[发明专利]一种快速制备高热硬性和高强的Ti(Cx

说明书

本发明公开了一种快速制备高热硬性和高强的Ti(Csubgt;x/subgt;,Nsubgt;1‑x/subgt;)基金属陶瓷刀具的方法，属于高强度不锈钢切削刀具新材料领域。本发明高热硬性高强Ti(Csubgt;x/subgt;,Nsubgt;1‑x/subgt;)‑TiBsubgt;2/subgt;‑WC金属陶瓷刀具材料的组成质量比为：Ti 55‑63wt%，BN 8‑15wt%，C 4‑10wt%，W 5‑10%，AlCoCrFeNi高熵合金10‑16wt%。材料经混料造粒、放电等离子反应烧结、磨抛等工艺制备而成。本发明制备出Ti(Csubgt;x/subgt;,Nsubgt;1‑x/subgt;)和TiBsubgt;2/subgt;颗粒达到超细晶、TiBsubgt;2/subgt;呈现出棒晶形态、AlCoCrFeNi高熵合金构建的Ti(Csubgt;x/subgt;,Nsubgt;1‑x/subgt;)基金属陶瓷刀具材料，表现出高热硬性、高强的性能特点，可用于高强度不锈钢材料高效加工。

技术领域

本发明属于金属陶瓷新材料刀具技术领域，具体涉及一种具有高强度切削不锈钢材料用高温、加工硬化严重、高磨损、易积削瘤等难加工特点的快速制备Ti(C_x,N_1-x)-TiB₂-WC-AlCoCrFeNi金属陶瓷刀具的方法。

背景技术

随着我国航空制造技术的不断发展和飞机综合性能的快速提高，对应用于航空领域的结构材料性能提出了更高、更苛刻的要求。高强度不锈钢由于其具有高热强度，高横向韧性，较好的可锻性和耐蚀性，已成为机身主梁、起落架、大应力接头以及高应力紧固件等关键承力件的主要候选材料。然而，高强度不锈钢作为一种典型的难加工材料，在加工过程中，易出现切削力过大、切削温度过高、加工硬化严重以及刀具磨损剧烈等较差切削加工性，直接影响企业的加工成本和效率。因此，常规的WC-Co硬质合金刀具已无法实现对高强度不锈钢的高效精加工。

可实现高强度不锈钢加工的刀具材料主要有涂层硬质合金、Al₂O₃陶瓷和Ti(C_x,N_1-x)基金属陶瓷。涂层硬质合金一般选用TiN和类金刚石作为涂层材料，主要利用涂层材料减少刀具与工件间的扩散和化学反应，一定程度延缓了刀片的磨损与破损。受限于涂层和基体材料之间较低的结合力以及较大的内应力，此类刀具适用于工件的粗加工。Al₂O₃陶瓷硬度高、耐磨损，化学稳定性强，与工件材料粘结轻微，不易产生积屑瘤，但受制于强度低且脆性大的陶瓷离子键结合方式，此类刀具同样适用于工件的粗加工。不同于涂层硬质合金和陶瓷存在的材质硬伤，Ti(C_x,N_1-x)基金属陶瓷融合了金属粘结相(高强韧性)和陶瓷相(高硬度)的优势，获得了理想的综合性能。Ti(C_x,N_1-x)基金属陶瓷具有密度低，红硬性、化学和热稳定性与耐磨性良好，抗粘附性好，对钢摩擦系数低等优点，利于制作低成本高寿命的高效精加工刀具，备受研究人员关注。但是，为了获得高强韧性，制备时加入了高含量的金属粘结相(10-20%)。由于切削高强度不锈钢时被动形成了高温环境，高温下金属变形以位错攀移为主，滑移系增多，甚至产生蠕变危害，导致金属粘结相强度快速降低(俗称“软化”)，弱化了金属陶瓷的强韧性和耐磨性，在服役过程中易出现剥落甚至微崩刃的现象。因此，迫切需要研发兼具高热硬性和高强的Ti(C_x,N_1-x)基金属陶瓷刀具材料。