CN102321837B - 一种高硬度刀具用复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
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11：2，Y为0.05-0.1％，其余为碳化钛。
Description
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平均晶粒度达到4.0～5.2μm，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Zr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℃/分钟，到达1290℃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℃分解出Zr6Co23和Co-Zr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-Zr合金液体和粉体结合界面的作用；Co-Zr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Co-Zr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。
附图说明：
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，物相分布均匀。
具体实施方式
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Zr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（Zr2Co11）、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℃/分钟，到达1290℃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Zr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（Zr2Co11）、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℃/分钟，到达1290℃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（Zr2Co11）、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℃/分钟，到达1290℃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Zr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（Zr2Co11）、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℃/分钟，到达1290℃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Zr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（Zr2Co11）、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℃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
| 合金编号 | 成分 | 抗弯强度/MPa | 硬度/HRA |
| 对比材料1 | CN201010553047.2 | 3000～3400 | 88.0～90.8 |
| 对比材料2 | CN200810204422.5 | 1600-2500 | 89-92.5 |
| 产品一 | 实施例一制得的产品 | 3380 | 94 |
| 产品二 | 实施例二制得的产品 | 3450 | 95 |
| 产品三 | 实施例三制得的产品 | 3450 | 96 |
| 产品四 | 实施例四制得的产品 | 3100-3150 | 90 |
| 产品五 | 实施例五制得的产品 | 3200 | 92 |
由上表产品一、二、三可见，碳化铁、碳化锆、金刚石、钴锆中间合金粉、Y粉提高，利于抗弯强度和硬度的提高。其中碳化铁、碳化锆、金刚石提高合金的硬度，钴锆中间合金粉、Y粉提高材料的粘结强度，因此提高材料的抗弯强度。但是，碳化铁、碳化锆、金刚石为、钴锆中间合金粉、Y粉过高，抗弯强度和硬度都会受到影响。因为碳化铁、碳化锆、金刚石增高，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。
由上表可见，产品四、五中，碳化铁、碳化锆、金刚石、钴锆中间合金粉、Y粉加入量不够，不能保证碳化铁、碳化锆、金刚石、钴锆中间合金粉、Y粉的硬度和强化材料的作用，碳化铁、碳化锆、金刚石、钴锆中间合金粉、Y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。
Claims (2)
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％，其中Co和Zr的摩尔比为11：2，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℃/分钟，到达1290℃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。
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