[发明专利]一种陶瓷/金属陶瓷刀具的深冷处理方法

说明书

技术领域

本发明属于材料热处理工艺技术领域，涉及到刀具的热处理，特别涉及到陶瓷/金属陶瓷成品刀片的深冷处理方法。

背景技术

深冷处理，又称超低温处理，是指用冷却介质把材料按一定速率冷却到-130℃～-196℃以下，冷冻一段时间后，再将材料以一定速率升温到室温的处理方法。深冷处理在黑色金属、有色金属、金属合金、碳化物、塑料、硅酸盐等材料领域得到广泛应用，可以显著提高材料的力学性能和使用寿命、稳定尺寸、改善均匀性、减小变形，而且操作简便、不破坏工件、无污染、成本低，具有良好的发展前景。

陶瓷材料以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性成为目前一种最有前途的高速切削刀具材料，在生产中有广泛的应用前景。在高速切削领域和切削难加工材料方面扮演着越来越重要的角色。且由于它具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、导热系数低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀性好等特点，在其他材料性能不能满足要求的条件下而得到广泛的应用。

近年来，陶瓷刀具产业取得了快速的发展，现代陶瓷刀具材料多为复合材料。目前应用于刀具的陶瓷材料主要为氧化铝系、氮化硅系、硼化钛系和金属陶瓷等系列。而其中的金属陶瓷基复合材料是上世纪三十年代逐渐发展起来的一种新型材料。金属陶瓷是一种由金属或合金与一种或几种陶瓷相所组成的非均质复合材料，其中后者约占15％～85％(体积)金属陶瓷刀具的硬度比硬质合金刀具高，抗氧化性能好，并且断裂韧性和抗弯强度比非金属陶瓷刀具高，其更适合于对淬火钢、高强度钢以及铸铁的加工，金属陶瓷刀具不仅可以大大提高生产效率，还可以解决高速钢与硬质合金刀具的主要成分钨资源在全球范围内的资源枯竭问题。金属陶瓷含钨少，具有硬度高、抗磨性强、摩擦系数和切削力小等优点，预计金属陶瓷刀具材料将代替WC基硬质合金，成为整个刀具材料中的新生力量。

深冷处理工艺已经在高速钢刀具、硬质合金刀具上大量应用，并且能明显提高这两种刀具的寿命，但是对各类刀具的深冷工艺没有系统研究，并且针对陶瓷或金属陶瓷刀具的深冷处理，目前国内外还没有研究的报道，且陶瓷或金属陶瓷强韧性差、易崩刃的问题也亟待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对陶瓷或者金属陶瓷刀具的深冷处理工艺，适合刀具厂家利用深冷处理提高刀具使用寿命。

本发明的技术方案是：

将陶瓷/金属陶瓷成型刀具清洗擦拭后，放入程序控制的深冷箱中。采用对流换热的系统。深冷处理介质为液氮，利用汽化潜热及低温氮气吸热使处理箱及被冷物件温度降低，通过控制液氮的输入量和风机的转速来控制降温速度，并实现对处理温度的自动调节(温度调节范围为是-196℃～200℃)。深冷处理工艺过程如下：

先从室温降到-100℃～-120℃，冷却速度为1.5℃/min，保温1h；再降温到-150℃～-196℃，冷却速度为2℃/min，保温2～24h。深冷处理后，关闭液氮输入阀，开始加热回火：回火温度为100℃～200℃，加热速度为2℃/min，保温1～4h，而后自然冷却到室温。

将深冷工艺处理后的刀具，安装到机床上，进行试刀实验，加工工件数提高50％～150％。

以上所述陶瓷/金属陶瓷成型刀具是指氧化铝基陶瓷刀具系列、氮化硅基陶瓷刀具系列、涂层陶瓷刀具系列、TiC基金属陶瓷刀具系列、Ti(C，N)基金属陶瓷刀具系列。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明为陶瓷/金属陶瓷成品刀具厂家提供了一种深冷处理工艺，解决了陶瓷/金属陶瓷刀具韧性差、容易崩刃导致寿命低的问题。

(2)本发明深冷系统为对流换热的系统，依靠这种系统对材料进行深冷处理时，具有换热效果好、降温速度和处理温度可控、温度分布均匀等优点。

(3)本发明深冷工艺曲线，采用分段进行，稳定了深冷效果。

具体实施方式

下面结合技术方案，详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1：

将Al₂O₃基陶瓷刀具，清洗擦拭后，放入程序控制的深冷箱中，设定工艺开始深冷处理，工艺为：先从室温降到-100℃，冷却速度为1.5℃/min，保温1h；再降温到-150℃，冷却速度为2℃/min，保温24h。深冷处理后，关闭液氮输入阀，开始加热回火：回火温度为100℃，加热速度为2℃/min，保温4h，而后自然冷却到室温。

将深冷工艺处理后的刀具，安装到机床上，进行试刀实验，加工材料为35CrMnSiA，加工工件数从深冷前的84件提高124件，提高率为50％。

实施例2：