦,刀具切削刃的温度也不至于太高,从而有效阻止了Ti(CN)基金属陶瓷刀具与被加工材料间原子的相互扩散,显著提高了Ti(CN)基金属陶瓷刀具的抗粘结磨损性能,Ti(CN)基金属陶瓷也因此成为钢材精加工和半精加工中一种较为理想的刀具材料,填补了WC基硬质合金与Al2O3、Si3N4陶瓷在高速精加工和半精加工领域中的空档。但是,在高速切削条件下,特别是在加工一些较难加工的工件时,由于切削温度高,加工硬化严重,切削力很大,普通的Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料显得难以应付,刀具的耐用度和使用寿命都不是很理想,因此如何提高Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料在较恶劣工况下的高温强度、硬度以及红硬性与耐磨性,就显得非常重要和紧迫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种高温硬度、高温强度、红硬性、抗氧化性得到明显改善,且切削速度和使用寿命得到明显提高的含硼的Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料,还提供一种含硼的Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的制备工艺。

为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为一种含硼的Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料,以Ti(CN)作为基材,以钴和/或镍作为粘结相,其特征在于所述刀具材料中含有质量分数为0.005~0.25%的硼,其它各类元素的质量分数分别为:

碳6~11%

氮2~7%

钛35~70%

钨5~20%

钼0~12%

钽0~9%

铌1~7%

钴0~20%

镍0~20%

且上述钴和镍的总含量在刀具中的质量分数为6~25%。

上述含硼的Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料所含有的元素钨、钼、钽、铌是由各元素的碳化物粉末或者氮化物粉末作原料经粉末冶金工艺制备后得到的,元素钛是由碳化钛粉末、氮化钛粉末、碳氮化钛粉末中的两种或三种作原料经粉末冶金工艺制备后得到的,元素硼是由单质硼粉末、二硼化钛粉末、硼化钼粉末、碳化硼粉末、氧化硼粉末中的一种或几种作原料经粉末冶金工艺制备后得到的。。

上述各种原料粉末的纯度大于99%,且平均粒度小于1.5微米。

当上述刀具材料中的元素硼是由单质硼粉末作原料经粉末冶金工艺制备得到的情况下,单质硼的添加量为原料质量(即作为原料的各粉末物质的总质量)的0.005~0.1%。

当上述刀具材料中的元素硼是由二硼化钛粉末作原料经粉末冶金工艺制备得到的情况下,二硼化钛的添加量为原料质量的0.02~0.5%。

当上述刀具材料中的元素硼是由硼化钼粉末作原料经粉末冶金工艺制备得到的情况下,硼化钼的添加量为原料质量的0.1~2.5%。

当上述刀具材料中的元素硼是由碳化硼粉末作原料经粉末冶金工艺制备得到的情况下,碳化硼的添加量为原料质量的0.01~0.2%。

当上述刀具材料中的元素硼是碳化硼粉末和氧化硼粉末作原料经粉末冶金工艺制备得到的情况下,碳化硼和氧化硼的添加量为原料质量的0.005~0.2%。

本发明还提供一种上述含硼的碳氮化钛基金属陶瓷刀具的制备工艺,依次包括以下工艺步骤:按比例混合各原料粉末、球磨分散原料粉末、球磨浆料的干燥、精密压制、预烧以及高温烧结(烧结后的刀具材料可用于研磨刀具);

所述球磨分散过程中,用无水乙醇或甲醇作为研磨介质,用硬质合金作为研磨体,加入原料粉末质量4~4.5%的粘结剂,球料比为1∶6~10,球磨分散的时间为20~100小时;所述球磨浆料的干燥是采用喷雾干燥方式或者采用真空干燥方式,干燥的温度为80~95℃;所述精密压制过程中,精密压制压坯的相对密度大于50%;所述预烧过程的温度为200~500℃,预烧时间为2~4小时;所述高温烧结可以为真空烧结、多气氛(N2、H2和/或Ar)烧结或高温压力烧结,真空烧结或多气氛烧结的烧结温度为1420~1520℃,保温时间为50~90分钟;所述高温压力烧结的烧结温度为1420~1470℃,保温时间为50~70分钟。

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