[发明专利]Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法，刀具材料包括以下质量百分比组分的原料：Ti(C_0.5,N_0.5):20.5～55.5％,(Ti_39.8W_46.9)C:0～35.5％,WC:0～15％,TiC:0～12％,Mo₂C:10～11％,TaC:5～7％,VC:0～1.5％,Co:6～9％,Ni:6～9％,C:0～1％。制备方法包括混料与湿磨、喷雾造粒、模压成形，以及脱脂与烧结。本发明通过调整碳化物、碳氮化物之间的关系，使Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度、硬度、断裂韧性和耐磨性等性能得到提升，从而有效改善了刀具的切削性能。

技术领域

本发明涉及金属陶瓷材料领域，特别涉及一种Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

现代机械加工技术的快速发展对切削刀具材料提出了越来越高的要求，金属陶瓷制成的刀具作为一种高红硬性、耐腐蚀性、表面加工质量极好，可适应干式切削的低成本的新型刀具越来越得到重视。但由于金属陶瓷材质韧性较低，抗塑性变形能力差，导致金属陶瓷刀具的寿命较低。目前金属陶瓷制备出的金属陶瓷刀具，其硬质相主要来自元素周期表中过渡金属第4族，第5族和第六族的金属碳化物、氮化物、碳氮化物及其固溶体组成，且主要包含的金属元素为Ti。众所周知，金属陶瓷结构包括硬质相和粘结相，而硬质相又包含了芯部和环形相，芯部又分为“黑芯”和“白芯”。研究表明，“黑芯”主要为未溶解的TiCN颗粒，具有高硬度而与粘结相浸润性差，而“白芯”则为重金属元素固溶所形成的硬质相，具有较低硬度而与粘结相浸润性较好。而环形相对硬质相和粘结相起到很好的浸润性，能大大提高金属陶瓷的韧性和抗弯强度。环形相主要是金属元素Ti,W,Mo,Ta等通过溶解-析出的机制富集到芯部表面，继而很好的润湿“芯部”硬质相和粘结相。而粘结相主要是Fe族元素Fe、Co、Ni，当然，目前也有以Fe作为部分粘结金属，但Fe对硬质相的润湿性差，大大降低了合金的综合性能，并不适用于金属陶瓷刀具的使用。

Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性，而且还具有优良的化学稳定性，与金属间的摩擦系数也很小，用其制成的金属陶瓷刀具具有以下优点：刀具耐磨性能高、允许较大的切削速度和较大的进刀量，被加工工件具有较好的表面性能等。中国专利201811453225.7公开了Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法和应用，制备方法包括混料、压坯、脱胶和烧结，实施例制备得到的Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度较高，但是断裂韧性和抗弯强度有待进一步提高。中国专利201410082829.0公开了一种采用Ni₃Al和Ni为粘结剂的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法，制备方法主要包括球磨混料、模压变形、真空脱脂和真空烧结的步骤，实施例制备得到的Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性较高，但是抗弯强度有待进一步提高。

因此有必要提供一种Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，提高Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度、硬度及断裂韧性等整体性能。

发明内容

本发明提供了一种Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法，其目的是为了提高Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度、硬度及断裂韧性，使Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的切削稳定性和寿命得到提升。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料，包括以下质量百分比组分的原料：Ti(C_0.5,N_0.5):20.5～55.5％,(Ti_39.8W_46.9)C:0～35.5％,WC:0～15％,TiC:0～12％,Mo₂C:10～11％,TaC:5～7％,VC:0～1.5％,Co:6～9％,Ni:6～9％,C:0～1％。