一种切削难加工材料的金属陶瓷复合刀具的制备方法
阅读说明：本技术 一种切削难加工材料的金属陶瓷复合刀具的制备方法 (Preparation method of metal ceramic composite cutter for cutting difficult-to-machine materials ) 是由 丁海军 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种切削难加工材料的金属陶瓷复合刀具的制备方法,依次包括如下步骤：S1制备表层混合粉；S2制备基体混合粉；S3配比填料；S4真空热压烧结；S5研磨和抛光。本发明制备的刀具材料表层硬度高、耐磨性好、断裂韧度高、抗弯强度高且抗断裂能力好,制造出的刀具综合力学性能满足高速切削刀具的使用要求。(The invention discloses a preparation method of a metal ceramic composite cutter for cutting difficult-to-machine materials, which sequentially comprises the following steps: s1, preparing surface layer mixed powder; s2 preparing matrix mixed powder; s3, proportioning fillers; s4, vacuum hot-pressing sintering; s5 grinding and polishing. The cutter material prepared by the invention has high surface hardness, good wear resistance, high fracture toughness, high bending strength and good fracture resistance, and the comprehensive mechanical properties of the manufactured cutter meet the use requirements of a high-speed cutting cutter.)
技术领域
本发明涉及切削刀具技术领域，特别涉及一种切削难加工材料的金属陶瓷复合刀具的制备方法。
背景技术
切削加工是机械加工应用最广泛的加工方法之一，在金属切削加工过程中，刀具的前刀面和后刀面不断与切屑和工件接触，发生剧烈摩擦，产生很大的切削压力和摩擦热，故接触区处于高温、高压状态。同时，剧烈的摩擦会导致刀具磨损从而加速了刀具失效，使切削无法进行。因此，刀具材料应具备高硬度、高强度、良好的耐磨性和耐热性等特性。
随着新材料科学的不断发展，工程材料的性能越来越优异。为满足新材料的加工要求，传统切削加工逐渐向高速、高效和高精密方向转变和发展，这对刀具材料的使用性能提出了更高的要求。但目前均质刀具材料的硬度与强韧度难以同时提高，涂层刀具又存在涂层薄、层间界面结合力弱等问题。因此，研究与开发能够高速高效切削难加工材料的金属陶瓷复合刀具成为时下研究的热点并具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种切削难加工材料的金属陶瓷复合刀具的制备方法，该刀具材料材料表层硬度高、耐磨性好、断裂韧度高、抗弯强度高且抗断裂能力好，制造出的刀具综合力学性能满足高速切削刀具的使用要求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开了一种切削难加工材料的金属陶瓷复合刀具的制备方法，依次包括如下步骤：
S1将TiB2-TiC复合材料、碳化钒、钼、镍按质量比90～95∶1～5∶2～4∶2～4进行配料，加入无水乙醇球磨，充分混合均匀后真空干燥过100目筛得到表层混合粉；
S2将Ti(C，N)金属陶瓷、钼、镍、钴按质量比85～90∶3～5∶3～5∶4～6进行配料，加入无水乙醇球磨，充分混合均匀后真空干燥过100目筛得到基体混合粉；
S3将表层混合粉、基体混合粉、表层混合粉按质量比1∶10～14∶1依次放入磨具中，每放一层时用料棒压平，确保每一层的厚度均匀，完成装料后用石墨块密封；
S4进行真空热压烧结，升温速率20℃～40℃/min、烧结温度1450℃～1500℃，保温时间30-40min，热压力30-40Mpa；
S5将烧结产物线切割成所需要的尺寸，对其表面进行研磨和抛光，表面粗糙度Ra小于0.1μm。
优选的，TiB2-TiC复合材料中TiB2与TiC的质量比为6～8：2～4。
优选的，Ti(C，N)是由TiC与TiN组成的固溶体，其中TiC与TiN的质量比为6～8：2～4。
表层添加了少量的碳化钒可以提高表层致密度，降低表层烧结温度，增加表层与基体的匹配度，从而提高材料整体力学性能。
优选的，碳化钒粒度≤120nm。
本发明的优点在于：
1、本发明的刀具材料表层硬度高、耐磨性好、断裂韧度高、抗弯强度高且抗断裂能力好，制造出的刀具综合力学性能满足高速切削刀具的使用要求。
2、本发明不需要通过涂层而直接获得表层硬、基体强的高性能切削刀具，其制备方法简单，很大程度上降低了生产成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S1将TiB2-TiC复合材料(TiB2与TiC的质量比为7：3)、碳化钒、钼、镍按质量比91∶4∶2∶3进行配料，加入无水乙醇球磨，充分混合均匀后真空干燥过100目筛得到表层混合粉；
S2将Ti(C，N)金属陶瓷(TiC与TiN的质量比为6.5：3.5)、钼、镍、钴按质量比88∶4∶3∶5进行配料，加入无水乙醇球磨，充分混合均匀后真空干燥过100目筛得到基体混合粉；
S3将表层混合粉、基体混合粉、表层混合粉按质量比1∶12∶1依次放入磨具中，每放一层时用料棒压平，确保每一层的厚度均匀，完成装料后用石墨块密封；
S4进行真空热压烧结，升温速率30℃/min、烧结温度1460℃，保温时间32min，热压力36Mpa；
S5将烧结产物线切割成所需要的尺寸，对其表面进行研磨和抛光，表面粗糙度Ra小于0.1μm。
实施例2
S1将TiB2-TiC复合材料(TiB2与TiC的质量比为6.5：3.5)、碳化钒、钼、镍按质量比93∶3∶2∶2进行配料，加入无水乙醇球磨，充分混合均匀后真空干燥过100目筛得到表层混合粉；
S2将Ti(C，N)金属陶瓷(TiC与TiN的质量比为7.5：2.5)、钼、镍、钴按质量比86∶5∶4∶5进行配料，加入无水乙醇球磨，充分混合均匀后真空干燥过100目筛得到基体混合粉；
S3将表层混合粉、基体混合粉、表层混合粉按质量比1∶10∶1依次放入磨具中，每放一层时用料棒压平，确保每一层的厚度均匀，完成装料后用石墨块密封；
S4进行真空热压烧结，升温速率28℃/min、烧结温度1490℃，保温时间36min，热压力38Mpa；
S5将烧结产物线切割成所需要的尺寸，对其表面进行研磨和抛光，表面粗糙度Ra小于0.1μm。
实施例3
S1将TiB2-TiC复合材料(TiB2与TiC的质量比为7.5：2.5)、碳化钒、钼、镍按质量比92∶3∶3∶2进行配料，加入无水乙醇球磨，充分混合均匀后真空干燥过100目筛得到表层混合粉；
S2将Ti(C，N)金属陶瓷(TiC与TiN的质量比为7：3)、钼、镍、钴按质量比87∶3∶4∶6进行配料，加入无水乙醇球磨，充分混合均匀后真空干燥过100目筛得到基体混合粉；
S3将表层混合粉、基体混合粉、表层混合粉按质量比1∶13∶1依次放入磨具中，每放一层时用料棒压平，确保每一层的厚度均匀，完成装料后用石墨块密封；
S4进行真空热压烧结，升温速率35℃/min、烧结温度1480℃，保温时间38min，热压力32Mpa；
S5将烧结产物线切割成所需要的尺寸，对其表面进行研磨和抛光，表面粗糙度Ra小于0.1μm。
以上实施例1-3所得产品的性能测试方法为：
产品的抗弯强度采用万能材料试验机，跨距设置为20mm，加载速率为0.5mm/min；产品的硬度采用维氏硬度计，加载载荷为9.8N，保压时间为15s；采用金刚石线锯制备宽度为0.16mm的切口预制裂纹，采用三点弯曲实验装置测量材料的断裂韧度，结果列于下表中：
由表中可以看出，本发明产品(实施例1-3)的综合力学性能满足高速切削刀具的使用要求。
本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
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