CN105586524A - 一种主要成分是Al2O3为材料的刀具制造加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主要成分是Al2O3为材料的刀具制造加工工艺。该发明属于机械加工和热处理技术领域，该材料主要成分为Al2O3，添加有金属元素或者金属碳化物等，硬度高，耐磨性好，其硬度为HRA93-99，抗弯强度为0.75-0.097GPa，其高温性能和化学稳定性均优于硬质合金，因此本发明在其中加入了一定量的TiC,CuC2等以改变刀具韧性并增加刀具的美观，同时加入金属Ni、Gr、Mn等，加强各组织的结合并且可以抑制组织的长大，从而改善了道具的抗冲击强度，在压铸成形后进行了热处理和表面处理，使得刀具的韧性和耐磨性更高，最后对刀头进行电镀和防腐处理，从而令刀具的散热性能挺高且使用寿命大大提高。
Description
技术领域
该发明属于机械加工和热处理技术领域，本发明涉及Al2O3及其刀具，尤其是一种主要成分是Al2O3为材料的刀具制造加工方法。
背景技术
传统的切削刀具，大多高速钢、硬质合金钢为材料，主要用来切削铸铁、淬硬钢等金属材料。这些切削刀具的硬度、耐磨性能、韧性、耐高温性能都有一定的局限性，使用寿命短，后来随着技术的发展发明了新的刀具材料，纯Si3N4刀具或者纯Al2O3刀具，但这些刀具材料抗冲击性差，断裂韧性不好，抗弯能力弱，切削速度不平稳，易形成机械瘤，而且工效低，不仅耗费时间，而且震动大，容易产生尖叫声，导致被加工表面光洁度差，工件易变形，经常导致零件报废，造成重大经济损失，而且刀具刃口破损失效，刀具使用寿命不高，而且散热性不好。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种主要成分是Al2O3为材料的刀具制造加工方法。
本发明设计了一种主要成分是Al2O3为材料的刀具制造加工工艺，该刀具材料主要包括了下列元素的百分比含量：Al2O375％-80％，TiC2.4％-4.8％，CuC23.41％-3.78％，Ni2.31％-2.78％，Gr0.56％-0.91％，Mn1.51％-1.47％，S<0.03％,P<0.025％，其它为不可避免的杂质，优选Al2O375％-80％，TiC2.4％-4.8％，CuC23.41％-3.78％，Ni2.31％-2.78％，Gr0.56％-0.91％，Mn1.51％-1.47％，S<0.03％,P<0.025％，采用了下列的加工工艺为：(1)热压烧结坯料，将Al2O3与TiC，CuC2以及金素元素置于球磨机中球磨混合5-6h，然后通过超声震荡混合物，混合处理40-70分钟，采用整体铸造法铸造刀坯，即热压烧结成型法，充型速度为20-30m/s，压力为300-500kg/cm2条件下配料的熔融金属液压入金属铸型，在压铸过程保持温度为1700-1900℃，压铸时间为40-120分钟，开启动取出铸件。生产效率高，金属浪费少，工艺稳定，且金属无污染，获得铸件质量好,(2)对压铸成形的刀具坯料进行淬火+回火处理，采用分级淬火法，将刀具坯料投入温度为220-290℃盐浴中保持适当时间后空冷，再高温回火，回火温度为530-620℃，(3)将时效处理后的刀具进行表面渗氮，送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为520-630℃，保温40-60分钟，后出炉空冷,之后将其置于通有氢气的炉内，加热到870-920℃，以氢气为载体将CH4带入反应器，将TiC，CuC2等沉积在刀具表面。最后抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(4)对工件表面电镀处理，电镀液的浓度配比含量如下：硝酸铜45-63g/L，氯化镁80-120g/L，醋酸钾27-55g/L，硫酸45-60g/L，氯化铜25-40g/L，光亮剂35-40ml/L，电镀溶液温度控制在40-50℃，电镀时间为30-50分钟，对电镀后的工件进行钝化处理，对工件进行彩钝，加热时间为1-2h，加热温度：60-80℃，(5)将刀具放入微弧氧化工作槽中，防腐液为碳酸盐体系工作溶液，其组成成分为：碳酸氢铵25-29g/L，碳酸钾13-15g/L，硅酸钾10-15g/L，氢氧化钾20-25g/L，乙酸铵4-8g/L，二氧化锰6-9g/L，溶液Ph为7.5-8.4，电流密度为100-120A/dm2，电压为800-900V，电源频率为1500-1700Hz，时间为20-300分钟，在刀具表面产生微弧氧化反应并在原位生成防腐膜层或硬质膜层。
本发明优点如下：添加有金属元素或者金属碳化物等，硬度高，耐磨性好，其硬度为HRA93-99，抗弯强度为0.75-0.097GPa，其高温性能和化学稳定性均优于硬质合金，因此本发明在其中加入了一定量的TiC,CuC2等以改变刀具韧性并增加刀具的美观，同时加入金属Ni、Gr、Mn等，加强各组织的结合并且可以抑制组织的长大，从而改善了道具的抗冲击强度，在压铸成形后进行了热处理和表面处理，使得刀具的韧性和耐磨性更高，最后对刀头进行电镀和防腐处理，从而令刀具的散热性能挺高且使用寿命大大提高，该发明的刀具综合机械性好，切削速度稳定，耐磨性好，硬度高，断裂韧性好，耐高温性好，脆性进一步降低。
具体实施方式
实施例一
设计了一种刀具制造加工工艺，该刀具材料主要成分是Al2O3，其元素的百分比含量：Al2O375％，TiC2.4％，CuC23.41％，Ni2.31％，Gr0.56％，Mn1.51％，S<0.03％,P<0.025％，其它为不可避免的杂质，采用了下列的加工工艺为：(1)热压烧结坯料，将Al2O3与TiC，CuC2以及金素元素置于球磨机中球磨混合5-6h，然后通过超声震荡混合物，混合处理40分钟，采用整体铸造法铸造刀坯，充型速度为20m/s，压力为300kg/cm2条件下配料的熔融金属液压入金属铸型，在压铸过程保持温度为1700℃，压铸时间为40分钟，开启动取出铸件。生产效率高，金属浪费少，工艺稳定，且金属无污染，获得铸件质量好,(2)对压铸成形的刀具坯料进行淬火+回火处理，采用分级淬火法，将刀具坯料投入温度为220℃盐浴中保持适当时间后空冷，再高温回火，回火温度为530℃，(3)将时效处理后的刀具进行表面渗氮，送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为520℃，保温40分钟，后出炉空冷,之后将其置于通有氢气的炉内，加热到870℃，以氢气为载体将CH4带入反应器，将TiC，CuC2等沉积在刀具表面。最后抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(4)对工件表面电镀处理，电镀液的浓度配比含量如下：硝酸铜45g/L，氯化镁80g/L，醋酸钾27g/L，硫酸45g/L，氯化铜25g/L，光亮剂35ml/L，电镀溶液温度控制在40℃，电镀时间为30分钟，对电镀后的工件进行钝化处理，对工件进行彩钝，加热时间为1h，加热温度：60℃，(5)将刀具放入微弧氧化工作槽中，防腐液为碳酸盐体系工作溶液，其组成成分为：碳酸氢铵25g/L，碳酸钾13g/L，硅酸钾10g/L，氢氧化钾20g/L，乙酸铵4g/L，二氧化锰6g/L，溶液Ph为7.5，电流密度为100A/dm2，电压为800V，电源频率为1500Hz，时间为20分钟，在刀具表面产生微弧氧化反应并在原位生成防腐膜层或硬质膜层。
实施例二
设计了一种刀具制造加工工艺，该刀具材料主要成分是Al2O3，其元素的百分比含量：Al2O380％，TiC4.8％，CuC23.78％，Ni2.78％，Gr0.91％，Mn1.47％，S<0.03％,P<0.025％，其它为不可避免的杂质，采用了下列的加工工艺为：(1)热压烧结坯料，将Al2O3与TiC，CuC2以及金素元素置于球磨机中球磨混合6h，然后通过超声震荡混合物，混合处理70分钟，采用整体铸造法铸造刀坯，即热压烧结成型法，充型速度为30m/s，压力为500kg/cm2条件下配料的熔融金属液压入金属铸型，在压铸过程保持温度为1900℃，压铸时间为120分钟，开启动取出铸件。生产效率高，金属浪费少，工艺稳定，且金属无污染，获得铸件质量好,(2)对压铸成形的刀具坯料进行淬火+回火处理，采用分级淬火法，将刀具坯料投入温度为290℃盐浴中保持适当时间后空冷，再高温回火，回火温度为620℃，(3)将时效处理后的刀具进行表面渗氮，送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为630℃，保温60分钟，后出炉空冷,之后将其置于通有氢气的炉内，加热到920℃，以氢气为载体将CH4带入反应器，将TiC，CuC2等沉积在刀具表面。最后抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(4)对工件表面电镀处理，电镀液的浓度配比含量如下：硝酸铜63g/L，氯化镁120g/L，醋酸钾55g/L，硫酸60g/L，氯化铜40g/L，光亮剂40ml/L，电镀溶液温度控制在50℃，电镀时间为50分钟，对电镀后的工件进行钝化处理，对工件进行彩钝，加热时间为2h，加热温度：80℃，(5)将刀具放入微弧氧化工作槽中，防腐液为碳酸盐体系工作溶液，其组成成分为：碳酸氢铵29g/L，碳酸钾15g/L，硅酸钾15g/L，氢氧化钾25g/L，乙酸铵8g/L，二氧化锰9g/L，溶液Ph为8.4，电流密度为1120A/dm2，电压为900V，电源频率为1700Hz，时间为30分钟，在刀具表面产生微弧氧化反应并在原位生成防腐膜层或硬质膜层。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (1)
1.一种主要成分为Al2O3为材料的刀具的加工制造工艺，材料主要包括的下列元素重量百分比含量为：Al2O375％-80％，TiC2.4％-4.8％，CuC23.41％-3.78％，Ni2.31％-2.78％，Gr0.56％-0.91％，Mn1.51％-1.47％，S<0.03％,P<0.025％，其它为不可避免的杂质，其特征在于：
(1)热压烧结坯料，将Al2O3与TiC，CuC2以及金素元素置于球磨机中球磨混合5-6h，然后通过超声震荡混合物，混合处理40-70分钟，采用整体铸造法铸造刀坯，即热压烧结成型法，充型速度为20-30m/s，压力为300-500kg/cm2条件下配料的熔融金属液压入金属铸型，在压铸过程保持温度为1700-1900℃，压铸时间为40-120分钟，开启动取出铸件，生产效率高，金属浪费少，工艺稳定，且金属无污染，获得铸件质量好,
(2)对压铸成形的刀具坯料进行淬火+回火处理，采用分级淬火法，将刀具坯料投入温度为220-290℃盐浴中保持适当时间后空冷，再高温回火，回火温度为530-620℃，
(3)将时效处理后的刀具进行表面渗氮，送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为520-630℃，保温40-60分钟，后出炉空冷,之后将其置于通有氢气的炉内，加热到870-920℃，以氢气为载体将CH4带入反应器，将TiC，CuC2等沉积在刀具表面，最后抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，
(4)对工件表面电镀处理，电镀液的浓度配比含量如下：硝酸铜45-63g/L，氯化镁80-120g/L，醋酸钾27-55g/L，硫酸45-60g/L，氯化铜25-40g/L，光亮剂35-40ml/L，电镀溶液温度控制在40-50℃，电镀时间为30-50分钟，对电镀后的工件进行钝化处理，对工件进行彩钝，加热时间为1-2h，加热温度：60-80℃，
(5)将刀具放入微弧氧化工作槽中，防腐液为碳酸盐体系工作溶液，其组成成分为：碳酸氢铵25-29g/L，碳酸钾13-15g/L，硅酸钾10-15g/L，氢氧化钾20-25g/L，乙酸铵4-8g/L，二氧化锰6-9g/L，溶液Ph为7.5-8.4，电流密度为100-120A/dm2，电压为800-900V，电源频率为1500-1700Hz，时间为20-300分钟，在刀具表面产生微弧氧化反应并在原位生成防腐膜层或硬质膜层。
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