一种加工蠕墨铸铁的梯度刀具材料制造技术

本发明专利技术公开了一种加工蠕墨铸铁的梯度刀具材料，由以下原料制成：表层：WC87～94份、Al2O33～7份、Co2～6份、Y2O30～1份；次表层：WC87～94份、Al2O31～5份、Co4～8份、Y2O30～1份；中间层：WC87～94份、Al2O30～3份、Co6～10份、Y2O30～1份；按各层组分配比，分别装入球磨筒中球磨、干燥、过筛；在石墨套筒中逐层铺垫、真空烧结炉烧结成型。本发明专利技术使金属相和陶瓷相对称梯度分布，刀具表层具有高硬度和耐磨性，中间层具有强韧性和塑性，能承受较高冲击载荷；每层材料间热膨胀系数、导热系数由表及里逐渐增大，有效缓解热应力集中，减少热裂纹萌生，提高刀具寿命。提高刀具寿命。提高刀具寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种加工蠕墨铸铁的梯度刀具材料


[0001]本专利技术涉及一种专用于加工蠕墨铸铁的新型梯度刀具材料及其制备方法，属于新材料


技术介绍

[0002]蠕墨铸铁(CGI)具有球墨铸铁的高强度和耐磨性，又有类似灰铸铁良好的铸造工艺性、导热性、减振性，比灰铸铁高得多的疲劳强度和耐热疲劳性，其拉伸强度约为灰铸铁的两倍，高温下材料强度比灰铸铁高，它可在较高碳当量下获得高强度，使铸件薄壁轻量化。目前蠕墨铸铁主要应用在重卡、内燃机行业，如缸体、缸盖、增压器壳、缸套、活塞环、制动毂(刹车毂)、制动盘(包括铁路机车用)等。蠕墨铸铁应用广泛，但在蠕墨铸铁进行切削加工的过程中，普遍存在刀具易磨损、加工效果差、效率低下、精度难以保证以及加工费用高的难点，这严重阻碍了蠕墨铸铁的推广应用。
[0003]目前加工蠕墨铸铁的刀具主要有涂层硬质合金刀具、CBN刀具、陶瓷刀具等，研究者普遍认为涂层硬质合金刀具是最适合加工CGI的刀具材料，但是由于涂层和基体热膨胀系数的不同，在涂层和基体之间界面存在应力集中现象，在断续切削(铣削)CGI过程中容易产生热裂纹，热裂纹引起刀具微崩刃，崩刃引起刀具基体裸露，进而引起刀具破损失效，同时热裂纹会增加刀具的扩散磨损和氧化磨损。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种专用于加工蠕墨铸铁的新型梯度刀具材料，有效地缓解热应力集中现象，减少热裂纹的萌生，进而提高刀具的寿命。
[0005]为解决这一技术问题，本专利技术提供了一种加工蠕墨铸铁的梯度刀具材料，由以下质量份的原料制成：
[0006]表层：WC：87～94份、Al2O3：3～7份、Co：2～6份、Y2O3：0～1份；
[0007]次表层：WC：87～94份、Al2O3：1～5份、Co：4～8份、Y2O3：0～1 份；
[0008]中间层：WC：87～94份、Al2O3：0～3份、Co：6～10份、Y2O3：0～1 份。
[0009]优选的，由以下质量份的原料制成：
[0010]表层：WC：90份、Al2O3：7份、Co：2份、Y2O3：1份；
[0011]次表层：WC：90份、Al2O3：5份、Co：4份、Y2O3：1份；
[0012]中间层：WC：90份、Al2O3：3份、Co：6份、Y2O3：1份。
[0013]其制备方法步骤如下：
[0014](1)按照各层的组分配比，配制三组不同组分配比的粉料，分别装入聚氨酯球磨筒中，Al2O3粉末以氧化铝球为球磨球，其他粉末以碳化钨球为球磨球，酒精为球磨介质，封闭后放在滚筒式球磨机上湿球磨48小时；将球磨后的原料粉末放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为100～150℃，优选120℃；干燥后过80～120目筛，优选100目筛，将过筛后的粉体
封装待用；
[0015](2)按各层的组分配比称量后分别装入聚氨酯球磨筒中，以碳化钨球为球磨球，球料比10:1，酒精为球磨介质，封闭后放在滚筒式球磨机上湿球磨 48小时；将球磨后的原料粉末放入真空干燥箱中进行干燥，封装备用；
[0016](3)按照刀具制备需要的用量称取每层粉末的质量，采用手工铺层方法在石墨套筒中逐层铺垫，然后放入真空烧结炉中；在真空条件下，15～25min 升至750～850℃，5～15min升至950～1050℃，25～35min升高到1350～1650℃，从950～1050℃开始匀速加压，到1350～1650℃，压力加到28～36MPa；优选的，20min升至800℃，10min升至1000℃，30min升高到1450℃，从1000℃开始匀速加压，到1450℃，压力加到32MPa；
[0017](4)在1350～1650℃温度下施加压力28～36MPa、保温20～40min的条件下热压烧结成型；优选的，在1450℃温度下施加压力32MPa、保温30min的条件下热压烧结成型。
[0018]进一步的，所述WC的粒径为0.3
‑
0.5μm，所述Al2O3的粒径为0.4
‑
0.6μm，所述Co的粒径为0.4
‑
0.6μm，所述Y2O3的粒径为0.8
‑
1.2μm。
[0019]优选的，所述WC的粒径为0.4μm，所述Al2O3的粒径为0.5μm，所述 Co的粒径为0.5μm，所述Y2O3的粒径为1μm。
[0020]进一步的，所述表层与次表层、次表层与中间层的层厚比均为0.2；层厚比
[0021]进一步的，所述手工铺层方法为：首先将表层材料装入高强度石墨模具中，用石墨棒旋转压平；然后铺第二层即次表层材料，采用同样的方法使其压平；之后采用同样的方式铺第三层即中间层材料、第四层即次表层材料和第五层即表层材料。
[0022]有益效果：本专利技术采用叠层技术，使金属相和陶瓷相呈对称形双向梯度分布，对称型双向分布规律，这样制作的刀片两面均可以做前刀面使用，使刀具两表层具有高硬度和耐磨性，中间层具有良好的强韧性和塑性，使刀具能够承受较高的冲击载荷；通过调整材料组分，使刀具每层材料之间热膨胀系数、导热系数由表及里逐渐增大，能有效地缓解热应力集中现象，减少热裂纹的萌生，进而提高刀具的寿命。
附图说明
[0023]图1为本专利技术梯度刀具结构的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例1制备的刀具材料抛光面的扫描电镜图片。
[0025]图中：1、表层；2、次表层；3、中间层。
具体实施方式
[0026]如图1和图2所示，本专利技术提供了一种加工蠕墨铸铁的梯度刀具材料，由以下质量份的原料制成：表层：WC 86～90份、Al2O33～7份、Co 2～6份、 Y2O30～2份；次表层：WC 86～90份、Al2O31～5份、Co 4～8份、Y2O30～1份；中间层：WC 86～90份、Al2O30～3份、Co 6～10份、Y2O30～1份；其制备方法如下：
[0027](1)按照各层的组分配比，配制三组粉料，分别装入聚氨酯球磨筒中， Al2O3粉末以氧化铝球为球磨球，其他粉末以碳化钨球为球磨球，酒精为球磨介质，封闭后放在滚筒式球
磨机上湿球磨48小时；将球磨后的原料粉末放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为100～150℃，干燥后过80～120目筛，将过筛后的粉体封装待用；
[0028](2)按各层的组分配比称量后分别装入聚氨酯球磨筒中，以碳化钨球为球磨球，球料比10:1，酒精为球磨介质，封闭后放在滚筒式球磨机上湿球磨 48小时；将球磨后的原料粉末放入真空干燥箱中进行干燥，封装备用；
[0029](3)按照刀具制备需要的用量称取每层粉末的质量，采用手工铺层方法在石墨套筒中逐层铺垫，然后放入真空烧结炉中；在真空条件下，15～25min 升至750～850℃，5～15min升至950～1050℃，25～35min升高到1350～1650℃，从950～1050℃开始匀速加压，到13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加工蠕墨铸铁的梯度刀具材料，其特征在于，由以下质量份的原料制成：表层(1)：WC：87～94份、Al2O3：3～7份、Co：2～6份、Y2O3：0～1份；次表层(2)：WC：87～94份、Al2O3：1～5份、Co：4～8份、Y2O3：0～1份；中间层(3)：WC：87～94份、Al2O3：0～3份、Co：6～10份、Y2O3：0～1份。其制备方法步骤如下：(1)按照各层的组分配比，配制三组粉料，分别装入聚氨酯球磨筒中，Al2O3粉末以氧化铝球为球磨球，其他粉末以碳化钨球为球磨球，酒精为球磨介质，封闭后放在滚筒式球磨机上湿球磨48小时；将球磨后的原料粉末放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为100～150℃，干燥后过80～120目筛，将过筛后的粉体封装待用；(2)按各层的组分配比称量后分别装入聚氨酯球磨筒中，以碳化钨球为球磨球，球料比10:1，酒精为球磨介质，封闭后放在滚筒式球磨机上湿球磨48小时；将球磨后的原料粉末放入真空干燥箱中进行干燥，封装备用；(3)按照刀具制备需要的用量称取每层粉末的质量，采用手工铺层方法在石墨套筒中逐层铺垫，然后放入真空烧结炉中；在真空条件下，15～25min升至750～850℃，5～15min升至950～1050℃，25～35min升高到1350～1650℃，从950～1050℃开始匀速加压，到1350～1650℃，压力加到28～36MPa；(4)在1350～1650℃温度下施加压力28～36MPa、保温20～40min的条件下热压烧结成型。2.根据权利要求1所述的加工蠕墨铸铁的梯度刀具材料，其特征在于，由以下质量份的原料制成：表层(1)：WC：90份、Al2O3：7份、Co：2份、Y2O3：1份；次表层(2)：WC：90份、Al2O3：5份...

【专利技术属性】
技术研发人员：石小锐，李成伍，宋静文，高洪玉，马宝坤，王利梅，刘含莲，黄传真，苏瑞，
申请(专利权)人：中国重汽集团济南动力有限公司，
类型：发明
国别省市：