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Abstract

本发明涉及一种高强度高速切削刀具，采用金属陶瓷制成，化学组成按重量百分比计为：TiC：2.5~12.8%，Cr3B2:8.8~10.6%，Mo：6~8%，C：0.6~1.8%，Ni：18~26%，余量为（Tix，Wy）C；在刀具表面以下1mm处的纵截面中TiC相的平均粒径为0.08~0.12μm，Cr3B2相的平均粒径为0.28~1.0μm，（Tix，Wy）C相的平均粒径为0.11~0.18μm，（Ti，W，Mo）C固溶体环绕在所述硬质相的周围。该高速切削刀具具有高硬度、高抗弯强度、高断裂韧性等性能。

Description

一种高强度高速切削刀具
技术领域
本发明属于陶瓷领域，特别是涉及一种高速切削工具。
背景技术
切削刀具由于其高硬度和抗高温以及防止高温脆性等的需求，对于其材质有很严格的要求，金属陶瓷日益成为高速切削刀具的主体材料，金属陶瓷包括硬质相和粘结相。硬质相，由于过渡金属碳化物、氮化物、硼化物具有较高的强度、硬度、耐磨性和热稳定性而被广泛用作金属陶瓷的硬质相，其中研究最多的是以WC、TiC、TiN、Ti(C,N)、Cr3B2等化合物为硬质相，以Co、Ni、Fe等金属或合金为粘结相的金属陶瓷。TiC基金属陶瓷、TiN基金属陶瓷和Ti(C,N)基金属陶瓷具有较低的韧性而难以媲美传统的WC基硬质合金。而对于Cr3B2基金属陶瓷，由于Cr3B2较低自扩散系数使其烧结性差，且在烧结过程中易于与粘结金属反应生成脆性第三相，因此，Cr3B2基金属陶瓷难以用传统粉末冶金方法制备成致密材料，性能不佳。急需发明一种适用于高速切削刀具的高性能金属陶瓷复合材料。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种高速切削刀具。
本发明的目的之二在于提出一种高速切削刀具的制备方法。
具体通过如下技术手段实现：
一种高速切削刀具，所述高速切削刀具采用金属陶瓷制成，所述金属陶瓷包括硬质相和粘结相，化学组成按重量百分比计为： TiC：2.5~12.8%，ZrC:1.1~2.1%，Cr3B2:8.8~10.6%，Mo：6~8%，C：0.6~1.8%，Ni：18~26%，余量为（Tix，Wy）C及不可避免的杂质，其中x：0.21~0.41，x+y=1；
其中TiC、Cr3B2、ZrC和（Tix，Wy）C为硬质相，在刀具表面以下1mm处的纵截面中TiC相的平均粒径为0.08~0.12μm，Cr3B2相的平均粒径为0.28~1.0μm，（Tix，Wy）C相的平均粒径为0.11~0.18μm，（Ti，W，Mo）C固溶体环绕在所述硬质相的周围。
作为优选，在刀具中心部位直径为0.5mm形成的球体的纵截面中TiC相的平均粒径为0.21~0.52μm，Cr3B2相的平均粒径为0.58~0.88μm，（Tix，Wy）C相的平均粒径为0.21~0.26μm，（Ti，W，Mo）C固溶体环绕在所述硬质相的周围。
前述高速切削刀具的制备方法，包括如下步骤：
（1）干磨：按所需原料比例将TiO2粉、W粉混合，采用球磨机进行干式球磨，球料比为50：1~60:1，球磨时间为48~50小时，磨球材质为不锈钢；
（2）湿磨：对干磨得到的混合物与（Tix，Wy）C粉体、Cr3B2粉体、ZrC颗粒，TiC颗粒、Mo粉、C粉、Ni粉混合均匀后采用湿磨机加湿磨剂进行球磨，球料比为5:1~8:1，转速为180~260rpm，湿磨时间为28~40小时；
（3）烘干，对步骤（2）湿磨后的浆料进行烘干，烘干后的粉过100~120目的筛；
（4）成型：将步骤（3）得到的混合粉末在模压机中与成型剂混合，模压成型，压力为210~360MPa，得到成型的高速切削刀具坯体；
（5）脱脂：将坯体置入脱脂炉中脱脂；
（6）真空烧结：将步骤（5）得到的坯体置入真空烧结炉中烧结，真空度为0.8Χ10-1~2.1Χ10-1Pa，烧结温度为1452~1468℃，烧结时间为80~100min，得到高速切削刀具成品。
作为优选，所述成型剂选择聚乙烯醇溶液。
得到的高速切削刀具的硬度为96~111HRA，抗弯强度为1980~2200MPa，断裂韧性为19~28MPa·m1/2。
本发明的效果在于：
1，通过将四种硬质相与粘结相相结合，使得高速切削刀具的硬度得到大幅度提高；
2，通过对金属陶瓷中硬质相的粒度分布进行调整，使得抗弯强度和断裂韧性得到大幅度提高；
3，通过对各组分的含量进行了创造性的调整，使得在保证强度的情况下，耐磨性、化学稳定性、抗热冲击性和抗高温脆性得到大幅度提高。
具体实施方式
实施例1
一种高速切削刀具，所述高速切削刀具采用金属陶瓷制成，所述金属陶瓷包括硬质相和粘结相，化学组成按重量百分比计为： TiC：6.8%，ZrC:1.6%，Cr3B2:9.1%，Mo：7.2%，C：1.1%，Ni：21.2%，余量为（Tix，Wy）C及不可避免的杂质，其中x：0.32，x+y=1；
其中TiC、ZrC、Cr3B2和（Tix，Wy）C为硬质相，在刀具表面以下1mm处的纵截面中TiC相的平均粒径为0.08~0.12μm，Cr3B2相的平均粒径为0.62μm，（Tix，Wy）C相的平均粒径为0.12μm，（Ti，W，Mo）C固溶体环绕在所述硬质相的周围，在刀具中心部位直径为0.5mm形成的球体的纵截面中TiC相的平均粒径为0.,31μm，Cr3B2相的平均粒径为0.62μm，（Tix，Wy）C相的平均粒径为0.25μm，（Ti，W，Mo）C固溶体环绕在所述硬质相的周围。其硬度为98HRA，抗弯强度为1996MPa，断裂韧性为18.8MPa·m1/2。
实施例2
实施例1高速切削刀具的制备方法，包括如下步骤：
（1）干磨：按所需原料比例将TiO2粉、W粉混合，采用球磨机进行干式球磨，球料比为56：1，球磨时间为49小时，磨球材质为不锈钢；
（2）湿磨：对干磨得到的混合物与（Tix，Wy）C粉体、Cr3B2粉体、ZrC颗粒，TiC颗粒、Mo粉、C粉、Ni粉混合均匀后采用湿磨机加湿磨剂进行球磨，球料比为6:1，转速为198rpm，湿磨时间为32小时；
（3）烘干，对步骤（2）湿磨后的浆料进行烘干，烘干后的粉过110目的筛；
（4）成型：将步骤（3）得到的混合粉末在模压机中与成型剂混合，模压成型，压力为302MPa，得到成型的高速切削刀具坯体；所述成型剂选择聚乙烯醇溶液；
（5）脱脂：将坯体置入脱脂炉中脱脂；
（6）真空烧结：将步骤（5）得到的坯体置入真空烧结炉中烧结，真空度为1.1Χ10-1Pa，烧结温度为1460℃，烧结时间为92min，得到高速切削刀具成品。
（7）将步骤（6）得到的成品在电阻炉内加热到1000~1100℃，保温20~35min后喷水淬火，淬火冷却到120~180℃后保温30~38min后炉冷到室温。

Claims (4)

1. 一种高强度高速切削刀具，其特征在于，所述高速切削刀具采用金属陶瓷制成，所述金属陶瓷包括硬质相和粘结相，化学组成按重量百分比计为：TiC：2.5~12.8%，ZrC:1.1~2.1%，Cr3B2:8.8~10.6%，Mo：6~8%，C：0.6~1.8%，Ni：18~26%，余量为（Tix，Wy）C及不可避免的杂质，其中x：0.21~0.41，x+y=1；
其中TiC、Si3N4、ZrC和（Tix，Wy）C为硬质相，在刀具表面以下1mm处的纵截面中TiC相的平均粒径为0.08~0.12μm，Cr3B2相的平均粒径为0.28~1.0μm，（Tix，Wy）C相的平均粒径为0.11~0.18μm，（Ti，W，Mo）C固溶体环绕在所述硬质相的周围。
2. 根据权利要求1所述的高速切削刀具，其特征在于，在刀具中心部位直径为0.5mm形成的球体的纵截面中TiC相的平均粒径为0.21~0.52μm，Cr3B2相的平均粒径为0.58~0.88μm，（Tix，Wy）C相的平均粒径为0.21~0.26μm，（Ti，W，Mo）C固溶体环绕在所述硬质相的周围。
3. 权利要求1所述的高速切削刀具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）干磨：按所需原料比例将TiO2粉、W粉混合，采用球磨机进行干式球磨，球料比为50：1~60:1，球磨时间为48~50小时，磨球材质为不锈钢；
（2）湿磨：对干磨得到的混合物与（Tix，Wy）C粉体、Cr3B2粉体、ZrC颗粒、TiC颗粒、Mo粉、C粉、Ni粉混合均匀后采用湿磨机加湿磨剂进行球磨，球料比为5:1~8:1，转速为180~260rpm，湿磨时间为28~40小时；
（3）烘干，对步骤（2）湿磨后的浆料进行烘干，烘干后的粉过100~120目的筛；
（4）成型：将步骤（3）得到的混合粉末在模压机中与成型剂混合，模压成型，压力为210~360MPa，得到成型的高速切削刀具坯体；
（5）脱脂：将坯体置入脱脂炉中脱脂；
（6）真空烧结：将步骤（5）得到的坯体置入真空烧结炉中烧结，真空度为0.8Χ10-1~2.1Χ10-1Pa，烧结温度为1452~1468℃，烧结时间为80~100min，得到高速切削刀具成品。
4. 根据权利要求3所述的高速切削刀具的制备方法，其特征在于，所述所述成型剂选择聚乙烯醇溶液。
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