CN102312148A - 一种强韧性刀具用复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于刀具材料领域，涉及一种强韧性刀具用复合材料及其制备方法。该复合材料中各成份的质量百分含量为：碳化钒10-15％，金刚石3-6％，Cr1-3％，钛钴中间合金10-15％，Nd0.05-0.1％，其余为碳化钛，所述钛钴中间合金中Ti和Co摩尔比为2:1。该复合材料制备工艺简便，具有较高的抗弯强度、较高的硬度和较好的抗磨损能力，耐磨耐冲击且质量稳定。

Description

一种强韧性刀具用复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于刀具材料领域，涉及一种强韧性刀具用复合材料及其制备方法。

背景技术

目前使用的刀具材料种类繁多，主要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷、金属陶瓷、硬质合金和高速钢等。不同刀具材料具有不同的性能，并有其特定的应用范围。

CN85100177提出一种改进的以碳化钛为耐磨分散相，氧化钇或 其它稀土氧化物为致密化助剂的高耐磨性高韧性氮化硅基复合陶瓷具有优良的高温性能(强度、红硬 性、耐磨性等)和化学稳定性。用这种陶瓷制成的刀 具在加工淬硬钢(CrNMn、HRC58～68)和冷硬铸铁 (HS71～73)工件，其刀具寿命是以往复合氮化硅陶 瓷刀具的2～2.1倍，Al2O3-TiC刀的6～7倍，硬质合金刀H1与YT14的24～113倍。这类陶瓷还可制作 多种精密机械零件(量块、导轨、轴承等)，也可制作拔丝模等工具。但存在的问题是碳化钛与基体氮化硅结合困难，影响性能稳定性和韧性提高，使用寿命不够长。另外还要使用大量致密剂，影响基础物料的作用。

CN201010553047.2公开了一种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。但存在的问题是钴粉做粘接剂成本高，制作工艺复杂。

发明内容

本发明目的克服以上问题，提供了一种强韧性刀具用复合材料及其制备方法，具体由以下技术方案实现：

一种强韧性刀具用复合材料，该复合材料中各成份的质量百分含量为：碳化钒10-15％，金刚石3-6％，Cr 1-3％,钛钴中间合金10-15％，Nd 0.05-0.1％，其余为碳化钛，所述钛钴中间合金中Ti和Co摩尔比为2:1。

一种强韧性刀具用复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a、按质量百分含量碳化钒粉10-15％、金刚石粉3-6％、Cr粉 1-3％、钛钴中间合金粉10-15％、Nd粉 0.05-0.1％，其余为碳化钛粉进行配料，其中钛钴合金中Ti和Co摩尔比为2:1，组成混合物并搅拌均匀；

b、将步骤a所得混合物在真空球磨机中900Pa真空度下研磨至100-200微米后取出；

c、将经过研磨后的混合物放入模具压实，压实力取20Mpa，压实成形后脱模；

d、将步骤c所得的压实成形后的混合物放入烧结炉中加热，升温速度为70～80℃/分钟，到达1100℃后保温25～30分钟后随炉冷却，即制得强韧性刀具用复合材料。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明采用硬度高的碳化钛和金刚石粉保证刀具的高硬度；本发明采用成本低、硬度较高的碳化铁来降低刀具的成本，不用纯钴做粘接剂；本发明不使用纯金属，所用原料成本低，生产周期短。该复合材料制备工艺简便，生产的复合材料具有一定良好性能，具有较高的抗弯强度，同时具有高的硬度和较好的抗磨损能力，具备耐磨又耐冲击且质量稳定的特点，而且生产成本低，非常便于工业化生产。

复合材料制备过程中，钛钴中间合金Ti2Co在1100℃左右可分解出TiCo化合物和Ti-Co合金液体。Ti-Co合金液体将碳化钛粉、金刚石粉、钕粉、碳化钒粉包围。钕粉和铬粉中的元素在高温下渗入Ti-Co合金液体，对粘结合金起增强作用。TiCo化合物沉积于碳化钛粉、金刚石粉、碳化钒粉上。Ti-Co合金液体重新凝固后，形成Ti-Co合金包围的由碳化钛粉、金刚石粉、碳化钒粉为支撑相的复合材料。因此不仅提高了刀具用复合材料的抗弯强度，韧性和耐磨性也大大提高。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的强韧性刀具用复合材料组织图。

由图1可以看出，复合材料物相间结合良好。

具体实施方式：

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明进行进一步说明：

实施例1:

按质量百分比碳化钒10％，金刚石3％，Cr 1％,钛钴中间合金 10％，Nd 0.05％，碳化钛75.95%，其中钛钴合金中Ti和Co摩尔比为2:1，组成混合物并搅拌均匀；将所得混合物在真空球磨机中900Pa真空度下研磨至100-200微米后取出；将经过研磨后的混合物放入模具压实，压实力取20Mpa，压实成形后脱模；将压实成形后的混合物放入烧结炉中加热，升温速度为70～80℃/分钟，到达1100℃后保温25～30分钟后随炉冷却，即制得所需的强韧性刀具用复合材料。

实施例2：

按质量百分比碳化钒为15％，金刚石6％，Cr 3％,钛钴中间合金15％，Nd 0.1％，碳化钛60.9%，其中钛钴合金中Ti和Co摩尔比为2:1，组成混合物并搅拌均匀；将所得混合物在真空球磨机中900Pa真空度下研磨至100-200微米后取出；将经过研磨后的混合物放入模具压实，压实力取20Mpa，压实成形后脱模；将压实成形后的混合物放入烧结炉中加热，升温速度为70～80℃/分钟，到达1100℃后保温25～30分钟后随炉冷却，即制得所需的强韧性刀具用复合材料。

实施例3：

按质量百分比碳化钒12％，金刚石为4％，Cr 2％, 钛钴中间合金 12％，Nd 0.07％，碳化钛69.93%，其中钛钴中间合金中Ti和Co摩尔比为2:1，组成混合物并搅拌均匀；将所得混合物在真空球磨机中900Pa真空度下研磨至100-200微米后取出；将经过研磨后的混合物放入模具压实，压实力取20Mpa，压实成形后脱模；将压实成形后的混合物放入烧结炉中加热，升温速度为70～80℃/分钟，到达1100℃后保温25～30分钟后随炉冷却，即制得所需的强韧性刀具用复合材料。

对比实施例1：

按质量百分比碳化钒8％，金刚石为2％，Cr 0.5％, 钛钴中间合金8％，Nd 0.03％，碳化钛81.47%，其中钛钴中间合金中Ti和Co摩尔比为2:1，组成混合物并搅拌均匀；将所得混合物在真空球磨机中900Pa真空度下研磨至100-200微米后取出；将经过研磨后的混合物放入模具压实，压实力取20Mpa，压实成形后脱模；将压实成形后的混合物放入烧结炉中加热，升温速度为70～80℃/分钟，到达1100℃后保温25～30分钟后随炉冷却，即制得所需的强韧性刀具用复合材料。

对比实施例2：

按质量百分比碳化钒17％，金刚石为8％，Cr4％, 钛钴中间合金 16％，Nd0.2％，碳化钛54.8%，其中钛钴中间合金中Ti和Co摩尔比为2:1，组成混合物并搅拌均匀；将所得混合物在真空球磨机中900Pa真空度下研磨至100-200微米后取出；将经过研磨后的混合物放入模具压实，压实力取20Mpa，压实成形后脱模；将压实成形后的混合物放入烧结炉中加热，升温速度为70～80℃/分钟，到达1100℃后保温25～30分钟后随炉冷却，即制得所需的强韧性刀具用复合材料。

结合下表中各产品的性能参数：

表1 各产品的性能参数

结合实施例1、2、3、以及上述图表可知，该复合材料是Ti-Co合金包围下的由碳化钛粉、金刚石粉、碳化钒粉为支撑相的复合材料，组织性能稳定，具有较高的抗弯强度，同时具有高的硬度和较好的抗磨损能力，具备耐磨又耐冲击且使用寿命较长的特点，而且不使用纯钴做粘接剂，制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。

对比实施例1、2说明，如果碳化钒、金刚石、Cr粉 、钛钴中间合金、Nd粉入量不够，不能保证碳化钒、金刚石、Cr粉 、钛钴中间合金、Nd粉提高硬度、韧性的作用，碳化钒、金刚石、Cr粉 、钛钴中间合金、Nd粉加入量过多，碳化钛含量会降低，不仅影响材料的硬度，还会影响抗弯强度和韧性。

Claims (2)

1.一种强韧性刀具用复合材料，其特征在于：该复合材料中各成份的质量百分含量为：碳化钒10-15％，金刚石3-6％，Cr 1-3％,钛钴中间合金10-15％，Nd 0.05-0.1％，其余为碳化钛，所述钛钴中间合金中Ti和Co摩尔比为2:1。

2.一种强韧性刀具用复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a、按质量百分含量：碳化钒粉10-15％、金刚石粉3-6％、Cr粉 1-3％、钛钴中间合金粉10-15％、Nd粉 0.05-0.1％，其余为碳化钛粉进行配料，其中钛钴合金中Ti和Co摩尔比为2:1，组成混合物并搅拌均匀；

b、将步骤a所得混合物在真空球磨机中900Pa真空度下研磨至100-200微米后取出；

c、将经过研磨后的混合物放入模具压实，压实力取20Mpa，压实成形后脱模；

d、将步骤c所得的压实成形后的混合物放入烧结炉中加热，升温速度为70～80℃/分钟，到达1100℃后保温25～30分钟后随炉冷却，即制得强韧性刀具用复合材料。

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