[发明专利]SiC晶须增韧碳氮化钛基金属陶瓷切削刀片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作工具的材料，特别是指一类晶须增韧复合碳氮化钛[Ti(CN)]基金属陶瓷切削刀具材料。本发明还涉及一种上述材料的制作方法。

背景技术

人们习惯将TiC/Ti(CN)基金属陶瓷复合材料直接称为金属陶瓷，而将传统WC-Co硬质合金复合材料称为硬质合金。目前大量生产的金属陶瓷切削刀片，大多数是以碳氮化钛[Ti(CN)]作为主相，以金属粘结相和碳化物硬质相作为添加剂，通过混合成型后经高温烧结制备出来的。这种金属陶瓷切削刀片与传统的硬质合金切削刀片相比，具有红硬性高、摩檫系数低、耐磨性好、耐腐蚀性高等优势，但抗弯强度和冲击韧性远不如传统的硬质合金切削刀片。与TiC基金属陶瓷相比，Ti(CN)基金属陶瓷切削刀片红硬性高、横向断裂强度高、抗氧化性强、热导率高，并且由于Ti(CN)基金属陶瓷晶粒更细，其高温抗蠕变性能也有明显的改善。在切削过程中，由于Ti(CN)形成焓较高，可以有效的避免粘刀、划痕和切削瘤的形成，良好的后刀面磨损性能可以使刀具在较高切削速度下依然保持较长的刀具寿命，并有利于去除切屑。因此，Ti(CN)基金属陶瓷切削刀具适合于高速铣、精车或半精车碳钢和不锈钢，甚至包括TiC基金属陶瓷刀具难加工的超合金等材料。近十年来，研究工作者为了提高结构陶瓷复合材料韧性，采用了相变增韧、晶须增韧和颗粒增韧等方法，但一直在摸索之中。所以未来的Ti(CN)基金属陶瓷的发展方向还是要不断提高其强度和韧性。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提高碳氮化钛[Ti(CN)]基金属陶瓷切削刀片的抗弯强度和冲击韧性，提出了一种SiC晶须增韧Ti(CN)基金属陶瓷切削刀片的制备方法。通过添加SiC晶须增韧剂，采用更新的工艺方案和材料配方来达到Ti(CN)基金属陶瓷切削刀片的抗弯强度和冲击韧性的提高，使这类切削刀片得到广泛的应用。

根据本发明的目的所提出的一种SiC晶须增韧碳氮化钛[Ti(CN)]基金属陶瓷切削刀片的制备方法是：以碳氮化钛[Ti(CN)]作为主相，采用SiC晶须作为增韧剂，以金属粘结相和碳化物硬质相作为添加剂，经过混合成型后真空烧结而成。其中技术关键点在于：

(1)原料选配：碳氮化钛[Ti(CN)]为主要原料，用SiC晶须作为增韧剂，晶须平均直径为0.5～1.0μm，长度10～40μm，熔点2700℃，理论密度3.2g/cm3，弹性模量为414GPa，热膨胀系数为4.7×10-6/℃，加入量为总重量的8％～30％，以金属钼、镍、钴、钽(Mo、Ni、Co、Ta)作为粘结相和碳化物碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化铌(NbC)硬质相作为添加剂，碳氮化钛[Ti(CN)]与SiC晶须的重量比可为65∶35～80∶20，其二者重量之和为W，金属Ni、Co、Mo粘结相的加入量为重量W的51.7～58.6％，硬质相TiC、WC、NbC的加入量为重量W的82.5～87％。

(2)SiC晶须的分散：将SiC晶须放入极性溶剂(如水、乙醇、乙丙醇等)和分散剂的混合物中，经机械搅拌和超声波振荡制成悬浮溶液，以确保SiC晶须稳定分散。

(3)工艺过程：在未加SiC晶须之前，将配料投入到不锈钢球磨罐中研磨，研磨球为6mm的WC-Co硬质合金球，研磨介质为酒精，湿磨80-90小时，加入成型剂和增韧剂的料浆卸出后经干燥过筛制粒，在粉末压制机上压制成型，然后在真空烧结炉中烧结致密的刀片。具体的制备工艺为：配料→湿磨→(加成形剂和增韧剂)混合料浆→干燥→过筛→控粒→压制成型→真空烧结→制品。

(4)材料的真空烧结：将压制成型后的胚体放入真空烧结炉中烧结，为了材料更好的致密化，真空烧结温度设置为1460℃～1570℃。

通过本发明所制作出的Ti(CN)基金属陶瓷切削刀片具有高强度、高韧性和更好的耐磨性、耐热性等优良的切削性能。适合于高速铣、精车或半精车碳钢和不锈钢、淬硬钢、合金耐磨铸铁、高强度钢等一系列超硬难加工的材料。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步的描述。

本发明为一种SiC晶须增韧Ti(CN)基金属陶瓷切削刀片，是以碳氮化钛[Ti(CN)]作为主相，采用SiC晶须作为增韧剂，以金属粘结相和碳化物硬质相作为添加剂，经过混合成型后真空烧结而成。其中技术关键点在于：