CN107587022A - 一种金属陶瓷刀具材料、刀具及制造方法 - Google Patents

一种金属陶瓷刀具材料、刀具及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种金属陶瓷刀具材料，包括按质量百分比的组分如下：TiNC:70‑90％,Cr2C3:4‑10％,MoC2:1‑2％,Ni:4‑20％,Y:0.4‑1％。一种金属陶瓷刀具，具有所述的金属陶瓷刀具材料。一种金属陶瓷刀具的制作方法，包括以下步骤：S1、按照所述金属陶瓷刀具材料的配方准备原料；S2、将原料研磨成粉料,并干燥；S3、在粉料中加入成形剂并造粒；S4、对造粒料加压成型，得到刀具坯体；S5、对坯体进行烧结；S6、对烧结产品进行粗磨、细磨以及抛光，以得到所述金属陶瓷刀具。采用这种材料的刀具硬度高，断裂韧性和抗弯强度大，抗氧化性能好，耐用性强。

Description

一种金属陶瓷刀具材料、刀具及制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属陶瓷刀具材料、刀具及制造方法。
背景技术
金属铝、不锈钢已成为智能手机和智能手表的关键壳体材料，CNC加工是其主要手段，目前有近30万台CNC服务于3C产品，CNC加工铝、不锈钢壳体使用主要刀具为进口钨钢，价格贵，并且刀韧容易磨损，影响生产效率，刀具已成为CNC行业加工的主要成本，提高刀具的使用寿命是CNC行业迫切的要求。刀具材料种类繁多，根据统计资料，目前主要刀具材料仍然是高速钢和硬质合金材料，但从发展趋势来看，金属陶瓷刀具材料所占比例逐年增加，是近几年来研究的热点。
金属陶瓷刀具的硬度比硬质合金刀具高，抗氧化性能好，并且断裂韧性和抗弯强度比非金属陶瓷刀具高，其更适合于对铝合金、不锈钢、高强度钢的加工，因此有必要进行高性能金属陶瓷刀具材料的研究，促进其实际应用，金属陶瓷刀具不仅可以大大提高生产效率，还可以解决高速钢和硬质合金刀具的主要成分钨资源在全球范围内的资源枯竭问题。
然而，现有的金属陶瓷刀具产品脆性大，抗变能力小，韧性低，在切削加工时易发生破损，可靠性较差，不稳定，易发生“崩刃”现象，面对高速加工高强度材料时，力不从心，使用寿命有限。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种金属陶瓷刀具材料、刀具及制造方法，解决现有技术中金属陶瓷刀具存在的脆性大、韧性低，并导致刀具整体性能和使用寿命较低的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种金属陶瓷刀具材料，包括按质量百分比的组分如下：
TiNC:70-90％,Cr2C3:4-10％,MoC2:1-2％,Ni:4-20％,Y:0.4-1％。
进一步地：
所述金属陶瓷刀具材料包括按质量百分比的组分如下：
TiNC:75-85％,Cr2C3:4-8％,MoC2:1.2-1.5％,Ni:7.1-13％,Y:0.4-0.8％。
TiNC、Cr2C3和MoC的粒度为400nm-600nm，优选为500nm，Ni的粒度为150nm-400nm，优选为200nm，Y的粒度为100nm-400nm,优选200nm。
一种金属陶瓷刀具，具有所述的金属陶瓷刀具材料。
一种金属陶瓷刀具材料的制作方法，包括以下步骤：
S1、按照所述金属陶瓷刀具材料的配方准备原料；
S2、将原料研磨成粉料,并干燥；
S3、在粉料中加入成形剂并造粒。
一种金属陶瓷刀具的制作方法，包括以下步骤：
S1、按照所述金属陶瓷刀具材料的配方准备原料；
S2、将原料研磨成粉料,并干燥；
S3、在粉料中加入成形剂并造粒；
S4、对造粒料加压成型，得到刀具坯体；
S5、对坯体进行烧结；
S6、对烧结产品进行粗磨、细磨以及抛光，以得到所述金属陶瓷刀具。
进一步地：
步骤S2中，球磨1-3h,球磨完成后在真空下干燥，干燥温度为60-80℃，干燥时间为2-6h。
步骤S3中，所述成形剂为PEG，优选加入总质量百分比1-3％的PEG。
步骤S4中，加压成型的压力为40-60吨，加压成型的时间为1-5min。
步骤S4中，将所述坯体在1300-1500℃下热等静炉中烧结6-10h。
本发明的有益效果：
本发明提供的新型金属陶瓷复合刀具材料采用TiNC、Cr2C3、MoC2、Ni、Y等组分按照本发明的特定配方制成，经实验检测，采用这种材料的刀具，不仅硬度高，而且断裂韧性和抗弯强度大，抗氧化性能好，因此大大提高了耐用度，尤其适合切割难加工的铝合金、不锈钢，可以显著提高手机等产品的生产加工效率，相对于现有的金属陶瓷复合刀具更能节能降耗，能够降低刀具的制作成本与维护成本。
本发明的金属陶瓷刀具的优越性体现在：(1)可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；(2)耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数，并保证被加工工件的小锥度和高精度；(3)加工范围广，可用于高速切削或实现“以车、铣代磨”，且切削效率比传统刀具高。
本发明提供的金属陶瓷刀具具有工效高、使用寿命长、加工质量好、使用方式广等显著特点。经实验检测，本发明提供的金属陶瓷刀具的硬度达到HRA95以上,强度达到2200MPA以上,使用寿命相对于现有刀具提高20％以上。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
在一种实施例中，一种金属陶瓷刀具材料，包括按质量百分比的组分如下：
TiNC:70-90％,Cr2C3:4-10％,MoC2:1-2％,Ni:4-20％,Y:0.4-1％。
在优选实施例中，所述金属陶瓷刀具材料包括按质量百分比的组分如下：
TiNC:75-85％,Cr2C3:4-8％,MoC2:1.2-1.5％,Ni:7.1-13％,Y:0.4-0.8％。
在优选实施例中，TiNC、Cr2C3和MoC的粒度为400nm-600nm，优选为500nm，Ni的粒度为150nm-400nm，优选为200nm，Y的粒度为100nm-400nm,优选200nm。
一种金属陶瓷刀具，具有前述任一实施例的金属陶瓷刀具材料。
一种金属陶瓷刀具材料的制作方法，包括以下步骤：
S1、按照前述任一实施例的金属陶瓷刀具材料配方准备原料；
S2、将原料研磨成粉料,并干燥；
S3、在粉料中加入成形剂并造粒。
一种金属陶瓷刀具的制作方法，包括以下步骤：
S1、按照前述任一实施例的金属陶瓷刀具材料配方准备原料；
S2、将原料研磨成粉料,并干燥；
S3、在粉料中加入成形剂并造粒；
S4、对造粒料加压成型，得到刀具坯体；
S5、对坯体进行烧结；
S6、对烧结产品进行粗磨、细磨以及抛光，以得到所述金属陶瓷刀具。
在优选实施例中，步骤S2中，球磨1-3h,球磨完成后在真空下干燥，干燥温度为60-80℃，干燥时间为2-6h。
在优选实施例中，步骤S3中，所述成形剂为PEG，优选加入总质量百分比1-3％，更优选2％的PEG。
在优选实施例中，步骤S4中，加压成型的压力为40-60吨，更优选50吨，加压成型的时间为1-5min，更优选2min。
在优选实施例中，步骤S4中，将所述坯体在1300-1500℃下热等静炉中烧结6-10h，更优选在1400℃下热等静炉中烧结8h。
在一个典型的具体实施例中，金属陶瓷刀具材料选用如下配置的原材料：TiNC粒度500nm,纯度99.9％；Cr2C3粒度500nm,纯度99.9％。MoC2粒度500nm,纯度99.9％；Ni粒度200nm,纯度99.9％，Y的粒度为200nm,纯度99.9％。
实施例1
1、制备10kg金属陶瓷粉末原料
称取9.8kg金属陶瓷粉末，包括如下质量百分比的组分：TiNC:75％,Cr2C3:8％,MoC2:1.2％,Ni:13％,Y:0.8％。
1)将上述粉末高能球磨2H,球磨完成后在真空下干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为4h。2)往真空干燥后的体系中加入成型剂PEG后喷雾造粒成压制成形料，然后进行加压成型，压力为50吨，加压成型时间为2min，得到坯体。3)将坯体在1400℃下热等静炉中烧结8h，最后对表面进行粗磨与细磨，对打磨后的刀具表面利用金刚石研磨膏进行抛光，开韧，得到成品金属陶瓷刀具。
检测其性能得：本实施例金属陶瓷刀具的硬度92.3HRA，抗弯强度为2050N/mm2，。经切削使用实验证明，本实施例金属陶瓷刀具可应用在铣刀、车刀等切削刀具领域。
实施例2
1、制备10kg金属陶瓷粉末原料
称取9.8kg金属陶瓷粉末，包括如下质量百分比的组分：TiNC:78％,Cr2C3:6％,MoC2:1.5％,Ni:11.9％,Y:0.6％
1)将上述粉末高能球磨2H,球磨完成后在真空下干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为4h。2)往真空干燥后的体系中加入成型剂PEG后喷雾造粒成压制成形料，然后进行加压成型，压力为50吨，加压成型时间为2min，得到坯体。3)将坯体在1400℃下热等静炉中烧结8h，最后对表面进行粗磨与细磨，对打磨后的刀具表面利用金刚石研磨膏进行抛光，开韧，得到成品金属陶瓷刀具S2。
检测其性能得：本实施例金属陶瓷刀具的硬度93.5HRA，抗弯强度为2100N/mm2。经切削使用实验证明，本实施例金属陶瓷刀具可应用在铣刀、车刀等切削刀具领域。
实施例3
1、制备10kg金属陶瓷粉末喂料
称取9.8kg金属陶瓷粉末，材料的组成按质量百分比包括：TiNC:85％,Cr2C3:4％,MoC2:1.5％,Ni:7.1％,Y:0.4％。
1)将上述粉末高能球磨2H,球磨完成后在真空下干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为8h。2)往真空干燥后的体系中加入成型剂PEG后喷雾造粒成压制成形料，然后进行加压成型，压力为50吨，加压成型时间为2min，得到坯体。3)将坯体在1400℃下热等静炉中烧结8h，最后对表面进行粗磨与细磨，对打磨后的刀具表面利用金刚石研磨膏进行抛光，开韧，得到成品金属陶瓷刀具。
检测其性能得：本实施例金属陶瓷刀具的硬度95HRA，抗弯强度为2200N/mm2。经切削使用实验证明，本实施例金属陶瓷刀具可应用在铣刀、车刀等切削刀具领域。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属陶瓷刀具材料，其特征在于,包括按质量百分比的组分如下：
TiNC:70-90％,Cr2C3:4-10％,MoC2:1-2％,Ni:4-20％,Y:0.4-1％。
2.如权利要求1所述的金属陶瓷刀具材料，其特征在于,包括按质量百分比的组分如下：
TiNC:75-85％,Cr2C3:4-8％,MoC2:1.2-1.5％,Ni:7.1-13％,Y:0.4-0.8％。
3.如权利要求1或2所述的金属陶瓷刀具材料，其特征在于,TiNC、Cr2C3和MoC的粒度为400nm-600nm，优选为500nm，Ni的粒度为150nm-400nm，优选为200nm，Y的粒度为100nm-400nm,优选200nm。
4.一种金属陶瓷刀具，其特征在于,所述刀具具有如权利要求1至3任一项所述的金属陶瓷刀具材料。
5.一种金属陶瓷刀具材料的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、按照如权利要求1至3任一项所述的金属陶瓷刀具材料的配方准备原料；
S2、将原料研磨成粉料,并干燥；
S3、在粉料中加入成形剂并造粒。
6.一种金属陶瓷刀具的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、按照如权利要求1至3任一项所述的金属陶瓷刀具材料的配方准备原料；
S2、将原料研磨成粉料,并干燥；
S3、在粉料中加入成形剂并造粒；
S4、对造粒料加压成型，得到刀具坯体；
S5、对坯体进行烧结；
S6、对烧结产品进行粗磨、细磨以及抛光，以得到所述金属陶瓷刀具。
7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于,步骤S2中，球磨1-3h,球磨完成后在真空下干燥，干燥温度为60-80℃，干燥时间为2-6h。
8.如权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于,步骤S3中，所述成形剂为PEG，优选加入总质量百分比1-3％的PEG。
9.如权利要求6至8任一项所述的制作方法，其特征在于,步骤S4中，加压成型的压力为40-60吨，加压成型的时间为1-5min。
10.如权利要求6至9任一项所述的制作方法，其特征在于,步骤S4中，将所述坯体在1300-1500℃下热等静炉中烧结6-10h。
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