[发明专利]一种刀具材料的复合硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀具材料的复合硬质合金的制备方法。

背景技术

硬质合金应用于制造业的加工刀具，具有硬度高、良好的高温性能和优秀的耐磨性能，号称工业的牙齿。做为金属切削用合金随着组分变化衍生出针对各种材质牌号。

碳化钨基硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等，从冲击韧性和耐磨性综合要求而言，低钴粗晶粒合金结构能满足这种要求。

金属陶瓷迄今为止已历经三代，第一代是“二战”期间，德国以Ni粘结TiC生产金属陶瓷；第二代是20世纪60年代美国福特汽车公司添加Mo到Ni粘结相中改善TiC和其他碳化物的润湿性，从而提高材料的韧性；第三代金属陶瓷则将氮化物引入合金的硬质相，改单一相为复合相。又通过添加Co相和其他元素改善了粘结相。金属陶瓷研制的另一个新方向是硼化物基金属陶瓷。由于硼化物陶瓷具有很高的硬度、熔点和优良的导电性，耐腐蚀性，从而使硼化物基金属陶瓷成为最有发展前途的金属陶瓷。但是目前我国对金属陶瓷在性能方面的改进仍不理想，现有金属陶瓷的洛氏硬度和抗弯强度仍有待进一步提高。

Ti(C，N)基金属陶瓷是一类以Ti(C，N)粉或TiC与TiN的混合粉为硬质相主要原料，以Co、Ni、Mo等金属为粘接相原料，且通常还加入有WC、TaC、NbC、Mo₂C、VC、Cr₃C₂等过渡族金属碳化物为添加剂经过粉碎、混合—模压—烧结所形成的复合材料，主要用于制造切削工具。

与传统的WC-Co硬质合金相比，Ti (C，N)基金属陶瓷具有如下优点：高的红硬性、高温抗氧化性能好、高的热导率。这些性能使得Ti (C，N) 基金属陶瓷更适于进行高速切削和对材料的精加工和半精加工。但是，与WC-Co硬质合金相比，Ti (C，N)基金属陶瓷较低的强韧性却极大地限制了它作为刀具材料的应用。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种强度高、韧性好、耐磨、热冲击性能好的一种刀具材料的复合硬质合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种刀具材料的复合硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）备料

按如下重量份准备原材料：纳米碳化钛35-40份、纳米氮化钛5-15份、碳化钨7-9份、碳化铌5-8份、碳化硅3-7份、钴粉3-5份、氧化钇1-3份、碳化硼1-3份、铜粉1-5份。

（2）制备贫碳合金粉末

将按上述组分称取的纳米碳化钛、纳米氮化钛、碳化钨、碳化铌、碳化硅、钴粉、氧化钇、碳化硼、铜粉，干式球磨混合均匀后，在氢气氛围还原，得到贫碳合金粉末；

（3）制备预烧结基体

将上述贫碳合金粉末压制成型，真空烧结，得到贫碳预烧结基体；

（4）渗碳处理

将预烧结基体置于氢气气氛中，在1420-1450℃进行渗碳处理60-100分钟，得到渗碳后的硬质合金。

（5）分步烧制

第一步：将渗碳后的硬质合金球磨至粒度为0.1-5μm的粉末，末装入硬质合金模具预压，然后放入放电等离子烧结设备中进行低温高压预烧结，采用如下工艺参数：在烧结压力100-300MPa下，温度从室温升至100℃，升温速率为10-50℃/min，在100℃保温10-30min；保温结束后，温度由100℃升至300℃，升温速率为10-50℃/min，在300℃下保温10-30min；保温结束后，增加烧结压力至300-500MPa，在此压力下温度由300℃升至500-700℃，升温速率为10-100℃/min，在500-700℃温度下保温30-60min；

第二步：将第一步得到的硬质合金模具中预烧结后的块体装入高强石墨模具中，放入放电等离子烧结设备中进行第二步致密化烧结，采用的工艺参数为：烧结压力为70-240MPa，升温速率为50-100℃/min，烧结温度为980-1040℃，在980-1040℃温度下保温1-3min，保温结束后以10-100℃/min的冷却速率降温至300℃，然后随炉冷却至室温，最后得到刀具材料的复合硬质合金。

优选的，所述碳化钨的粒度为2.0-5.0μm，所述钴粉的粒度为1.5-3.5μm；所述铜粉的粒度为1.8-3.5μm；所述氧化钇的粒度为1.0-3.0μm；所述碳化铌、碳化硅和碳化硼的粒度为1.5-3.5μm。