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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