納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料及制備方法，該材料采用納米TiCxN（1-x）為原料，其中x=0.1-0.9，并且加入特殊添加成分Me，其中材料各組分的質(zhì)量百分比為：TiCxN（1-x）：30-70%，其余為A（W：0-15%，Mo：1-20%；Ni：0-20%，Co：0-20%，F(xiàn)e：0-10%；Nb：0-10%；Zr：0-10%；Ta：0-5%，Cr：0-5%，V：0-5%，C：4-10%，N：2-6%）+Me，即TiCxN（1-x）+A+Me。本材料的強度和韌性均等同或高于傳統(tǒng)的WC基硬質(zhì)合金，并且適用范圍廣，制備工藝簡便。
【專利說明】納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控刀具材料領(lǐng)域，具體涉及納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)刀具的主要材料為高速鋼、自上世紀初德國人發(fā)明WC基硬質(zhì)合金后，以數(shù)倍于高速鋼刀具的加工效率，在機加工領(lǐng)域得到了迅猛的普及和應(yīng)用，至今WC基硬質(zhì)合金刀具已使用了近百年時間而仍然占據(jù)數(shù)控刀具市場的主要地位。
[0003]WC基硬質(zhì)合金刀具材料需消耗大量的金屬W資源，我國是世界W資源大國占有全球約40%的礦產(chǎn)資源，近年來也面臨資源日益減少并瀕于匱乏的局面，同時W因是軍工領(lǐng)域不可替代的重要戰(zhàn)略資源，硬質(zhì)合金行業(yè)大量消耗W且資源日趨匱乏已是發(fā)達國家普遍面臨的重要課題。
[0004]1970年代日本利用TiC中引入N元素生產(chǎn)TiCN金屬陶瓷刀具材料，使TiCN基金屬陶瓷刀具得到了大量的推廣，目前日本已有30%的數(shù)控刀具使用TiCN基材料，其主要硬質(zhì)相TiCN的晶粒度為0.6-3u但缺點是該刀具材料強度及韌性不敵WC基硬質(zhì)合金材料，迄今為止國內(nèi)外有關(guān)TiCN基金屬陶瓷刀具材料及相關(guān)專利，其缺點是只能應(yīng)用于背吃刀量小、進給小的精加工或半精加工領(lǐng)域，而不能適用用于背吃刀量大、進給大的粗加工領(lǐng)域，從而限制了 TiCN基金屬陶瓷刀具材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料及制備方法。
[0006]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料，該材料采用納米TiCxN (l-χ)為原料，并且加入特殊添加成分Me，材料各組分的質(zhì)量百分比為=TiCxN (l-χ):30-70%，其余為A (W:0-15%, Mo:1-20% ；N1:0-20%, Co:0-20%, Fe:0-10% ；Nb:0-10% ；Zr:0-10% ；Ta:0_5%，Cr:
0-5%,V:0-5%, C:4-10%, N:2-6%) +Me。
[0007]納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
a、按材料各組分的質(zhì)量百分比含量=TiCxN (l-χ):30-70%，其余為A (W:0-15%, Mo:
1-20%；N1:0-20%, Co:0-20%, Fe:0-10% ；Nb:0-10% ；Zr:0-10% ；Ta:0_5%，Cr:0_5%，V:0_5%，C:4-10,N:2-6)+Me進行配料，加入固液質(zhì)量比1:(0.5?2)的純水或工業(yè)酒精作為溶劑，并加入石臘或PEG成型劑,在真空球磨機中混合攪拌60?IOOh,制成混合料衆(zhòng)。
[0008]b、將步驟a料漿經(jīng)過離心式或閉路溶劑回收式噴霧干燥塔，進行噴霧干燥制粒，制備平均粒度為30?200 μ m的合金混合料。
[0009]C、將步驟b混合料通過模具經(jīng)機械壓機用100-200Mpa/cm2壓力壓制成設(shè)定形狀的壓坯。
[0010]d、將步驟C的壓坯放入真空加壓燒結(jié)爐，升溫速度為5-15°C/min，在1410-1480°c實施加壓燒結(jié)，到達燒結(jié)溫度保溫20-40分鐘后并實施加壓燒結(jié)20-30分鐘，加壓壓力5-10MPa/cm2。然后經(jīng)冷卻出爐即制成燒結(jié)坯，經(jīng)加工后制成納米晶TiCN金屬陶瓷數(shù)控刀具。
[0011]進一步的，原料TiCxN (1-X)其χ=0.1-0.9，并且TiCxN (l_x)使用平均晶粒度為30-300nm的納米級原料。
[0012]進一步的，所述的特殊添加成分Me為Nb、Zr、Mn、Cr、V…等元素中的一種或幾種元素。
[0013]進一步的，余下的A中各成分物質(zhì)的平均晶粒度為1.0-1.5 μ m。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
采用本發(fā)明技術(shù)方案，通過采用納米TiCxN (l-χ)原料，以及特有的制造工藝技術(shù)制備納米TiCxN (l-χ)金屬陶瓷材料及刀具，成功解決了 TiCxN (l-χ)金屬陶瓷材料的強度和韌性低于WC基硬質(zhì)合金的致命缺點，實現(xiàn)了 TiCxN (l-χ)金屬陶瓷在整個加工領(lǐng)域全面替代傳統(tǒng)WC基硬質(zhì)合金刀具的這一目標。本發(fā)明的材料適用于制備CNC數(shù)控刀具，礦山工具、軋輥、非標刀具、各種耐磨零件以及其他耐腐蝕用零部件、結(jié)構(gòu)材料等、結(jié)構(gòu)部件等。
[0015]本發(fā)明與以往國內(nèi)外TiCxN (l-χ)基金屬陶瓷不同的特點，是主要硬質(zhì)相TiCxN(l-χ)使用平均晶粒度為30-300nm的納米級原料,并加入特殊的添加成分Me。
【具體實施方式】
[0016]以下為本發(fā)明的技術(shù)方案具體實施例，制備方法按上述材料配方、工藝流程及工藝參數(shù)分別制成數(shù)控刀具成品。與實施例1~3相對比的現(xiàn)有方法為合金成分相同、不同之處僅是原材料TiCN的平均晶粒度為1.5 μ m。
[0017]現(xiàn)有方法:
使用平均晶粒度1.5 μ m的通常晶粒度TiCa5Na5 ;其他各組分重量百分比:Ti 40-50%、Mo 10%、(Ta+Nb+Zr) 4_8%、W 5.0%、Co 6_10%、Ni 8-14%,C 6.5%、N 4.5%、Me 2% ；BP 1.5ymTiCN+A+Me,按本發(fā)明的方法制得“對比產(chǎn)品”。
[0018]實施例1:
使用平均晶粒度300nm的納米TiC0.5N0.5 ;其他各組分重量百分比:Ti 40-50%,Mo 10%、(Ta+Nb+Zr) 4-8%, W 5.0%、Co 6-10%, Ni 8-14%, C 6.5%、N 4.5%、Me 2-5%;即300nmTiCN+A+Me,按本發(fā)明的方法制得“產(chǎn)品I ”。
[0019]實施例2:
使用平均晶粒度IOOnm的納米TiC0.5N0.5 ;其他各組分重量百分比:Ti 40-50%,Mo 10%、(Ta+Nb+Zr) 4-8%, W 5.0%、Co 6-10%, Ni 8-14%, C 6.5%、N 4.5%、Me 2_5%，即100nmTiCN+A+Me,按本發(fā)明的方法制得“產(chǎn)品2”。
[0020]實施例3:
使用平均晶粒度50nm的納米TiC0.5N0.5 ;其他各組分重量百分比:Ti 40-50%,Mo 10%、(Ta+Nb+Zr) 4-8%, W 5.0%、Co 6-10%, Ni 8-14%, C 6.5%、N 4.5%、Me 2-5% -M50nmTiCN+A+Me,按本發(fā)明的方法制得“產(chǎn)品3”。[0021]現(xiàn)有方法與實施例1-3所制備的合金的性能對比，如表1所述:
【權(quán)利要求】
1.納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料，其特征在于，該材料采用納米TiCxN(1-x)為原料，并且加入特殊添加成分Me，材料各組分的質(zhì)量百分比為:TiCxN (l_x):30~70%，其余為 A (W:0~15%，Mo:1-20% ；N1:0~20%，Co:0~20%，F(xiàn)e:0~10% ；Nb:(TlO% ；Zr:0~10% ；Ta:0~5%，Cr:0~5%，V:0~5%，C:4-10%, N:2-6%) +Me。
2.納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a、按材料各組分的質(zhì)量百分比含量:TiCxN(1-x):30-70%，其余為A (W:0-15%, Mo:1-20% ；N1:0-20%, Co:0-20%, Fe:0-10% ；Nb:0-10% ；Zr:0-10% ；Ta:0-5%, Cr:0-5%, V:0-5%,C:4-10,N:2-6)+Me進行配料，加入固液質(zhì)量比1:(0.5~2)的純水或工業(yè)酒精作為溶劑，并加入石臘或PEG成型劑,在真空球磨機中混合攪拌60~1OOh,制成混合料衆(zhòng); b、將步驟a料漿經(jīng)過離心式或閉路溶劑回收式噴霧干燥塔，進行噴霧干燥制粒，制備平均粒度為30~200 μ m的合金混合料； C、將步驟b混合料通過模具經(jīng)機械或液壓式壓機用100-200Mpa/cm2壓力壓制成設(shè)定形狀的壓坯； d、將步驟c的壓坯放入真空加壓燒結(jié)爐，升溫速度為5-15°C /min，在1410-1480°C實施加壓燒結(jié)，到達燒結(jié)溫度時保溫30-60分鐘，然后實施加壓燒結(jié)20-40分鐘，加壓壓力5-10MPa/cm2，然 后經(jīng)冷卻出爐即制成燒結(jié)還，最后經(jīng)加工制成納米晶TiCN金屬陶瓷數(shù)控刀具。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料，其特征在于，原料TiCxN (1-x)其x=0.1-0.9，并且TiCxN (l-χ)使用平均晶粒度為30_300nm的納米級原料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料，其特征在于，所述的特殊添加成分Me為Nb、Zr、Mn ,Cr, V……等元素中的一種或幾種元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶粒度TiCN基金屬陶瓷數(shù)控刀具材料，其特征在于，余下的A中各成分物質(zhì)的平均晶粒度為1.0-1.5 μ m。
【文檔編號】C22C1/05GK103834842SQ201410112886
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】何旭東 申請人:龍具硬質(zhì)合金（蘇州）有限公司