[发明专利]高密度亚微细晶粒金属陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及切削刀具材料，具体涉及一种金属陶瓷。

背景技术

做为切削刀具材料的金属陶瓷是上世纪五十年代问世的，与硬质合金相比，金属陶瓷成份以TiC做为硬质相、以Ni和Mo做为粘结相，优点是红硬性好，同时还可以节约大量战略物资“钨”。但由于其韧性差、易打刀，只能在精加工时使用。经过近六十年的发展，金属陶瓷做为切削刀具材料也得到了长足发展。现代技术中金属陶瓷的化学成份中虽然硬质相主要还是TiC，同时也适量加入了TiN、TaC（或NbC）、WC，粘结相也不只是Ni和Mo，同时还加入了Co，构成TiC-TiN-Ta（Nb）C-WC-Mo-Ni-Co合金。由于WC的加入，其密度从初期的6g/cm³左右提高到7g/cm³，甚至达到7.5g/cm³，其抗弯强度也从初期的100kg/mm²提升到180kg/mm²以上，但是其抗冲击性能仍然不如硬质合金。目前金属陶瓷的主要用途仍然是做为“P”类（ISO标准切削钢类刀具材料）或“K”类（ISO标准切削铸铁类刀具材料）的精加工和半精加工，虽然现在某些高韧性金属陶瓷商业牌号产品能进行P类小断面粗铣加工，但其切削速度只能在200M/min以下，不能满足不锈钢（适用于ISO标准中“M”类切削刀具材料）的高速铣削的需要。

不锈钢是切削加工中最难加工的材料之一，在切削加工中存在切削力大、易打刀、易粘刀、加工硬化严重等问题，目前切削不锈钢只能选用最优良的M类非涂层硬质合金或价格昂贵的M类涂层硬质合金刀片，但是在小断面粗铣时当切削速度超过300M/min时刀具寿命也不理想。当前在装备制造业中，不锈钢构件越来越多，提高其切削加工效率是当务之急。

发明内容

 本发明的目的是为了解决现有技术中不锈钢切削加工效率低、加工成本高的问题，提供一种高密度亚微细晶粒金属陶瓷。

本发明的技术解决方案是：

高密度亚微细晶粒金属陶瓷，由下列成份：TiC、TiN、TaC、WC、Mo、Co+Ni、Al加工而成，各成份的重量百分比为：TiC：19～21wt%、TiN：12～16wt%、TaC：8～10wt%、WC：30～35wt%、Mo：3～5wt%、Co+Ni：18～21wt%、Al：0.8～1.2wt%。

本发明的技术效果是：本发明产品可以在切削速度大于300M/min的条件下小断面粗铣不锈钢，使不锈钢的切削效率成倍增长，并使加工成本大幅度降低。与现有技术中的金属陶瓷相比具有如下特点：第一、钛化合物（TiC+TiN）总量＜38wt%，是最低的、WC总量＞30wt%，是最高的，粘结相Ni+Al+Co总量为19～22wt%，也是最高的，所以本发明产品不仅有很高的抗弯强度，同时具有很高的抗冲击性能；第二、本发明产品是亚微细晶粒结构，不仅具有较高的硬度，同时红硬性也非常好；第三、本发明产品有极好的抗粘结性能，做为切削刀具材料不仅适用于ISO513-2004标准中的“Ｐ”类（切削钢用），同时更适用于“Ｍ”类；第四、本发明产品在小断面粗铣不锈钢时切削速度在超过300M/min时具有良好的寿命，使不锈钢的粗铣效率成倍提高，而现有技术产品只有在精铣时切削速度较高，而在粗铣时切削速度不能超过２00M/min。

理论分析如下：

一、现有技术中钛化合物（TiC+TiN）含量高，主要是发挥其红硬性好的优势，但是其抗塑性变形能力和抗冲击性能差，所以只在高速精加工中有优势，本发明产品采用低钛化合物含量和高ＷＣ含量不仅可以提高产品的抗塑性变形能力，同时也可以提高抗冲击性能，以满足于冲击力很大的粗铣的需要； 

二、较高量的TaC的加入一可以改善钛化合物的湿润性，提高和粘结相的粘结强度，二可以提高产品的红硬性和抗冲击疲劳性能；

三、Mo的适量加入可以在产品烧结过程中与Ti、Ta、W、C、N等形成复杂的碳氮化物固熔体，改善硬质相的湿润性，并提高产品的抗弯强度、抗冲击性能、红硬性和耐磨性；

四、较高量的WC加入一可以提高产品抗塑性变形能力，二可以提高产品的抗冲击性能；

五、很高量的粘结相加入，主要是提高产品的抗弯强度和抗冲击性能。同时粘结相中除Ni+Co外还加入了适量的Al，产品在烧结过程中可以形成Ni3Al,使粘结相得到强化，从而提高产品的抗弯强度和抗冲击性能；