CN110004345A - 一种高性能金属陶瓷刀具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能金属陶瓷刀具及其制备方法，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：TiC0.5N0.555～65％、WC 5～15％、Ni 6～9％、Co 5～8％、Mo2C 10～14％、NbC 3～6％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。所述方法包括如下步骤：S1：将所述各物料置于尼龙球磨罐中，加入乙醇并采用硬质合金球进行行星球磨；S2：将S1混合好的浆料置于干燥箱中干燥，干燥后加入聚乙烯醇溶液进行造粒，然后放入模具中进行压制；S3：将S2所得物料置于真空炉中脱脂，烧结温度为1480～1500℃，保温时间为1.5～3h。本发明提供的金属陶瓷刀具具有较好的韧性和硬度，使金属陶瓷刀具在切削加工过程中具有高耐磨性的同时，又可以承受较大的冲击。

Description

一种高性能金属陶瓷刀具及其制备方法
技术领域
本发明涉及切削刀具技术领域，具体地，涉及一种高性能金属陶瓷刀具及其制备方法。
背景技术
Ti(C，N)基金属陶瓷因具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱、耐磨损等优良性能而被广泛应用于刀具、模具等。在高温切削加工时，金属陶瓷刀具不但具有优良的抗粘附性和热稳定性，还拥有比硬质合金刀具更好的高温红硬性、耐性和抗氧化性，并且具有自润滑性能。
在日本，金属陶瓷刀具的应用占全部刀具的35％以上，欧美等国也达到20％以上。而在我国，金属陶瓷刀具和陶瓷刀具主要依靠进口，金属陶瓷刀具的使用量仅占刀具总量的3％。由此可见，我国金属陶瓷刀具的研发与生产应用远远落后于发达国家。为实现把我国建设成为全球制造业强国的梦想，必须加快我国金属陶瓷刀具研发、生产与推广应用，以改善加工业的加工精度和产品表面光洁度，提高加工业的加工效率，保证制造业零部件的高质量，全面提高我国制造业水平。虽然Ti(C，N)基金属陶瓷刀具比传统的硬质合金刀具有更好的高温红硬性、耐磨性和抗氧化性，但是冲击韧性、硬度不够是其致命的缺点。
因此，很有必要研发一种具有良好韧性和强度的高性能金属陶瓷刀具。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能金属陶瓷刀具，本发明提供的陶瓷刀具具有良好的韧性和较高的硬度。
本发明的另一目的在于提供上述高性能金属陶瓷刀具的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高性能金属陶瓷刀具，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：
TiC0.5N0.5 55～65％、WC 5～15％、Ni 6～9％、Co 5～8％、Mo2C 10～14％、NbC 3～6％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
在本发明中，TiC0.5N0.5及WC是金属陶瓷刀具的硬质相，Ni、Co为粘结相，由于Co具有比Ni更高的韧性和硬度，与硬质相润湿好，能减少合金的孔隙度，故以Co取代部分Ni可使金属陶瓷具有高硬度和高硬度的良好匹配。而Mo2C和Nbc能显著改善液态金属对硬质相的润湿性，烧结时能抑制碳化物相晶粒的长大，对烧结后金属陶瓷的性能影响也很大。发明人发现当TiC0.5N0.5的粒径在100～150nm之间且C、N比为0.5，与上述用量的其它组分复配制备得到的刀具能够同时具有较好的韧性和硬度。
优选地，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：
TiC0.5N0.5 55～60％、WC 10～15％、Ni 7～7.5％、Co 6.5～7％、Mo2C 11～13％、NbC 3～5％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
优选地，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：TiC0.5N0.558％、WC 12％、Ni 7％、Co 7％、Mo2C 12％、NbC 4％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
优选地，WC、Ni、Co、Mo2C、NbC的粒径为1～5μm。
本发明同时保护上述高性能金属陶瓷刀具的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1：将所述各物料置于尼龙球磨罐中，加入乙醇并采用硬质合金球进行行星球磨；
S2：将S1混合好的浆料置于干燥箱中干燥，干燥后加入聚乙烯醇溶液进行造粒，然后放入模具中进行压制；
S3：将S2所得物料置于真空炉中脱脂，烧结温度为1480～1500℃，保温时间为1.5～3h。
优选地，S1中，硬质合金球的直径为10～15mm，球磨时间为36～48h，转速为150r/min。
优选地，S2中，聚乙烯醇溶液的质量浓度为10～15％；压制压力为240～250MPa。
优选地，S2中，干燥温度为350～400K，干燥时间为16～24h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的金属陶瓷刀具具有较好的韧性和硬度，使金属陶瓷刀具在切削加工过程中具有高耐磨性的同时，又可以承受较大的冲击，获得更高的表面光洁度和较大的切削速率。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种高性能金属陶瓷刀具，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：
TiC0.5N0.5 55％、WC 15％、Ni7％、Co 7％、Mo2C 12％、NbC 4％，C、N比为0.5。C、N比为0.5。
上述金属陶瓷刀具的制备方法如下：
按照上述的比例进行配粉，配好的粉放入尼龙球磨罐中并倒入适量的无水乙醇，采用直径为10mm的硬质合金球进行行星球磨36h，转速为150r/min；
将混合好的浆料放入温度设置为350k的干燥箱中，干燥24h，干燥后加入8wt％浓度10％的聚乙烯醇溶液进行造粒，造粒后放入模具中进行压制，压制压力为250Mpa,放入真空炉中进行脱脂，烧结最高温度为1500℃，保温时间为1.5h。
实施例2
一种高性能金属陶瓷刀具，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：
TiC0.5N0.5 55％、WC 15％、Ni7％、Co 7％、Mo2C 12％、NbC 4％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
上述金属陶瓷刀具的制备方法如下：
按照上述的比例进行配粉，配好的粉放入尼龙球磨罐中并倒入适量的无水乙醇，采用直径为10mm的硬质合金球进行行星球磨36h，转速为150r/min；
将混合好的浆料放入温度设置为350k的干燥箱中，干燥12h，干燥后加入8wt％浓度10％的聚乙烯醇溶液进行造粒，造粒后放入模具中进行压制，压制压力为250Mpa,放入真空炉中进行脱脂，烧结最高温度为1480℃，保温时间为2h。
实施例3
一种高性能金属陶瓷刀具，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：
TiC0.5N0.5 60％、WC 10％、Ni7％、Co 7％、Mo2C 12％、NbC 4％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
上述金属陶瓷刀具的制备方法如下：
按照上述的比例进行配粉，配好的粉放入尼龙球磨罐中并倒入适量的无水乙醇，采用直径为15mm的硬质合金球进行行星球磨48h，转速为180r/min；
将混合好的浆料放入温度设置为400k的干燥箱中，干燥16h，干燥后加入8wt％浓度10％的聚乙烯醇溶液进行造粒，造粒后放入模具中进行压制，压制压力为245Mpa,放入真空炉中进行脱脂，烧结最高温度为1480℃，保温时间为3h。
实施例4
一种高性能金属陶瓷刀具，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：
TiC0.5N0.5 58％、WC 12％、Ni 7％、Co 7％、Mo2C 12％、NbC 4％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
上述金属陶瓷刀具的制备方法如下：
按照上述的比例进行配粉，配好的粉放入尼龙球磨罐中并倒入适量的无水乙醇，采用直径为15mm的硬质合金球进行行星球磨36h，转速为150r/min；
将混合好的浆料放入温度设置为350k的干燥箱中，干燥12h，干燥后加入8wt％浓度10％的聚乙烯醇溶液进行造粒，造粒后放入模具中进行压制，压制压力为250Mpa,放入真空炉中进行脱脂，烧结最高温度为1500℃，保温时间为2h。
对上述各实施例制备得到的金属陶瓷刀具的性能进行测试，测试方法如下，测试结果见下表1。
(1)抗弯强度采用三点弯曲方法在万能材料试验机上进行测试单位为MPa；
(2)硬度使用维氏硬度计(10KG)的力进行压痕法测硬度单位为HV；
(3)致密度体积密度测试依据GB-T2413-1981标准依据阿基米德排水法测定式样的体积，并称量其质量，算出其实际密度(g/cm3)，致密度＝理论密度/实际密度
表1实施例1～4制备得到的金属陶瓷刀具的性能测试
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高性能金属陶瓷刀具，其特征在于，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：
TiC0.5N0.5 55～65％、WC 5～15％、Ni 6～9％、Co 5～8％、Mo2C 10～14％、NbC 3～6％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
2.根据权利要求1所述高性能金属陶瓷刀具，其特征在于，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：
TiC0.5N0.5 55～60％、WC 10～15％、Ni 7～7.5％、Co 6.5～7％、Mo2C 11～13％、NbC 3～5％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
3.根据权利要求1所述高性能金属陶瓷刀具，其特征在于，所述高性能金属陶瓷刀具由如下质量份数的组分制备得到：TiC0.5N0.5 58％、WC 12％、Ni 7％、Co 7％、Mo2C 12％、NbC4％；其中TiC0.5N0.5的粒径为100～150nm，C、N比为0.5。
4.根据权利要求1～3任一所述高性能金属陶瓷刀具，其特征在于，WC、Ni、Co、Mo2C、NbC的粒径为1～5μm。
5.权利要求1～3任一所述高性能金属陶瓷刀具的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：将所述各物料置于尼龙球磨罐中，加入乙醇并采用硬质合金球进行行星球磨；
S2：将S1混合好的浆料置于干燥箱中干燥，干燥后加入聚乙烯醇溶液进行造粒，然后放入模具中进行压制；
S3：将S2所得物料置于真空炉中脱脂，烧结温度为1480～1500℃，保温时间为1.5～3h。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中，硬质合金球的直径为10～15mm，球磨时间为36～48h，转速为150r/min。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S2中，聚乙烯醇溶液的质量浓度为10～15％；压制压力为240～250MPa。
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S2中，干燥温度为350～400K，干燥时间为16～24h。
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