專利名稱：整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進型材料的刀具及其制造方法，采用包含多晶立方氮化硼例如立方氮化硼、金屬合金粉和陶瓷添加劑為原料經(jīng)超高壓燒結(jié)的密實體刀具。
背景技術(shù)：
立方氮化硼具有的硬度和導熱性接近金剛石并具有與黑色金屬的反應(yīng)能力較金剛石低的優(yōu)異性能，因此，人們從提高工作效率和降低安裝費用的角度考慮，在加工難切削黑色金屬材料時，采用含這種刀具替代磨具或加工工具及膠結(jié)碳化物或金屬陶瓷刀具。
用于制備刀具的立方氮化硼燒結(jié)密實體是一種包含立方氮化硼顆粒和粘結(jié)劑的燒結(jié)密實體，一般可粉成下列兩種類型(1)在耐磨性和強度方面均衡的燒結(jié)密實體主要用來加工硬質(zhì)鋼，這種燒結(jié)密實體包含30-80％(體積)立方氮化硼顆粒，所述立方氮化硼是通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起的，粘結(jié)劑主要由Ti型陶瓷例如TiN、TiC、TiCN等組成。
(2)在導熱性和強度方面性能優(yōu)異的燒結(jié)密實體，主要用來加工鑄鐵這種燒結(jié)密實體包含80-90％(體積)的立方氮化硼顆粒，立方氮化硼顆粒被直接地粘結(jié)在一起，粘結(jié)劑主要由Al化合物或Co化合物組成。
但是，立方氮化硼顆粒存在的缺點是具有龜裂性，使用壽命短。
為了提高立方氮化硼燒結(jié)密實體的耐磨強度和斷裂強度，人們提出了一種生產(chǎn)方法，在立方氮化硼燒結(jié)密實體上涂覆一層TiN、TiCN、TiAlN等材料的膜。例如，公開的ZL01142529和ZL01142530；但是，這種涂覆膜常常剝離，并且涂覆膜也常常損壞，造成工作時使用壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種既能防止立方氮化硼顆粒龜裂，又能延長立方氮化硼刀具使用壽命的整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體的刀具材料，它含有75％～85％重量的立方氮化硼微粉，10％～15％重量的IIIV和IIIA族金屬合金微粉，5％～10％重量的陶瓷微粉添加劑。
所述立方氮化硼微粉粒度為10～38μm，合金微粉粒度小于等于15μm，陶瓷微粉添加劑粒度小于等于10μm。
所述立方氮化硼微粉粒度最優(yōu)選為20～28μm，合金微粉粒度最優(yōu)選為小于等于10μm，陶瓷微粉添加劑粒度最優(yōu)選為小于等于5μm。
所述IIIV和IIIA族金屬合金微粉為鈷鋁合金微粉，陶瓷微粉添加劑為TiC+Al2O3+TiN+AlB微粉。
鈷鋁合金微粉中，鈷占2～3％重量；陶瓷微粉添加劑中各成分重量為TiC占3～5％，Al2O3占10～20％，TiN占30～35％，AlB占25～57％。
制造整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的方法是①將刀具原料置入模具；②將模具置入超高壓合成體中，形成超高壓組裝塊；③將刀具原料加壓6～8.5GPa，加溫1300～1800℃，時間60～90秒。
還可以將刀具原料加壓6.5～7.5GPa，加溫1500～1600℃，時間70～80秒。
所述模具為石墨模具，石墨模具由石墨封閉。
本發(fā)明由于改變了粘接材料，使得粘接性能更好；由于立方氮化硼是微粉，有效防止了多晶立方氮化硼顆粒具有龜裂的缺點，延長了使用壽命；由于是整體超高壓燒結(jié)，即克服了涂覆膜易磨損的缺陷，又克服了整體多晶立方氮化硼燒結(jié)密實體與其它材料復(fù)合而存在的結(jié)合缺陷。另外，采用本發(fā)明制備的整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的實用效果試驗的切削參數(shù)如此之高，切削效果如此之好是前所未有的。


圖1是實施本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
材料配方175％重量的多晶立方氮化硼微粉，15％重量的鈷鋁合金微粉，10％重量的陶瓷微粉添加劑。
材料配方285％重量的多晶立方氮化硼微粉，10％重量的鈷鋁合金微粉，5％重量的陶瓷微粉添加劑。
材料配方380％重量的多晶立方氮化硼微粉，12％重量的鈷鋁合金微粉，8％重量的陶瓷微粉添加劑。
上述微粉(1)鈷鋁合金微粉中，鈷占2％重量，鋁占98％重量；陶瓷微粉添加劑中TiC占3％重量，Al2O3占10％重量，TiN占30％重量，AlB占57％重量。
(2)鈷鋁合金微粉中，鈷占3％重量，鋁占97％重量；陶瓷微粉添加劑中TiC占3％重量，Al2O3占15％重量，TiN占50％重量，AlB占32％重量。
(3)鈷鋁合金微粉中，鈷占2％重量，鋁占98％重量；陶瓷微粉添加劑中TiC占4％重量，Al2O3占20％重量，TiN占35％重量，AlB占41％重量。
(4)鈷鋁合金微粉中，鈷占2.5％重量，鋁占97.5％重量；陶瓷微粉添加劑中TiC占5％重量，Al2O3占15％重量，TiN占32％重量，AlB占48％重量。
(5)鈷鋁合金微粉中，鈷占2.5％重量，鋁占97.5％重量；陶瓷微粉添加劑中TiC占5％重量，Al2O3占20％重量，TiN占50％重量，AlB占25％重量。上述微粉粒度①多晶立方氮化硼微粉粒度為28μm，合金粉粒度為10μm，陶瓷添加劑粒度為5μm。
②多晶立方氮化硼微粉粒度為24μm，合金粉粒度為6μm，陶瓷添加劑粒度為4μm。
③多晶立方氮化硼微粉粒度為20μm，合金粉粒度為4μm，陶瓷添加劑粒度為3μm。
④多晶立方氮化硼微粉粒度為10μm，合金粉粒度為3μm，陶瓷添加劑粒度為2μm。
⑤多晶立方氮化硼微粉粒度為38μm，合金粉粒度為15μm，陶瓷添加劑粒度為10μm。
以制造整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體SNMN120412刀具的方法為例，根據(jù)刀片的實際尺寸要求，選用合適的模具。模具材料采用高純，高強度石墨。
如圖1所示(1)、毛坯表面保留0.5mm以上的加工余量，因此毛坯尺寸不小于13.7×13.7×5.8(mm)(2)、考慮刀具原料具備1.2左右的收縮比，模具3腔體尺寸不小于16×16×7(mm)。
(3)、將上述研混好的刀具原料2放入內(nèi)孔16×16×7(mm)的圓柱模具3內(nèi)，模具外徑尺寸Φ25～27mm，模具端面采用石墨片1封固。
(4)、刀具原料被封固后裝入葉臘石4形成的超高壓合成體中。圖中5為金屬片，6為導電線圈。
(5)、按圖1組裝完成后，放入鉸鏈式6×800噸金剛石壓機，采用下述工藝合成；壓力8GPa；溫度1600℃；時間80秒。
上述條件也可以是壓力7GPa；溫度1500℃；時間70秒。
上述條件也可以是壓力7.5GPa；溫度1550℃；時間75秒。
上述條件也可以是壓力8GPa；溫度1600℃；時間80秒。
上述條件也可以是壓力8.5GPa；溫度1600℃；時間60秒。
上述條件也可以是壓力6GPa；溫度1300℃；時間90秒。
采用上述配方及制造方法制備的整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的實用效果試驗。
刀具規(guī)格為SNMN120412(1)加工高Cr鑄鐵材料HRC60～65，工件為渣漿泵葉輪，斷續(xù)切削，而且切削層表面夾渣及內(nèi)含砂眼，切削參數(shù)為v＝90m/min，ap＝6mm，f＝0.35mm/rev，單刃連續(xù)切削50粉鐘，刀具元崩刃，切削過程無噪音。
(2)加工高錳鋼材料ZGMn13A，斷續(xù)切削，而且切削層表面夾渣，內(nèi)含砂眼，切削參數(shù)為v＝48m/min，ap＝6mm，f＝0.28mm/rev，單刃連續(xù)切削4小時，刀具無崩刃，刀具的后刀面有輕微磨損，切削過程無噪音。
權(quán)利要求
1.一種整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具，其特征是由75％～85％重量的立方氮化硼微粉，10％～15％重量的IIIV和IIIA族金屬合金粉，5％～10％重量的陶瓷添加劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具，其特征是立方氮化硼微粉粒度為10～38μm，合金微粉粒度小于等于15μm，陶瓷微粉添加劑粒度小于等于10μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具，其特征是立方氮化硼微粉粒度為20～28μm，合金微粉粒度小于等于10μm，陶瓷微粉添加劑粒度小于等于5μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具，其特征是金屬合金微粉為鈷鋁合金粉，陶瓷微粉添加劑為TiC+Al2O3+TiN+AlB微粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具，其特征是鈷鋁合金微粉中，鈷占2～3％重量；陶瓷微粉添加劑中各成分重量為TiC占3～5％，Al2O3占10～20％，TiN占30～50％，ALB占25～57％。
6.制造整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的方法，其特征是①將刀具原料置入模具；②將模具置入超高壓合成腔體中，形成超高壓組裝塊；③將刀具原料加壓6～8.5GPa，加溫1300～1800℃，時間60～90秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的方法，其特征是將刀具原料加壓7～8GPa，加溫1500～1600℃，時間70～80秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的方法，其特征是所述模具為石墨模具，石墨模具由石墨封閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進型材料的刀具及其制造方法。采用包括整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的材料，它含有75％～85％重量的多晶立方氮化硼微分，10％～ 15％重量的IIIV和IIIA族金屬合金微分，5％～10％重量的陶瓷微分添加劑。及制造整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的方法，就是①將刀具原料置入模具；②將模具置入超高壓合成膠體中，形成超高壓組裝塊；③將刀具原料加壓6～8.5GPa，加溫1300～1800℃，時間60～90秒。采用本發(fā)明制備的整體多晶立方氮化硼超高壓燒結(jié)密實體刀具的實用效果試驗的切削參數(shù)如此之高，切削效果如此之好是前所未有的。
文檔編號C04B35/645GK1778768SQ200410060270
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者劉書鋒 申請人:劉書鋒