[发明专利]聚晶立方氮化硼材料

说明书

本公开涉及一种高cBN含量的聚晶立方氮化硼PCBN材料。粘合剂基质材料包含19至50重量％的铬或其化合物。

发明领域

本公开涉及烧结的聚晶立方氮化硼材料领域，并且涉及制造此类材料的方法。特别地，本公开涉及使用烧结的聚晶立方氮化硼材料机加工钛合金。

背景技术

钛合金具有独特的材料特性组合，从而使它们有资格作为挑战性环境中使用的部件中的材料的主要选择，常见于航空航天、汽车、化学和医疗产业。钛合金的六种最突出的材料特性是高的强度-重量比率、耐腐蚀、低的热膨胀、低弹性模量、低热导率和在升高温度下保持高强度的能力。

然而，这些性能使得钛合金成为难以机加工的材料，这为制造商带来问题，即他们遭受高的生产成本。这是因为用于避免切削工具的快速工具磨损、毁坏性失效或塑性变形的低生产率。

有效实例包括低的弹性模量，已知这会引起震颤；低的热导率和在升高温度下保持高强度的能力在切削刃中产生高温。钛合金的第七种不利特性是与工具材料的强化学反应性，这与高的工具温度结合使切削工具快速劣化。

当机加工钛合金时发现的主要磨损形态是月牙洼磨损、侧面/刀鼻磨损、缺口、开裂、崩裂、塑性变形和毁坏性失效。月牙洼产生(cratering)通常归因于扩散或溶解磨损机制，在这里观察到平滑磨损表面。另外，磨损与侧面磨损发展相关，因为工具材料在升高的切削温度下软化。

PCBN能够在升高的温度下保持高硬度，并且因此在机加工钛合金时越来越普及。然而，PCBN材料与硬质合金工具相比具有更高的成本，从而为了具有成本效益，它们需要表现出更高的生产率，例如高的切削速度和高的金属去除速率。

为了满足这些需求，需要具有先进特性的PCBN材料以改善机加工操作期间的工具寿命。

发明内容

本发明的目的是开发在极端条件下表现良好的用于机加工钛合金的可行替代材料。

根据本发明的第一方面，提供了一种聚晶立方氮化硼PCBN材料，其包含：

-70至95体积％的立方氮化硼cBN颗粒；

-粘合剂基质材料，所述cBN颗粒分散在粘合剂基质材料中，粘合剂基质材料的含量是所述PCBN材料的5体积％至30体积％；

-粘合剂基质材料包含至少50体积％的金属成分；

-所述金属成分包括铬或其化合物，其量是粘合剂基质材料的19至50重量％；其中所述金属成分还包括钒(V)，V的存在量是粘合剂基质材料的15至50重量％。

从属权利要求2至14中提供了第一方面的优选和/或任选特征。

根据本发明的第二方面，提供了包含根据本发明第一方面的PCBN材料的工具，其用于机加工钛、其合金或其化合物。

根据本发明的第三方面，提供了根据本发明第二方面的工具在机加工包含钛的合金或化合物中的用途。

权利要求17或18中提供了第三方面的优选和/或任选的特征。

附图简述

现在将通过实例并参考附图来描述非限制性实施方案，在附图中：

图1是用于机加工的已知工具支架和工具嵌体的透视图；

图2是由适用于图1的工具支架的PCBN材料制成的示例性工具嵌体；

图3是示出用于制造根据本发明的PCBN材料的方法的实施方案的流程图；

图4是显示在轧制退火状态下的Ti6Al4V的显微组织的扫描电子显微术(SEM)显微图；

图5是显示参比(商业)PCBN材料的显微组织的SEM显微图；