CN107177765B - 一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，所述材料中各组分的质量百分比为：TiCxN(1‑x)45‑55％、AlN 4‑6％、Mo2C 3‑6％、WC 1‑3％、Ni 2‑5％、Cu 2‑4％、Zr 1‑2.5％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物；经过湿磨、过滤、喷雾干燥、制粒、压制成型、烧结工序制备出数控瓷刀具用材料；本发明制成的数控刀具硬度高、强度高、韧性高，同时具有很好的耐磨性以及耐腐蚀性。

Description

一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及数控刀具材料领域，具体涉及一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法。
背景技术
近年来，我国汽车工业的快速发展极大地带动了汽车模具行业的发展。由于汽车模具是技术型产品和典型的定制产品，尤其是汽车覆盖件模具的技术含量非常高。如何提高生产效率、缩短开发周期、提高模具技术水平、降低生产成本一直是模具企业面临的难题。由于各个模具生产企业具体情况的不一样，以及承接到的业务的不同，各家企业汽车模具制造的具体流程不尽相同。
现在对汽车各零部件加工期间，数控铣加工技术需要在数控机床上进行操作，而数控刀具对零部件的加工十分重要。传统刀具的主要材料为高速钢，自上世纪初德国人发明WC基硬质合金后，以数倍于高速钢刀具的加工效率，在机加工领域得到了迅猛的普及和应用，至今WC基硬质合金刀具已使用了近百年时间而仍然占据数控刀具市场的主要地位。WC基硬质合金刀具材料需消耗大量的金属W资源，我国是世界W资源大国占有全球约40％的矿产资源，近年来也面临资源日益减少并濒于匮乏的局面，同时W因是军工领域不可替代的重要战略资源，硬质合金行业大量消耗W且资源日趋匮乏已是发达国家普遍面临的重要课题。
1970年代日本利用TiC中引入N元素生产TiCN金属陶瓷刀具材料，使TiCN基金属陶瓷刀具得到了大量的推广，目前日本已有 30％的数控刀具使用TiCN基材料，其主要硬质相TiCN的晶粒度为 0.6-3u但缺点是该刀具材料强度及韧性不敌WC基硬质合金材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料及其制备方法，制成的数控刀具硬度高、强度高、韧性高，同时具有很好的耐磨性以及耐腐蚀性。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料，该材料中各组分的质量百分比为：TiCxN(1-x)45-55％、AlN 4-6％、Mo2C 3-6％、WC 1- 3％、Ni 2-5％、Cu 2-4％、Zr 1-2.5％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C 多元复式碳化物。
优选地，该材料中各组分的质量百分比为：TiCxN(1-x)48％、 AlN 5％、Mo2C 5％、WC2％、Ni 3％、Cu 2.5％、Zr 2％，余量为 (W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物。
优选地，所述多元复式碳化物中WC、TiC、TaC和NbC所占的百分比为：WC40％-TiC40％-TaC10％-NbC10％。
优选地，所述TiCxN(1-x)x＝0.3-0.7，且TiCxN(1-x)为平均晶粒度为100-200nm的纳米级原料。
本发明还提供了上述用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比称料并混合，得混合原料，采用球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，混合原料：酒精：磨球的质量比为1：0.6-0.8：3- 4；在湿磨前先按配比加入酒精、磨球，将混合原料质量3％的PEG 成型剂加入球磨机中，并在球磨机上通入5-10℃的冷水，球磨1.5h 后，再加入混合原料球磨30-50h，过滤，得混合料浆；
(2)将混合料浆经过闭路溶剂回收式喷雾干燥塔，进行喷雾干燥制粒，制备平均粒度为80-150μm的混合粒料；
(3)将粒料压制成型后，放入脱脂加压一体炉中进行烧结，温度为1380-1420℃，保温60min后通入3MP的氩气，在1.5h内迅速降温到600℃以下，烧结出成品，最后经加工制成数控刀具。
优选地，所述球磨机转速为70r/min。
本发明的有益效果是：
本发明在TiCN基金属陶瓷中添加AlN、Mo2C、WC、Ni、Cu、 Zr，多种材料协同作用，有效提高了金属陶瓷的强度和韧性，使最终制备得到的TiCN基金属陶瓷的硬度达到116HRA以上，材料抗弯曲强度达到2500MPa以上，材料的断裂韧性达到13.5MPam1/2以上。
本发明工艺简单，采用一次烧结方式制备，烧结过程中金属陶瓷的孔隙度小，可获得优异的机械性能。由本发明制成的数控刀具硬度高、强度高、韧性高，同时具有很好的耐磨性以及耐腐蚀性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料，该材料中各组分的质量百分比为：TiC0.5N0.5 48％、AlN 5％、Mo2C 5％、WC 2％、Ni 3％、Cu 2.5％、Zr 2％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物；该多元复式碳化物中WC、TiC、TaC和NbC所占的百分比为： WC40％-TiC40％-TaC10％-NbC10％；TiC0.5N0.5为平均晶粒度为120m 的纳米级原料。
上述用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比称料并混合，得混合原料，采用球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，混合原料：酒精：磨球的质量比为1：0.8：4；在湿磨前先按配比加入酒精、磨球，将混合原料质量3％的PEG成型剂加入球磨机中，并在球磨机上通入5℃的冷水，球磨1.5h后，再加入混合原料球磨50h，过滤，得混合料浆；其中球磨机转速为 70r/min；
(2)将混合料浆经过闭路溶剂回收式喷雾干燥塔，进行喷雾干燥制粒，制备平均粒度为800μm的混合粒料；
(3)将粒料压制成型后，放入脱脂加压一体炉中进行烧结，温度为1400℃，保温60min后通入3MP的氩气，在1.5h内迅速降温到600℃以下，烧结出成品，最后经加工制成数控刀具。
实施例2：
一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料，该材料中各组分的质量百分比为：TiC0.3N0.7 55％、AlN 5％、Mo2C 4％、WC 3％、Ni 2％、Cu 2％、Zr 1％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物；该多元复式碳化物中WC、TiC、TaC和NbC所占的百分比为： WC40％-TiC40％-TaC10％-NbC10％；TiC0.3N0.7为平均晶粒度为 150nm的纳米级原料。
上述用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比称料并混合，得混合原料，采用球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，混合原料：酒精：磨球的质量比为1：0.7：3.5；在湿磨前先按配比加入酒精、磨球，将混合原料质量3％的PEG成型剂加入球磨机中，并在球磨机上通入5℃的冷水，球磨1.5h后，再加入混合原料球磨40h，过滤，得混合料浆；其中球磨机转速为 70r/min；
(2)将混合料浆经过闭路溶剂回收式喷雾干燥塔，进行喷雾干燥制粒，制备平均粒度为150μm的混合粒料；
(3)将粒料压制成型后，放入脱脂加压一体炉中进行烧结，温度为1420℃，保温60min后通入3MP的氩气，在1.5h内迅速降温到600℃以下，烧结出成品，最后经加工制成数控刀具。
实施例3：
一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料，该材料中各组分的质量百分比为：TiC0.7N0.3 50％、AlN 4％、Mo2C 6％、WC 1.5％、Ni 4％、Cu 4％、Zr 2.5％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物；该多元复式碳化物中WC、TiC、TaC和NbC所占的百分比为：WC40％-TiC40％-TaC10％-NbC10％；TiC0.7N0.3为平均晶粒度为 100nm的纳米级原料。
上述用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比称料并混合，得混合原料，采用球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，混合原料：酒精：磨球的质量比为1：0.6：4；在湿磨前先按配比加入酒精、磨球，将混合原料质量3％的PEG成型剂加入球磨机中，并在球磨机上通入10℃的冷水，球磨1.5h后，再加入混合原料球磨30h，过滤，得混合料浆；其中球磨机转速为 70r/min；
(2)将混合料浆经过闭路溶剂回收式喷雾干燥塔，进行喷雾干燥制粒，制备平均粒度为100μm的混合粒料；
(3)将粒料压制成型后，放入脱脂加压一体炉中进行烧结，温度为1380℃，保温60min后通入3MP的氩气，在1.5h内迅速降温到600℃以下，烧结出成品，最后经加工制成数控刀具。
实施例4：
一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料，该材料中各组分的质量百分比为：TiC0.4N0.6 45％、AlN 6％、Mo2C 3％、WC 1％、Ni 5％、Cu 3％、Zr 2％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物；该多元复式碳化物中WC、TiC、TaC和NbC所占的百分比为： WC40％-TiC40％-TaC10％-NbC10％；TiC0.4N0.6为平均晶粒度为 200nm的纳米级原料。
上述用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比称料并混合，得混合原料，采用球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，混合原料：酒精：磨球的质量比为1：0.8：3；在湿磨前先按配比加入酒精、磨球，将混合原料质量3％的PEG成型剂加入球磨机中，并在球磨机上通入8℃的冷水，球磨1.5h后，再加入混合原料球磨50h，过滤，得混合料浆；其中球磨机转速为 70r/min；
(2)将混合料浆经过闭路溶剂回收式喷雾干燥塔，进行喷雾干燥制粒，制备平均粒度为80μm的混合粒料；
(3)将粒料压制成型后，放入脱脂加压一体炉中进行烧结，温度为1400℃，保温60min后通入3MP的氩气，在1.5h内迅速降温到600℃以下，烧结出成品，最后经加工制成数控刀具。
实施例5：
一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料，该材料中各组分的质量百分比为：TiC0.5N0.5 48％、AlN 5％、Mo2C 4％、WC 1.5％、Ni 3％、Cu 3％、Zr 2％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物；该多元复式碳化物中WC、TiC、TaC和NbC所占的百分比为： WC40％-TiC40％-TaC10％-NbC10％；TiC0.5N0.5为平均晶粒度为180 的纳米级原料。
上述用于汽车模具生产的数控刀具材料的制备方法同实施例1。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，其特征在于，材料中各组分的质量百分比为：TiCxN(1-x) 45-55％、AlN 4-6％、Mo2C 3-6％、WC 1-3％、Ni 2-5％、Cu 2-4％、Zr 1-2.5％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物；
所述多元复式碳化物中WC、TiC、TaC和NbC所占的百分比为：WC40％-TiC40％-TaC10％-NbC10％；
所述TiCxN(1-x)中x＝0.3-0.7，且TiCxN(1-x)为平均晶粒度为100-200nm的纳米级原料；
制备方法包括以下步骤：
(1)按配方比称料并混合，得混合原料，采用球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，混合原料：酒精：磨球的质量比为1：0.6-0.8：3-4；在湿磨前先按配比加入酒精、磨球，将混合原料质量3％的PEG成型剂加入球磨机中，并在球磨机上通入5-10℃的冷水，球磨1.5h后，再加入混合原料球磨30-50h，过滤，得混合料浆；
(2)将混合料浆经过闭路溶剂回收式喷雾干燥塔，进行喷雾干燥制粒，制备平均粒度为80-150μm的混合粒料；
(3)将粒料压制成型后，放入脱脂加压一体炉中进行烧结，温度为1380-1420℃，保温60min后通入3MP的氩气，在1.5h内迅速降温到600℃以下，烧结出成品，最后经加工制成数控刀具。
2.根据权利要求1所述的用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，其特征在于，材料中各组分的质量百分比为：TiCxN(1-x) 48％、AlN 5％、Mo2C 5％、WC 2％、Ni 3％、Cu2.5％、Zr 2％，余量为(W，Ti，Ta，Nb)C多元复式碳化物。
3.根据权利要求1所述的用于汽车模具生产的数控刀具用材料的制备方法，其特征在于，所述球磨机转速为70r/min。
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