CN107815621A - 一种模具用高强度金属陶瓷材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模具用高强度金属陶瓷材料，按质量份数计包括以下组分：硼化锆：6‑12份、氧化钼：7‑11份、氧化锌：7‑13份、三氧化二铝：7‑10份、铬：30‑35份、钨：8‑11份、氧化锡：3‑5份、二氧化钛：5‑9份、镍：18‑23份、钴：6‑8份、氧化镁：6‑7份、氧化铈：3‑5份、二氧化硅：8‑12份、锰：2‑6份、铜：1‑4份、氢化钛：3‑4份、钒酸锂：2‑3份、硼酸铝晶须：3‑6份、硬脂酸锌：2‑5份、硫酸钡：5‑11份、碳酸钙：20‑25份、石墨：15‑20份、稀土元素：2‑3份；本发明具有良好的抗弯强度、断裂韧性，同时延长了使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及模具材料技术领域，具体涉及一种模具用高强度金属陶瓷材料。
背景技术
传统的模具材料多为纯金属合金材料，但近年来，随着加工业的不断发展壮大，对模具的质量也提出了越来越高的要求，为了追求企业利润最大化，人们不断尝试在制造出一种高寿命耐高温的优质模具，以尽可能的分摊成本投入，但传统的合金模具在高强度工作环境下普遍寿命不高，经高温及长期磨损下易开裂损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模具用高强度金属陶瓷材料，具有高强度、硬度和耐腐蚀性，能够延长使用的寿命。
本发明为了实现上述目的，提供技术方案是：一种模具用高强度金属陶瓷材料，按质量份数计包括以下组分：硼化锆：6-12份、氧化钼：7-11份、氧化锌：7-13份、三氧化二铝：7-10份、铬：30-35份、钨：8-11份、氧化锡：3-5份、二氧化钛：5-9份、镍：18-23份、钴：6-8份、氧化镁：6-7份、氧化铈：3-5份、二氧化硅：8-12份、锰：2-6份、铜：1-4份、氢化钛：3-4份、钒酸锂：2-3份、硼酸铝晶须：3-6份、硬脂酸锌：2-5份、硫酸钡：5-11份、碳酸钙：20-25份、石墨：15-20份、稀土元素：2-3份；
其中稀土元素包括以下重量百分比的成分：镨：15-20%、钕：8-13%、钷:5-9%、钐：2-5%、钪：2-4%、铕：4-6%、镝：12-15%，余量为钇。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的按质量份数计包括以下组分：硼化锆：8份、氧化钼：9份、氧化锌：10份、三氧化二铝：7份、铬：30份、钨：8份、氧化锡：4份、二氧化钛：8份、镍：20份、钴：7份、氧化镁：6份、氧化铈：4份、二氧化硅：10份、锰：4份、铜：2份、氢化钛：3份、钒酸锂：2份、硼酸铝晶须：4份、硬脂酸锌：4份、硫酸钡：8份、碳酸钙：22份、石墨：17份、稀土元素：2份；
其中稀土元素包括以下重量百分比的成分：镨：17%、钕：9%、钷:6%、钐：3%、钪：2%、铕：5%、镝：13%，余量为钇。
前述的按质量份数计包括以下组分：硼化锆：10份、氧化钼：11份、氧化锌：12份、三氧化二铝：9份、铬：33份、钨：10份、氧化锡：5份、二氧化钛：9份、镍：23份、钴：8份、氧化镁：7份、氧化铈：5份、二氧化硅：12份、锰：5份、铜：3份、氢化钛：4份、钒酸锂：3份、硼酸铝晶须：5份、硬脂酸锌：5份、硫酸钡：10份、碳酸钙：24份、石墨：19份、稀土元素：3份；
其中稀土元素包括以下重量百分比的成分：镨：19%、钕：12%、钷:8%、钐：4%、钪：4%、铕：5%、镝：14%，余量为钇。
前述的模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，具体包括球磨、熔炼、浇铸、成型烧结、热处理、机械加工。
前述的球磨为将配料送至球磨机中，采用湿法球磨方式进行球磨15-20h，然后在60-70℃下的真空环境下干燥10-15h。
前述的熔炼温度为750-820℃，时间为3-4h。
前述的浇铸温度为830-900℃，时间为20-25s。
前述的成型烧结为将毛坯置于真空热压烧结炉中，以升温速度为10-15℃/min升温至1000-1200℃温度，并在40-50MPa压力下，烧结1-2小时，然后先采用风冷以20-25℃/冷却至180-220℃，在空冷至室温。
前述的热处理为将毛坯放置淬火炉中温度升至700-740℃，保温1-2h，然后采用雾状的淬火液以5-10℃/s的冷却速率将毛坯冷至180-230℃，再进行回火，回火温度为400-460℃，时间为50-60min。
本发明的有益效果是：本发明采用上述材料制备的模具，具有高强度和硬度，其中加入量稀土金属，能够填补金属材料之间的缺陷，阻碍晶粒长大，具有晶化细粒的作用，使枝晶网络更为清晰，从而改善金属陶瓷的热塑性，稀土元素的引入，对金属陶瓷材料的耐腐蚀性和抗高温氧化性具有一定的提高，同时也提高了强度和韧性；
本发明抗弯强度能达到为230-250MPa，硬度能达到600MPa以上，具有良好的抗弯强度、断裂韧性，有较长的使用寿命，克服了传统的金属陶瓷模具材料的易开裂、韧性差而导致使用寿命短的不足。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种模具用高强度金属陶瓷材料，按质量份数计包括以下组分：硼化锆：8份、氧化钼：9份、氧化锌：10份、三氧化二铝：7份、铬：30份、钨：8份、氧化锡：4份、二氧化钛：8份、镍：20份、钴：7份、氧化镁：6份、氧化铈：4份、二氧化硅：10份、锰：4份、铜：2份、氢化钛：3份、钒酸锂：2份、硼酸铝晶须：4份、硬脂酸锌：4份、硫酸钡：8份、碳酸钙：22份、石墨：17份、稀土元素：2份；
其中稀土元素包括以下重量百分比的成分：镨：17%、钕：9%、钷:6%、钐：3%、钪：2%、铕：5%、镝：13%，余量为钇。
本实施例提供一种模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，具体包括球磨、熔炼、浇铸、成型烧结、热处理、机械加工；
其中，球磨为将配料送至球磨机中，采用湿法球磨方式进行球磨16h，然后在65℃下的真空环境下干燥13h；
熔炼温度为790℃，时间为3.5h；
浇铸温度为860℃，时间为23s；
成型烧结为将毛坯置于真空热压烧结炉中，以升温速度为10℃/min升温至1150℃温度，并在45MPa压力下，烧结1.5小时，然后先采用风冷以20℃/冷却至200℃，在空冷至室温；
热处理为将毛坯放置淬火炉中温度升至720℃，保温1.5h，然后采用雾状的淬火液以5℃/s的冷却速率将毛坯冷至220℃，再进行回火，回火温度为440℃，时间为55min。
实施例2
本实施例提供一种模具用高强度金属陶瓷材料，按质量份数计包括以下组分：硼化锆：10份、氧化钼：11份、氧化锌：12份、三氧化二铝：9份、铬：33份、钨：10份、氧化锡：5份、二氧化钛：9份、镍：23份、钴：8份、氧化镁：7份、氧化铈：5份、二氧化硅：12份、锰：5份、铜：3份、氢化钛：4份、钒酸锂：3份、硼酸铝晶须：5份、硬脂酸锌：5份、硫酸钡：10份、碳酸钙：24份、石墨：19份、稀土元素：3份；
其中稀土元素包括以下重量百分比的成分：镨：19%、钕：12%、钷:8%、钐：4%、钪：4%、铕：5%、镝：14%，余量为钇。
本实施例提供一种模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，具体包括球磨、熔炼、浇铸、成型烧结、热处理、机械加工；
其中，球磨为将配料送至球磨机中，采用湿法球磨方式进行球磨18h，然后在67℃下的真空环境下干燥12h；
熔炼温度为810℃，时间为3h；
浇铸温度为880℃，时间为20s；
成型烧结为将毛坯置于真空热压烧结炉中，以升温速度为15℃/min升温至1180℃温度，并在50MPa压力下，烧结1小时，然后先采用风冷以25℃/冷却至180℃，在空冷至室温；
热处理为将毛坯放置淬火炉中温度升至730℃，保温1h，然后采用雾状的淬火液以10℃/s的冷却速率将毛坯冷至200℃，再进行回火，回火温度为460℃，时间为50min。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种模具用高强度金属陶瓷材料，其特征在于，按质量份数计包括以下组分：硼化锆：6-12份、氧化钼：7-11份、氧化锌：7-13份、三氧化二铝：7-10份、铬：30-35份、钨：8-11份、氧化锡：3-5份、二氧化钛：5-9份、镍：18-23份、钴：6-8份、氧化镁：6-7份、氧化铈：3-5份、二氧化硅：8-12份、锰：2-6份、铜：1-4份、氢化钛：3-4份、钒酸锂：2-3份、硼酸铝晶须：3-6份、硬脂酸锌：2-5份、硫酸钡：5-11份、碳酸钙：20-25份、石墨：15-20份、稀土元素：2-3份；
其中稀土元素包括以下重量百分比的成分：镨：15-20%、钕：8-13%、钷:5-9%、钐：2-5%、钪：2-4%、铕：4-6%、镝：12-15%，余量为钇。
2.根据权利要求1中所述的模具用高强度金属陶瓷材料，其特征在于：按质量份数计包括以下组分：硼化锆：8份、氧化钼：9份、氧化锌：10份、三氧化二铝：7份、铬：30份、钨：8份、氧化锡：4份、二氧化钛：8份、镍：20份、钴：7份、氧化镁：6份、氧化铈：4份、二氧化硅：10份、锰：4份、铜：2份、氢化钛：3份、钒酸锂：2份、硼酸铝晶须：4份、硬脂酸锌：4份、硫酸钡：8份、碳酸钙：22份、石墨：17份、稀土元素：2份；
其中稀土元素包括以下重量百分比的成分：镨：17%、钕：9%、钷:6%、钐：3%、钪：2%、铕：5%、镝：13%，余量为钇。
3.根据权利要求1中所述的模具用高强度金属陶瓷材料，其特征在于：按质量份数计包括以下组分：硼化锆：10份、氧化钼：11份、氧化锌：12份、三氧化二铝：9份、铬：33份、钨：10份、氧化锡：5份、二氧化钛：9份、镍：23份、钴：8份、氧化镁：7份、氧化铈：5份、二氧化硅：12份、锰：5份、铜：3份、氢化钛：4份、钒酸锂：3份、硼酸铝晶须：5份、硬脂酸锌：5份、硫酸钡：10份、碳酸钙：24份、石墨：19份、稀土元素：3份；
其中稀土元素包括以下重量百分比的成分：镨：19%、钕：12%、钷:8%、钐：4%、钪：4%、铕：5%、镝：14%，余量为钇。
4.根据权利要求1-3中任意所述的模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：具体包括球磨、熔炼、浇铸、成型烧结、热处理、机械加工。
5.根据权利要求4所述的模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述球磨为将配料送至球磨机中，采用湿法球磨方式进行球磨15-20h，然后在60-70℃下的真空环境下干燥10-15h。
6.根据权利要求4所述的模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述熔炼温度为750-820℃，时间为3-4h。
7.根据权利要求4所述的模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述浇铸温度为830-900℃，时间为20-25s。
8.根据权利要求4所述的模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述成型烧结为将毛坯置于真空热压烧结炉中，以升温速度为10-15℃/min升温至1000-1200℃温度，并在40-50MPa压力下，烧结1-2小时，然后先采用风冷以20-25℃/冷却至180-220℃，在空冷至室温。
9.根据权利要求4所述的模具用高强度金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述热处理为将毛坯放置淬火炉中温度升至700-740℃，保温1-2h，然后采用雾状的淬火液以5-10℃/s的冷却速率将毛坯冷至180-230℃，再进行回火，回火温度为400-460℃，时间为50-60min。
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