一种高耐磨合金切削刀具及其加工工艺制造技术

本发明专利技术涉及切削刀具技术领域，具体为一种高耐磨合金切削刀具及其加工工艺。方案以硬质刀具为基体，在其表面溅射沉积硬质膜层，以提高其表面硬度和耐磨性能，方案中限定硬质刀具的材质各组分为“以质量百分比计，C：0.8~0.9%、Si：0.2~0.5%、Mn：0.2~0.5%、Cr：4.9~5.2%、Mo：2.4~2.6%、V：1.3~1.5%、S:0.001~0.003%、P：0.003%、Ni：0.20~0.3%、Cu：0.001%，其余为Fe和不可避免的杂质”，在该配方组分下，该硬质刀具具有较优异的强度和力学性能，且耐腐蚀性能优异，能够广泛应用至切削刀具领域中。能够广泛应用至切削刀具领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨合金切削刀具及其加工工艺


[0001]本专利技术涉及切削刀具
，具体为一种高耐磨合金切削刀具及其加工工艺。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，我国的科技和制造加工水平在近年来不断提升改进，在此情况下，特别是在航天航空、汽车等部件加工生产中，企业对于切削刀具的性能要求也越来越高，要求其具有较高的硬度，同时耐磨性能优良，但现有市面上的切削刀具实际生产时，其综合性能无法满足我们的需求。
[0003]基于该情况，本申请公开了一种高耐磨合金切削刀具及其加工工艺，以制得一种高耐磨高硬度的合金切削刀具。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高耐磨合金切削刀具及其加工工艺，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种高耐磨合金切削刀具的加工工艺，包括以下步骤：
[0007](1)取硬质刀具，表面打磨抛光，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗，超声清洗时间为20～30min，氩气吹干；
[0008](2)在硬质刀具表面溅射沉积硬质膜层；
[0009](3)取步骤(2)加工的硬质刀具，采用液氮对硬质膜层进行深冷处理，再以白刚玉为喷料，在硬质膜层表面喷砂处理，得到成品。
[0010]较优化的方案，步骤(1)中，所述硬质刀具各组分为：以质量百分比计，C：0.8～0.9％、Si：0.2～0.5％、Mn：0.2～0.5％、Cr：4.9～5.2％、Mo：2.4～2.6％、V：1.3～1.5％、S：0.001～0.003％、P：0.003％、Ni：0.2～0.3％、Cu：0.001％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0011]较优化的方案，步骤(2)中，所述硬质膜层为钛过渡层、底层和面层复合结构，具体制备步骤为：
[0012]以Ti合金为靶材，抽真空至真空度为3
×
10
‑3Pa，在硬质刀具表面溅射沉积钛过渡层；
[0013]以TiAlTa合金为靶材，调节氮气流量为3～5mL/min，在钛过渡层表面溅射沉积底层；
[0014]以TiAlTaCrZr合金为靶材，配合硅靶，在底层表面溅射面层，形成硬质膜层。
[0015]较优化的方案，面层的工艺参数为：TiAlTaCrZr合金靶材功率为800～900W，硅靶功率为200～300W；氮气流量初始值为3～5mL/min，溅射10～20min，以0.05～0.1mL/min的速度缓慢增长至15～20mL/min，保持氮气流量不变溅射10～20min。
[0016]较优化的方案，底层的工艺参数为：TiAlTa合金中Al的比例为20～30at％，Ta的比例为10～15at％，靶材功率为700～800W，溅射时间为100～120min。
[0017]较优化的方案，TiAlTaCrZr合金靶材中，Al的比例为30～40at％，Ta的比例为10～15at％，Cr的比例为10～12at％，Zr的比例为10～15at％，其余为Ti。
[0018]较优化的方案，钛过渡层的工艺参数为：溅射温度为350～400℃，靶材功率为700～800W，溅射时间为5～10min，氩气调节工作气压至0.5～1Pa。
[0019]较优化的方案，步骤(3)中，喷砂压强为0.1～0.2MPa，喷砂时间为3～4s，白刚玉的平均粒径为25μm。
[0020]较优化的方案，步骤(3)中，深冷处理温度为(
‑
185)～(
‑
195)℃，深冷处理时间为15～16h，降温速率为5～6℃/min。
[0021]较优化的方案，根据以上任意一项所述的一种高耐磨合金切削刀具的加工工艺制备的切削刀具。
[0022]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术公开了一种高耐磨合金切削刀具的加工工艺，方案以硬质刀具为基体，在其表面溅射沉积硬质膜层，以提高其表面硬度和耐磨性能，方案中限定硬质刀具的材质各组分为“以质量百分比计，C：0.8～0.9％、Si：0.2～0.5％、Mn：0.2～0.5％、Cr：4.9～5.2％、Mo：2.4～2.6％、V：1.3～1.5％、S:0.001～0.003％、P：0.003％、Ni：0.2～0.3％、Cu：0.001％，其余为Fe和不可避免的杂质”，在该配方组分下，该硬质刀具具有较优异的强度和力学性能，且耐腐蚀性能优异，能够广泛应用至切削刀具领域中。
[0023]其中：在硬质刀具中引入C和V，均是为了提高钢材的硬度和耐磨性，提高材料中的钒含量是为了生产更多的碳化钒，从而实现硬度和耐磨性的提高，而钒含量的提高会降低钢材的延展性和淬透性，因而本技术方案中通过提高铬和钼的方式以降低钢材增加钒含量时对延展性和淬透性的影响。方案降低了硅含量，以提高冲击韧性，克服碳含量过高所导致的脆性。同时提高钼的含量能够增加钢材的耐腐蚀性和韧性。
[0024]在此基础上，方案进一步在硬质刀具表面沉积硬质膜层，以提高刀具的表面硬度和耐磨性能，方案限定为“以Ti合金为靶材，抽真空至真空度为3
×
10
‑3Pa，在硬质刀具表面溅射沉积钛过渡层；以TiAlTa合金为靶材，调节氮气流量为3～5mL/min，在钛过渡层表面溅射沉积底层；以TiAlTaCrZr合金为靶材，配合硅靶，在底层表面溅射面层”，由此可知，通过溅射沉积钛过渡层、底层和面层，从而形成复合硬质膜层。
[0025]方案先利用Ti合金为靶材，在硬质刀具表面溅射沉积钛过渡层，利用钛过渡层来实现过渡衔接，从而提高后续硬质膜层与刀具基体的结合性能；再利用TiAlTa合金为靶材，限定了靶材的各元素原子比例，TiAlTa合金中Al的比例为20～30at％，Ta的比例为10～15at％，并限定氮气流量为3～5mL/min，在该限定条件下，底层与过渡层之间的结合性能最为优异，同时TiAlTa合金靶还能够为后续溅射沉积层作为过渡，底层与面层之间的界面性能更好；面层采用TiAlTaCrZr合金为靶材，配合硅靶，使得刀具表面的耐磨性能和硬度大幅提高。同时限定了TiAlTaCrZr合金靶材的各元素原子比例，Al的比例为30～40at％，Ta的比例为10～15at％，Cr的比例为10～12at％，Zr的比例为10～15at％，其余为Ti，Al的比例大于底层溅射时的比例设定，以提高刀具的耐腐蚀性能，同时控制其他元素原子比例，来保证整体的表面硬度和耐磨性能。
[0026]在面层溅射时方案还限定了氮气流量参数“氮气流量初始值为3～5mL/min，溅射10～20min，以0.05～0.1mL/min的速度缓慢增长至15～20mL/min，保持氮气流量不变溅射
10～20min”，在该参数限定下，由于氮气流量的缓慢增长，膜层中的金属
‑
氮键增多，同时各层溅射沉积膜层的结合性能优异，也避免了氮气流量增长过快导致的膜层缺陷，溅射沉积效果最为优异。
[0027]在硬质膜层溅射结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨合金切削刀具的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)取硬质刀具，表面打磨抛光，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗，超声清洗时间为20～30min，氩气吹干；(2)在硬质刀具表面溅射沉积硬质膜层；(3)取步骤(2)加工的硬质刀具，采用液氮对硬质膜层进行深冷处理，再以白刚玉为喷料，在硬质膜层表面喷砂处理，得到成品。2.根据权利要求1所述的一种高耐磨合金切削刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述硬质刀具各组分为：以质量百分比计，C：0.8～0.9％、Si：0.2～0.5％、Mn：0.2～0.5％、Cr：4.9～5.2％、Mo：2.4～2.6％、V：1.3～1.5％、S：0.001～0.003％、P：0.003％、Ni：0.2～0.3％、Cu：0.001％，其余为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种高耐磨合金切削刀具的加工工艺，其特征在于：步骤(2)中，所述硬质膜层为钛过渡层、底层和面层复合结构，具体制备步骤为：以Ti合金为靶材，抽真空至真空度为3
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10
‑3Pa，在硬质刀具表面溅射沉积钛过渡层；以TiAlTa合金为靶材，调节氮气流量为3～5mL/min，在钛过渡层表面溅射沉积底层；以TiAlTaCrZr合金为靶材，配合硅靶，在底层表面溅射面层，形成硬质膜层。4.根据权利要求3所述的一种高耐磨合金切削刀具的加工工艺，其特征在于：面层的工艺参数为：TiAlTaCrZr合金靶材功率为800～900W，硅靶功率为200～300W；氮气流量初始值...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁文卫，
申请(专利权)人：广东添富镁热处理有限公司，
类型：发明
国别省市：