[发明专利]一种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，材料包括以下质量百分比组分的原料：Ti(C_0.5,N_0.5)：31.5～35.5％；(Ti,W)C：20.5～25.5％；TiC：8～12％；Mo₂C：10～11％；(Ta,Nb)C：4～9％；VC：0～1.0％；Cr₂C₃：0～0.5％；Co：9％；Ni：6％；Er：0～1.0％；C：0.5％。方法包括：按配比称取原料后加入聚乙二醇和工业乙醇，混合后进行球磨和过筛，再进行喷雾造粒、模压成形、正压氢脱脂、固相烧结、液相烧结和快冷处理即得。将所得Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料制成刀具后能提高其切削稳定性和使用寿命。

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

金属陶瓷作为一种新型的硬质材料，具有高硬度、高耐磨性、红硬性以及化学稳定性，因而被广泛用作刀具材料、模具材料以及耐热、耐磨部件，也得到越来越多的研究者的关注。特别的，作为切削刀具，Ti(C,N)基金属陶瓷具有耐高温、摩擦系数小、抗金属粘着性能好等特点，在精加工、半精加工切削钢件和不锈钢件等方面逐步地部分取代了传统的硬质合金刀具。然而，金属陶瓷刀具具有较差的韧性和抗崩刃性的缺点，存在异常的刀具破裂，若是单纯通过提高粘结相的含量，则可以提高韧性，但同时会造成刀具的耐磨性能大大降低，抗塑性能力的也会下降，最终刀具寿命也较差。因此，通过调整原始成分，在一定程度上能提高金属陶瓷的性能，但是往往使其硬度和韧性难以达到“双高”的特性。而实际上，通过金属陶瓷在制备过程中的特定的工艺控制，能够很好的提升其结构和性能。我们知道金属陶瓷的特征是具有环形相包覆着芯部硬质相，并镶嵌于粘结相中，形成较为复杂的微观结构，其中粘结相和环形相的界面浸润性及环形相的厚度将决定金属陶瓷的微观结构和综合力学性能，最终影响刀具的切削效果。在金属陶瓷的制备过程中，烧结条件在很大程度上决定了环形相的厚度即界面浸润性。因为，在Ti(C,N)基金属陶瓷中，氮元素起到了主要的作用，一方面，在材料中含有一定的氮含量，氮的浓度会影响环形相的厚度及碳氮化物的晶粒，同时也会影响其它元素在粘结相和环形相中的固溶程度；另一方面，氮元素在烧结过程中，在较高的温度下挥发逸出，特别是在固相烧结过程，不仅造成氮浓度的失衡及造成材料内部留下气孔，而且在液相烧结过程中，由于氮浓度梯度的影响，表面浓度低而内部浓度高，而粘结相则会迁移至材料表面，形成富集层，造成表面硬度的降低，形成一种内硬外软的结构，从而大大降低刀具的耐磨性。因此，在烧结过程中，对于工艺控制，特别是对氮的调控对提高材料性能至关重要。

因此有必要提供一种具有梯度变化的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，提高Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的表面耐磨性，及材料的整体的韧性。

发明内容

针对现有技术的不足，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)基金属陶瓷刀具耐磨性和韧性，从而使Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的切削稳定性和使用寿命得到提升。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

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)：31.5～35.5％；(Ti_,W)C：20.5～25.5％；TiC：8～12％；Mo₂C：10～11％；(Ta,Nb)C：4～9％；VC：0～1.0％；Cr₂C₃：0～0.5％；Co：9％；Ni：6％；Er：0～1.0％；C：0.5％。