一種刀具用合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于刀具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種刀具用合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機(jī)械加工中，切削時刀具不斷與切肩和工件接觸并發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦，很容易造 成刀具急劇磨損，從而降低刀具壽命。在機(jī)械加工領(lǐng)域，刀具材料應(yīng)用最多的是合金鋼材 料。傳統(tǒng)的合金鋼刀具的硬度、韌性和耐磨性均不佳，在機(jī)械切削加工時，容易折斷磨損而 需要經(jīng)常更換，增加了切削加工成本；此外，對于一些硬度高的材料或者產(chǎn)品形狀尺寸特殊 的情況，傳統(tǒng)的合金鋼刀具無法勝任。因此，需要提供一種硬度、韌性和耐磨性均良好的刀 具用材料，以適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 要解決的技術(shù)問題是：為了解決上述問題的至少一種，提供一種高硬度、耐磨且韌 性佳的刀具用合金材料及其制備方法。
[0004] 技術(shù)方案：為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種刀具用合金材料，各組成成分的 質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉20~32份、碳化硅18~27份、氮化鉭9~14份、鋁化鈦5~12份、碳纖維4~10 份、硫化鎢2~5份、釩氮合金4~8份、磷酸硅6~13份、鎳粉5~11份、鐵粉30~42份和有機(jī)添 加劑9~22份。
[0005] 所述碳纖維的長度為l~2um。
[0006] 所述有機(jī)添加劑為石蠟成型劑。
[0007] 所述碳化娃的平均粒徑小于2um，所述硫化媽的平均粒徑小于1. 5um。
[0008] 優(yōu)選的，所述的刀具用合金材料，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉25~32份、碳化 硅18~23份、氮化鉭9~14份、鋁化鈦6~12份、碳纖維4~8份、硫化鎢3~5份、釩氮合金4~8 份、磷酸硅7~13份、鎳粉7~11份、鐵粉33~42份和有機(jī)添加劑11~22份。
[0009] 進(jìn)一步，優(yōu)選的，所述的刀具用合金材料，其特征在于，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為： 鉻粉29份、碳化硅21份、氮化鉭12份、鋁化鈦8份、碳纖維7份、硫化鎢3份、釩氮合金5 份、磷酸硅10份、鎳粉8份、鐵粉35份和有機(jī)添加劑16份。
[0010] 所述的刀具用合金材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 按照一定質(zhì)量份數(shù)稱取各原料； (2) 將除有機(jī)添加劑外的所有原料投入置球磨機(jī)中，加入適量的丙酮，濕磨一夜，干燥 后過200目篩； (3) 將有機(jī)添加劑加入步驟（2)中混合攪拌均勻； (4) 將步驟（3)中所得混合料置于注射成型機(jī)中成為生坯； (5) 將所得生坯先置于真空爐中，在900°C下進(jìn)行真空脫膠；然后再轉(zhuǎn)置于壓力爐中， 于800~1400°C，氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行燒結(jié)； (6) 自然冷卻至室溫，即可。
[0011] 所述步驟（5)中所述燒結(jié)條件為：先以15°C/min的速度升溫至1400°C，并保溫 50min，然后以5°C/min的速度降至1200°C，并保溫30min;再以8°C/min的速度降溫至 800°C，并保溫lh。
[0012] 本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供的合金材料硬度高、韌性好且耐磨，硬度值 高達(dá)219~257HB，斷裂韌性為8. 8~10. 2MPa/m2,材料的表面磨損值為0. 12~0. 19mm。由于對 比例中未添加氮化鉭、釩氮合金和磷酸硅，硬度和斷裂韌性值明顯下降，而表面磨損值也增 大，這說明合金材料中氮化鉭、釩氮合金和磷酸硅對提高合金材料的耐磨性、韌性以及硬度 發(fā)揮著重要作用。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng) 當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限 制。
[0014] 實(shí)施例1 一種刀具用合金材料，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉20份、碳化硅18份、氮化鉭9 份、鋁化鈦5份、碳纖維4份、硫化鎢2份、釩氮合金4份、磷酸硅6份、鎳粉5份、鐵粉30份 和有機(jī)添加劑9份。
[0015] 其中，所述碳纖維的長度為l~2um。所述有機(jī)添加劑為石蠟成型劑。所述碳化硅 的平均粒徑小于2um，所述硫化媽的平均粒徑小于1. 5um。
[0016] 所述的刀具用合金材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 按照一定質(zhì)量份數(shù)稱取各原料； (2) 將除有機(jī)添加劑外的所有原料投入置球磨機(jī)中，加入適量的丙酮，濕磨一夜，干燥 后過200目篩； (3) 將有機(jī)添加劑加入步驟（2)中混合攪拌均勻； (4) 將步驟（3)中所得混合料置于注射成型機(jī)中成為生坯； (5) 將所得生坯先置于真空爐中，在900°C下進(jìn)行真空脫膠；然后再轉(zhuǎn)置于壓力爐中， 于800~1400°C，氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行燒結(jié)，具體燒結(jié)條件為：先以15°C/min的速度升溫至 1400°C，并保溫50min，然后以5°C/min的速度降至1200°C，并保溫30min;再以8°C/min的 速度降溫至800°C，并保溫lh; (6) 自然冷卻至室溫，即可。
[0017] 實(shí)施例2 一種刀具用合金材料，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉25份、碳化硅23份、氮化鉭10 份、鋁化鈦6份、碳纖維8份、硫化鎢3份、釩氮合金5份、磷酸硅7份、鎳粉7份、鐵粉33份 和有機(jī)添加劑11份。
[0018] 上述所述的刀具用合金材料的制備方法及其它內(nèi)容參見實(shí)施例1所述，在此不再 贅述。
[0019]實(shí)施例3 一種刀具用合金材料，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉26份、碳化硅22份、氮化鉭12 份、鋁化鈦9份、碳纖維7份、硫化鎢3份、釩氮合金6份、磷酸硅9份、鎳粉8份、鐵粉36份 和有機(jī)添加劑16份。
[0020] 上述所述的刀具用合金材料的制備方法及其它內(nèi)容參見實(shí)施例1所述，在此不再 贅述。
[0021] 實(shí)施例4 一種刀具用合金材料，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉29份、碳化硅21份、氮化鉭12 份、鋁化鈦8份、碳纖維7份、硫化鎢3份、釩氮合金5份、磷酸硅10份、鎳粉8份、鐵粉35 份和有機(jī)添加劑16份。
[0022] 上述所述的刀具用合金材料的制備方法及其它內(nèi)容參見實(shí)施例1所述，在此不再 贅述。
[0023] 實(shí)施例5 一種刀具用合金材料，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉32份、碳化硅27份、氮化鉭14 份、鋁化鈦12份、碳纖維10份、硫化鎢5份、釩氮合金8份、磷酸硅13份、鎳粉11份、鐵粉 42份和有機(jī)添加劑22份。
[0024] 上述所述的刀具用合金材料的制備方法及其它內(nèi)容參見實(shí)施例1所述，在此不再 贅述。
[0025] 對比例1 一種合金材料，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉20份、碳化硅18份、鋁化鈦5份、碳纖 維4份、硫化鎢2份、鎳粉5份、鐵粉30份和有機(jī)添加劑9份。
[0026] 所述的合金材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 按照一定質(zhì)量份數(shù)稱取各原料； (2) 將除有機(jī)添加劑外的所有原料投入置球磨機(jī)中，加入適量的丙酮，濕磨一夜，干燥 后過200目篩； (3) 將有機(jī)添加劑加入步驟（2)中混合攪拌均勻； (4) 將步驟（3)中所得混合料置于注射成型機(jī)中成為生坯； (5) 將所得生坯先置于真空爐中，在900°C下進(jìn)行真空脫膠；然后再轉(zhuǎn)置于壓力爐中， 于氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行燒結(jié)，具體燒結(jié)條件為：先以15°C/min的速度升溫至1400°C，并保溫 50min，然后以5°C/min的速度降至1200°C，并保溫30min;再以8°C/min的速度降溫至 800°C，并保溫lh; (6) 自然冷卻至室溫，即可。
[0027] 性能測試 對上述實(shí)施例和對比例中所制備的合金材料進(jìn)行機(jī)械性能測試，其測試結(jié)果如下表所 示：
[0028] 由上述測試結(jié)果可知，本發(fā)明提供的合金材料硬度高、韌性好且耐磨，硬度值高達(dá) 219~257HB，斷裂韌性為8. 8~10. 2MPa/m2,材料的表面磨損值為0. 12~0. 19mm。由于對比例 中未添加氮化鉭、釩氮合金和磷酸硅，硬度和斷裂韌性值明顯下降，而表面磨損值也增大， 這說明合金材料中氮化鉭、釩氮合金和磷酸硅對提高合金材料的耐磨性、韌性以及硬度發(fā) 揮著重要作用。
【主權(quán)項】
1. 一種刀具用合金材料，其特征在于，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉20~32份、碳化 硅18~27份、氮化鉭9~14份、鋁化鈦5~12份、碳纖維4~10份、硫化鎢2~5份、釩氮合金4~8 份、磷酸硅6~13份、鎳粉5~11份、鐵粉30~42份和有機(jī)添加劑9~22份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具用合金材料，其特征在于，所述碳纖維的長度為l~2um。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具用合金材料，其特征在于，所述有機(jī)添加劑為石蠟成型 劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具用合金材料，其特征在于，所述碳化硅的平均粒徑小于 2um，所述硫化媽的平均粒徑小于1. 5um。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具用合金材料，其特征在于，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻 粉25~32份、碳化硅18~23份、氮化鉭9~14份、鋁化鈦6~12份、碳纖維4~8份、硫化鎢3~5 份、釩氮合金4~8份、磷酸硅7~13份、鎳粉7~11份、鐵粉33~42份和有機(jī)添加劑11~22份。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具用合金材料，其特征在于，各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻 粉29份、碳化硅21份、氮化鉭12份、鋁化鈦8份、碳纖維7份、硫化鎢3份、釩氮合金5份、 磷酸硅10份、鎳粉8份、鐵粉35份和有機(jī)添加劑16份。7. 權(quán)利要求1至6任一項所述的刀具用合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 按照一定質(zhì)量份數(shù)稱取各原料； (2) 將除有機(jī)添加劑外的所有原料投入置球磨機(jī)中，加入適量的丙酮，濕磨一夜，干燥 后過200目篩； (3) 將有機(jī)添加劑加入步驟（2)中混合攪拌均勻； (4) 將步驟（3)中所得混合料置于注射成型機(jī)中成為生坯； (5) 將所得生坯先置于真空爐中，在900°C下進(jìn)行真空脫膠；然后再轉(zhuǎn)置于壓力爐中， 于800~1400°C，氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行燒結(jié)； (6) 自然冷卻至室溫，即可。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的刀具用合金材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（5)中所 述燒結(jié)條件為：先以15°C/min的速度升溫至1400°C，并保溫50min，然后以5°C/min的速 度降至1200°C，并保溫30min;再以8°C/min的速度降溫至800°C，并保溫lh。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種刀具用合金材料及其制備方法，該合金材料的各組成成分的質(zhì)量份數(shù)為：鉻粉20~32份、碳化硅18~27份、氮化鉭9~14份、鋁化鈦5~12份、碳纖維4~10份、硫化鎢2~5份、釩氮合金4~8份、磷酸硅6~13份、鎳粉5~11份、鐵粉30~42份和有機(jī)添加劑9~22份。本發(fā)明所提供的合金材料的硬度值高達(dá)219~257HB，斷裂韌性為8.8~10.2MPa/m2，材料的表面磨損值為0.12~0.19mm，顯示良好的硬度、韌性和耐磨性，可適合苛刻環(huán)境的加工應(yīng)用需求。
【IPC分類】C22C1/05, C22C30/00, C22C32/00
【公開號】CN105296781
【申請?zhí)枴緾N201510869038
【發(fā)明人】姚振紅
【申請人】蘇州捷德瑞精密機(jī)械有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年12月2日