[发明专利]一种金属陶瓷切削工具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工和粉末冶金领域，具体涉及一种基于粒径优化组合方式的金属陶瓷切削工具材料及其制备方法。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷刀具因具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性以及极低的摩擦系数而受到国内外的普遍关注，主要应用于钢材和铸铁的高速精加工。Ti(C,N)基金属陶瓷已显示了其作为传统的WC-Co硬质合金的升级替代材料的巨大潜力。其高温硬度优于高速钢和WC基硬质合金，韧性优于陶瓷和超硬材料刀具，在加工范围上也刚好填补了WC基硬质合金刀具与陶瓷刀具之间的空白。

近年来我国有关部门也投入大量力量并已研制出一些牌号的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具，其产品在切削领域可以部分取代YG8、YT15等硬质合金刀具。但国内的硬质合金和金属陶瓷刀具的生产状况不容乐观，表现出来的特征是生产质量不稳定，无法与进口刀片相媲美。中国市场上正在试用的金属陶瓷刀具的综合性能明显低于日本市场上常用的金属陶瓷刀具的性能，且产品性能不稳定，特别是强韧性较差，因此金属陶瓷刀具基本上没有得到实际应用。目前中国刀具市场上大部分高档刀具均依赖进口，而进口刀具的成本相当昂贵，甚至还得配套进口机床，这使工件加工的成本大大增加。

国内现有已公开专利技术皆公布了具有表面硬度≥92.0HRA，抗弯强度≥2000Mpa的金属陶瓷切削工具材料的制备技术，但其制备技术大多过于繁复，过程控制难度较大，难于制备出稳定的高性能烧结体，实际所制备烧结体均匀性较差。且目前国内市场上也未见稳定的高性能国产的Ti（C,N）基金属陶瓷产业化产品。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种良品率高、质量稳定、综合性能好的金属陶瓷切削工具材料及其制备方法。

本发明采用这样的技术方案来实现，本发明一种金属陶瓷切削工具材料，由以下各组分原始粉末制成：Ti(C,N)-Ni-Mo-WC-Cr₂C₃-C，各个组分的添加量按照重量百分比计为：Ni 13%~22%,Mo 10%~16%,Cr₂C₃≤1.0%,C 0.8%~1.5%,WC 5%~12%,其余为Ti(C,N)；

其中，原始粉末中各组分颗粒的粒径采用优化组合方式配比，各组分粉末颗粒按其粒径分布范围不同可以分为两级分布或三级分布；

进一步，所述三级分布为，原始粉末中各组分颗粒的粒径分布范围为2~3um,1~1.5um,0.4~0.8um，各组分中各级粒径分布范围的颗粒在该组分中的重量百分比分别为：50%~65%，25%~40%，10%~25%；

进一步，所述原始粉末中，C、N原子比为：2.5~3.2，Mo/(Mo+Ni)=0.20~0.35。

一种金属陶瓷切削工具材料的制备方法，包含以下步骤：

步骤一，配料

将原始粉末按照各组分的重量比，以粒径优化组合方式配制混合粉，用常规的混料方法将混合粉在球磨罐内采用湿混工艺充分混合，干燥后得混合料。

步骤二，成型

将步骤一中获得的混合料在模具内压制成形，压制压力为150~200Mpa。

步骤三，烧结

设定烧结升温曲线，将步骤二获得的压坯采用先期高真空烧结，烧结温度范围低压烧结的方法烧制成型，在烧结温度以下采用高真空烧结，在烧结温度区间内采用低压烧结。

步骤四，冷却

烧结完成后将材料冷却至室温。

其中，所述步骤三的烧结过程为：在400℃以下，真空度保持在10~10^-2Pa之间，以保证试样中所含的水分和酒精等有机物的有效挥发；温度高于400℃~1400℃，真空度保持在10^-210^-3Pa，便于试样在液相出现前，气体尽可能地挥发、排除，有利于后续烧结时材料致密度的提高；烧结温度在1400℃~1450℃区间，采用低压烧结方式，所充气体为氩气，气压为4~5MPa，进一步提高烧结体的致密度；

进一步，为提高烧结效率和降低烧结试样的内应力，防止试样弯曲开裂，所述步骤四的冷却方式，在1450~1050℃温度区间采用快冷-缓冷-快冷-炉冷相结合的方式；首先快冷，冷却速度5~9℃/min，冷却10~20min；缓冷，冷却速度2~0.5℃/min，冷却45~180min；再快冷，冷却速度15~25℃/min，冷却8~15min；1050℃以后为炉冷。