CN104388819A - 一种用于切削刀具的粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于粉末冶金领域，本发明公开了一种用于切削刀具的粉末冶金材料及其制备方法，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料包括下述重量份的原料：Zn为2.6wt%-4.3wt%、La为0.4wt%-1.5wt%、Ce为0.2wt%-0.7wt%、Cs为0.7wt%-1.1wt%、Mg为2.9wt%-6.1wt%、Zr为0.3wt%-0.8wt%、Rb为0.5wt%-1.0wt%、余量为Fe。制备方法步骤如下：（1）原料高速混合；（2）原料球磨；（3）压制成型；（4）高温烧结：在温度为985-1045℃下烧结，冷却后，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
Description
技术领域
本发明属于冶金材料领域，涉及一种粉末冶金材料及其制备方法，特别是涉及一种用于切削刀具的粉末冶金材料及其制备方法。
背景技术
制造切削刀具的冶金材料必须具有很高的硬度和耐磨性，必要的拉伸强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。通常当冶金材料硬度高时，耐磨性也高；拉伸强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其拉伸强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的拉伸强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。高速钢特别适用于制造结构复杂的成形刀具，孔加工刀具例如各类铣刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等；由于高速钢硬度，耐磨性，耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。专利授权公告号为CN100439011的专利文件公开了一种粉末冶金材料，其配方为W94.5wt%、Co4.0wt%、Al为1.0wt%、TiC为0.5wt%。其表观硬度只有90左右。不能较好的满足切削刀具的使用。
发明内容
要解决的技术问题：用于切削刀具的粉末冶金材料需要具备非常高的表观硬度，只有具备较高的表观硬度，才能较好的用于切削刀具中，延长切削刀具的使用寿命，而常规的粉末冶金材料的表观硬度较低，因此需要一种新的用于切削刀具的粉末冶金材料及其制备方法。
技术方案：针对以上的问题，本发明公开了一种用于切削刀具的粉末冶金材料及其制备方法，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料包括下述重量的成分：
Zn 2.6wt%-4.3wt%、
La 0.4wt%-1.5wt%、
Ce 0.2wt%-0.7wt%、
Cs 0.7wt%-1.1wt%、
Mg 2.9wt%-6.1wt%、
Zr 0.3wt%-0.8wt%、
Rb 0.5wt%-1.0wt%、
余量为Fe。
进一步的，所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料，包括下述重量的成分：
Zn 2.9wt%-3.5wt%、
La 0.7wt%-1.1wt%、
Ce 0.3wt%-0.6wt%、
Cs 0.8wt%-1.0wt%、
Mg 4.1wt%-5.5wt%、
Zr 0.4wt%-0.7wt%、
Rb 0.6wt%-0.9wt%、
余量为Fe。
更进一步的，所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料，包括下述重量的成分：
Zn 3.1wt%、
La 1.0wt%、
Ce 0.4wt%、
Cs 0.9wt%、
Mg 4.7wt%、
Zr 0.6wt%、
Rb 0.8wt%、
余量为Fe。
一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，制备方法步骤如下：
（1）原料混合：按总量取Zn为2.6wt%-4.3wt%、La为0.4wt%-1.5wt%、Ce为0.2wt%-0.7wt%、
Cs为0.7wt%-1.1wt%、Mg为2.9wt%-6.1wt%、Zr为0.3wt%-0.8wt%、Rb为0.5wt%-1.0wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合；
（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨；
（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型；
（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，率升至温度为985-1045℃，在此温度下烧结，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，步骤如下：
（1）原料混合：按总量取Zn为2.6wt%-4.3wt%、La为0.4wt%-1.5wt%、Ce为0.2wt%-0.7wt%、
Cs为0.7wt%-1.1wt%、Mg为2.9wt%-6.1wt%、Zr为0.3wt%-0.8wt%、Rb为0.5wt%-1.0wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合，高速混合机的转速为125-175r/min，高速混合时间为15-35min；
（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨，球磨机中的球料比为35:1-45:1，球磨机转速为150-180r/min，金属材料的球磨的时间为2h-6h；
（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型，模具单位面积压力为710-840kgf/cm2；
（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，升温速率为60℃/min，升温至570℃时保温15min，再按照40℃/min的速率升至温度为985-1045℃，在此温度下烧结，烧结时间为70min-140min，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
进一步的，所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，制备方法中Zn为2.9wt%-3.5wt%、La为0.7wt%-1.1wt%、Ce 为0.3wt%-0.6wt%、Cs为0.8wt%-1.0wt%、Mg为4.1wt%-5.5wt%、Zr为0.4wt%-0.7wt%、Rb为0.6wt%-0.9wt%、余量为Fe。
所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，压制成型时模具单位面积压力为790kgf/cm2。
所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，烧结温度为1010℃。
所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，烧结时间为90min。
有益效果：本发明所述的粉末冶金材料中加入了La、Cs、Ce、Zr、Rb等金属元素，有效的提高了制备的粉末冶金材料的表观硬度，进而提高了其在切削刀具中的使用性能，提高了切削刀具的切削质量，有效的延长了切削刀具的使用寿命。
具体实施方式
实施例1
（1）原料混合：按总量取Zn为2.6wt%、La为1.5wt%、Ce为0.7wt%、Cs为1.1wt%、Mg为6.1wt%、Zr为0.3wt%、Rb为1.0wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合，高速混合机的转速为175r/min，高速混合时间为35min；（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨，球磨机中的球料比为45:1，球磨机转速为150r/min，金属材料的球磨的时间为6h；（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型，模具单位面积压力为840kgf/cm2；（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，升温速率为60℃/min，升温至570℃时保温15min，再按照40℃/min的速率升至温度为1045℃，在此温度下烧结，烧结时间为140min，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
实施例2
（1）原料混合：按总量取Zn为4.3wt%、La为0.4wt%、Ce为0.2wt%、Cs为0.7wt%、Mg为2.9wt%、Zr为0.8wt%、Rb为0.5wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合，高速混合机的转速为125r/min，高速混合时间为15min；（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨，球磨机中的球料比为35:1，球磨机转速为180r/min，金属材料的球磨的时间为2h；（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型，模具单位面积压力为710kgf/cm2；（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，升温速率为60℃/min，升温至570℃时保温15min，再按照40℃/min的速率升至温度为985℃，在此温度下烧结，烧结时间为70min，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
实施例3
（1）原料混合：按总量取Zn为3.5wt%、La为1.1wt%、Ce 为0.6wt%、Cs为0.8wt%、Mg为5.5wt%、Zr为0.7wt%、Rb为0.9wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合，高速混合机的转速为175r/min，高速混合时间为35min；（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨，球磨机中的球料比为45:1，球磨机转速为150r/min，金属材料的球磨的时间为6h；（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型，模具单位面积压力为840kgf/cm2；（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，升温速率为60℃/min，升温至570℃时保温15min，再按照40℃/min的速率升至温度为1045℃，在此温度下烧结，烧结时间为140min，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
实施例4
（1）原料混合：按总量取Zn为2.9wt%、La为0.7wt%、Ce 为0.3wt%、Cs为1.0wt%、Mg为4.1wt%、Zr为0.4wt%、Rb为0.6wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合，高速混合机的转速为125r/min，高速混合时间为15min；（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨，球磨机中的球料比为35:1，球磨机转速为180r/min，金属材料的球磨的时间为2h；（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型，模具单位面积压力为710kgf/cm2；（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，升温速率为60℃/min，升温至570℃时保温15min，再按照40℃/min的速率升至温度为985℃，在此温度下烧结，烧结时间为70min，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
实施例5
（1）原料混合：按总量取Zn为3.1wt%、La为1.0wt%、Ce 为0.4wt%、Cs为0.9wt%、Mg为4.7wt%、Zr为0.6wt%、Rb为0.8wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合，高速混合机的转速为125r/min，高速混合时间为15min；（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨，球磨机中的球料比为35:1，球磨机转速为180r/min，金属材料的球磨的时间为2h；（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型，模具单位面积压力为790kgf/cm2；（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，升温速率为60℃/min，升温至570℃时保温15min，再按照40℃/min的速率升至温度为1010℃，在此温度下烧结，烧结时间为90min，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
对比例
粉末冶金材料通过球磨后烧结得到，其中含量为W94.5wt%、Co4.0wt%、Al为1.0wt%、TiC为0.5wt%。
实施例1至5和对比例的用于切削刀具的粉末冶金材料的表观硬度（HRB）和拉伸强度如下：
| 表观硬度（HRB） | 拉伸强度（MPa） | |
| 实施例1 | 104 | 525 |
| 实施例2 | 101 | 503 |
| 实施例3 | 115 | 487 |
| 实施例4 | 117 | 493 |
| 实施例5 | 122 | 491 |
| 对比例 | 91 | 494 |
常规的粉末冶金材料的表观硬度较低，显著低于本发明所述的用于切削刀具的粉末冶金材料。
Claims (9)
1. 一种用于切削刀具的粉末冶金材料，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料包括下述重量的成分：
Zn 2.6wt%-4.3wt%、
La 0.4wt%-1.5wt%、
Ce 0.2wt%-0.7wt%、
Cs 0.7wt%-1.1wt%、
Mg 2.9wt%-6.1wt%、
Zr 0.3wt%-0.8wt%、
Rb 0.5wt%-1.0wt%、
余量为Fe。
2. 根据权利要求1所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料包括下述重量的成分：
Zn 2.9wt%-3.5wt%、
La 0.7wt%-1.1wt%、
Ce 0.3wt%-0.6wt%、
Cs 0.8wt%-1.0wt%、
Mg 4.1wt%-5.5wt%、
Zr 0.4wt%-0.7wt%、
Rb 0.6wt%-0.9wt%、
余量为Fe。
3. 根据权利要求1所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料包括下述重量的成分：
Zn 3.1wt%、
La 1.0wt%、
Ce 0.4wt%、
Cs 0.9wt%、
Mg 4.7wt%、
Zr 0.6wt%、
Rb 0.8wt%、
余量为Fe。
4. 一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法步骤如下：
（1）原料混合：按总量取Zn为2.6wt%-4.3wt%、La为0.4wt%-1.5wt%、Ce为0.2wt%-0.7wt%、
Cs为0.7wt%-1.1wt%、Mg为2.9wt%-6.1wt%、Zr为0.3wt%-0.8wt%、Rb为0.5wt%-1.0wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合；
（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨；
（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型；
（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，率升至温度为985-1045℃，在此温度下烧结，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
5. 根据权利要求4所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法步骤如下：
（1）原料混合：按总量取Zn为2.6wt%-4.3wt%、La为0.4wt%-1.5wt%、Ce为0.2wt%-0.7wt%、
Cs为0.7wt%-1.1wt%、Mg为2.9wt%-6.1wt%、Zr为0.3wt%-0.8wt%、Rb为0.5wt%-1.0wt%、余量为Fe，把取到的金属材料用高速混合机进行高速混合，高速混合机的转速为125-175r/min，高速混合时间为15-35min；
（2）原料球磨：将高速混合机混合均匀的金属材料用球磨机球磨，球磨机中的球料比为35:1-45:1，球磨机转速为150-180r/min，金属材料的球磨的时间为2h-6h；
（3）压制成型：球磨后，将金属材料在模具中进行压制成型，模具单位面积压力为710-840kgf/cm2；
（4）高温烧结：压制成型后将粉末金属材料取出，将其高温烧结，首先升高烧结炉的温度，升温速率为60℃/min，升温至570℃时保温15min，再按照40℃/min的速率升至温度为985-1045℃，在此温度下烧结，烧结时间为70min-140min，再将粉末金属材料自然冷却，为用于切削刀具的粉末冶金材料。
6. 根据权利要求5所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法中Zn为2.9wt%-3.5wt%、La为0.7wt%-1.1wt%、Ce 为0.3wt%-0.6wt%、Cs为0.8wt%-1.0wt%、Mg为4.1wt%-5.5wt%、Zr为0.4wt%-0.7wt%、Rb为0.6wt%-0.9wt%、余量为Fe。
7. 根据权利要求5所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法中压制成型时模具单位面积压力为790kgf/cm2。
8. 根据权利要求5所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法中烧结温度为1010℃。
9. 根据权利要求5所述的一种用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述的用于切削刀具的粉末冶金材料的制备方法中烧结时间为90min。
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