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CN111644627B - 一种淬火钢聚晶刀片合成工艺 - Google Patents

一种淬火钢聚晶刀片合成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种淬火钢聚晶刀片合成工艺，包括淬火钢聚晶刀片的制备原料，所述淬火钢聚晶刀片的制备原料由CBN微粉和结合剂组成，所述CBN微粉在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为50‑70，所述结合剂在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为30‑40，所述结合剂是由钴、三氧化二铝和铜组成，所述结合剂中钴、三氧化二铝和铜的质量份为60‑85、10‑35、2‑13，该淬火钢聚晶刀片合成工艺采用细颗粒CBN微粉以及兼具金属及陶瓷复合物结合剂，提高了结合剂与CBN微粒的浸润性，促进了CBN微粒之间形成致密结合并保持微观组织均匀，提高了聚晶刀片的抗冲击性能和耐磨性能，从而使聚晶刀片得使用寿命大幅度的提高。

Description

一种淬火钢聚晶刀片合成工艺
技术领域
本发明涉及聚晶刀片技术领域，具体为一种淬火钢聚晶刀片合成工艺。
背景技术
随着消费者环保意识的不断增强，以及全球范围内更加严格的汽车排放标准的实施，汽车发动机行业的革新层出不穷，新材料带来的好处已经突显，用于新材料加工的刀具技术也在不断发展。聚晶立方氮化硼（PCBN）于上世纪由美国GE公司首先研制成功，由于PCBN材料具有高的硬度和耐磨性、很高的热稳定性和高温硬度、优良的化学稳定性以及较好的导热性和较低的摩擦系数，因此PCBN刀具自问世之初就受到工业发达国家的重视，特别在汽车发动机零部件的加工中，应用范围越来越广，几乎涵盖了所有零件的加工。
目前CBN磨料的制备技术已趋于成熟，最近几年CBN刀具的研究也取得了较大的成绩，针对灰铸铁以及耐磨合金铸铁都已经有较成熟的立方氮化硼刀具生产应用，但在淬火钢材料和轴承钢材料的加工领域，目前还没针对高硬度高耐磨淬火钢材料加工刀具的深入研究，大多加工厂还是沿用加工传统灰铸铁的刀具加工，普通的焊接式刀具不仅成本高且质量不稳定。随着淬火钢材料的广泛应用，客户对刀具的要求也越来越高，截止目前还没针对该材料的加工专用刀具。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种淬火钢聚晶刀片合成工艺，所生产的CBN刀片产品具有很好的抗冲击性能和高耐磨性，以及高耐热性，使用寿命长、质量稳定且成本控制合理，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种淬火钢聚晶刀片合成工艺，包括淬火钢聚晶刀片的制备原料，所述淬火钢聚晶刀片的制备原料由CBN微粉和结合剂组成，所述CBN微粉在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为50-70，所述结合剂在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为30-40，所述结合剂是由钴、三氧化二铝和铜组成，所述结合剂中钴、三氧化二铝和铜的质量份为60-85、10-35、2-13，所述淬火钢聚晶刀片按以下的步骤制备：
步骤一：利用球磨机对适量的CBN微粉和结合剂进行球磨；
步骤二：称取步骤一中得到的质量份为50-70的CBN微粉，称取步骤一中得到的质量份为30-40的结合剂；
步骤三：将步骤二中得到的CBN微粉用氢氟酸进行酸洗处理2-3小时，将酸洗过的CBN微粉离心分离，先水洗再用无水乙醇清洗，然后高温高真空真空干燥；
步骤四：将步骤三中得到的质量份为50-70的CBN微粉和步骤二中得到的质量份为30-40的结合剂按比例通过三维混料机混合，得到PCBN微粉；
步骤五：将步骤四中得到的PCBN微粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；
步骤六：将步骤五中得到的合金块依次进行干燥烧结处理，得到PCBN刀具材料；
步骤七：将步骤六中得到的PCBN刀具材料经过加工制作成所需要的淬火钢聚晶刀片。
作为本发明的一种优选技术方案，所述CBN微粉的粒度为0.1-2微米。
作为本发明的一种优选技术方案，所述钴、三氧化二铝和铜均为粉末状。
作为本发明的一种优选技术方案，所述PCBN微粉放在液压机上冷压，压力为60-110兆帕。
作为本发明的一种优选技术方案，所述干燥烧结处理为高温高压烧结，将合金块在200-400℃的条件下真空干燥20-40分钟，然后将合金块放入到六面顶压机内高温高压烧结，温度为1200-1700℃、压力为5-8GPA。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤一中，所述CBN微粉和结合剂的总重量与磨球重量比为1：4。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤三中，所述真空干燥为真空干燥箱内50-90℃干燥8-12小时。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤四中，所述CBN微粉和所述结合剂按比例在三维混料机内混合的时间为3-6小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用细颗粒CBN微粉以及兼具金属及陶瓷复合物结合剂，提高了结合剂与CBN微粒的浸润性，促进了CBN微粒之间形成致密结合并保持微观组织均匀，提高了聚晶刀片的抗冲击性能和耐磨性能，从而使聚晶刀片的使用寿命大幅度的提高。
实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种技术方案：一种淬火钢聚晶刀片合成工艺，包括淬火钢聚晶刀片的制备原料，淬火钢聚晶刀片的制备原料由CBN微粉和结合剂组成，CBN微粉在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为50，结合剂在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为30，结合剂是由钴、三氧化二铝和铜组成，结合剂中钴、三氧化二铝和铜的质量份为60、10、2，淬火钢聚晶刀片按以下的步骤制备：
步骤一：利用球磨机对适量的CBN微粉和结合剂进行球磨；
步骤二：称取步骤一中得到的质量份为50的CBN微粉，称取步骤一中得到的质量份为30的结合剂；
步骤三：将步骤二中得到的CBN微粉用氢氟酸进行酸洗处理2小时，将酸洗过的CBN微粉离心分离，先水洗再用无水乙醇清洗，然后高温高真空真空干燥；
步骤四：将步骤三中得到的质量份为50的CBN微粉和步骤二中得到的质量份为30的结合剂按比例通过三维混料机混合，得到PCBN微粉；
步骤五：将步骤四中得到的PCBN微粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；
步骤六：将步骤五中得到的合金块依次进行干燥烧结处理，得到PCBN刀具材料；
步骤七：将步骤六中得到的PCBN刀具材料经过加工制作成所需要的淬火钢聚晶刀片。
CBN微粉的粒度为0.1微米，钴、三氧化二铝和铜均为粉末状，PCBN微粉放在液压机上冷压，压力为60-110兆帕，干燥烧结处理为高温高压烧结，将合金块在200-400℃的条件下真空干燥20分钟，然后将合金块放入到六面顶压机内高温高压烧结，温度为1200℃、压力为5GPA，步骤一中，CBN微粉和结合剂的总重量与磨球重量比为1：4，步骤三中，真空干燥为真空干燥箱内50℃干燥8小时，步骤四中，CBN微粉和结合剂按比例在三维混料机内混合的时间为3小时。
实施例2
本实施例所提供的淬火钢聚晶刀片合成工艺，制备过程与实施例1相同，仅调整以下配制原料所占的质量份：
一种淬火钢聚晶刀片合成工艺，包括淬火钢聚晶刀片的制备原料，淬火钢聚晶刀片的制备原料由CBN微粉和结合剂组成，CBN微粉在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为70，结合剂在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为40，结合剂是由钴、三氧化二铝和铜组成，结合剂中钴、三氧化二铝和铜的质量份为85、35、13，淬火钢聚晶刀片按以下的步骤制备：
步骤一：利用球磨机对适量的CBN微粉和结合剂进行球磨；
步骤二：称取步骤一中得到的质量份为70的CBN微粉，称取步骤一中得到的质量份为0的结合剂；
步骤三：将步骤二中得到的CBN微粉用氢氟酸进行酸洗处理3小时，将酸洗过的CBN微粉离心分离，先水洗再用无水乙醇清洗，然后高温高真空真空干燥；
步骤四：将步骤三中得到的质量份为70的CBN微粉和步骤二中得到的质量份为40的结合剂按比例通过三维混料机混合，得到PCBN微粉；
步骤五：将步骤四中得到的PCBN微粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；
步骤六：将步骤五中得到的合金块依次进行干燥烧结处理，得到PCBN刀具材料；
步骤七：将步骤六中得到的PCBN刀具材料经过加工制作成所需要的淬火钢聚晶刀片。
CBN微粉的粒度为2微米，钴、三氧化二铝和铜均为粉末状，PCBN微粉放在液压机上冷压，压力为110兆帕，干燥烧结处理为高温高压烧结，将合金块在400℃的条件下真空干燥40分钟，然后将合金块放入到六面顶压机内高温高压烧结，温度为1700℃、压力为8GPA，步骤一中，CBN微粉和结合剂的总重量与磨球重量比为1：4，步骤三中，真空干燥为真空干燥箱内90℃干燥12小时，步骤四中，CBN微粉和结合剂按比例在三维混料机内混合的时间为6小时。
实施例3
本实施例所提供的淬火钢聚晶刀片合成工艺，制备过程与实施例1相同，仅调整以下配制原料所占的质量份：
一种淬火钢聚晶刀片合成工艺，包括淬火钢聚晶刀片的制备原料，淬火钢聚晶刀片的制备原料由CBN微粉和结合剂组成，CBN微粉在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为55，结合剂在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为34，结合剂是由钴、三氧化二铝和铜组成，结合剂中钴、三氧化二铝和铜的质量份为70、20、5，淬火钢聚晶刀片按以下的步骤制备：
步骤一：利用球磨机对适量的CBN微粉和结合剂进行球磨；
步骤二：称取步骤一中得到的质量份为55的CBN微粉，称取步骤一中得到的质量份为34的结合剂；
步骤三：将步骤二中得到的CBN微粉用氢氟酸进行酸洗处理2.3小时，将酸洗过的CBN微粉离心分离，先水洗再用无水乙醇清洗，然后高温高真空真空干燥；
步骤四：将步骤三中得到的质量份为55的CBN微粉和步骤二中得到的质量份为34的结合剂按比例通过三维混料机混合，得到PCBN微粉；
步骤五：将步骤四中得到的PCBN微粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；
步骤六：将步骤五中得到的合金块依次进行干燥烧结处理，得到PCBN刀具材料；
步骤七：将步骤六中得到的PCBN刀具材料经过加工制作成所需要的淬火钢聚晶刀片。
CBN微粉的粒度为0.8微米，钴、三氧化二铝和铜均为粉末状，PCBN微粉放在液压机上冷压，压力为75兆帕，干燥烧结处理为高温高压烧结，将合金块在280℃的条件下真空干燥28分钟，然后将合金块放入到六面顶压机内高温高压烧结，温度为1400℃、压力为6GPA，步骤一中，CBN微粉和结合剂的总重量与磨球重量比为1：4，步骤三中，真空干燥为真空干燥箱内60℃干燥9小时，步骤四中，CBN微粉和结合剂按比例在三维混料机内混合的时间为4小时。
实施例4
本实施例所提供的淬火钢聚晶刀片合成工艺，制备过程与实施例1相同，仅调整以下配制原料所占的质量份：
一种淬火钢聚晶刀片合成工艺，包括淬火钢聚晶刀片的制备原料，淬火钢聚晶刀片的制备原料由CBN微粉和结合剂组成，CBN微粉在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为66，结合剂在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为38，结合剂是由钴、三氧化二铝和铜组成，结合剂中钴、三氧化二铝和铜的质量份为80、30、10，淬火钢聚晶刀片按以下的步骤制备：
步骤一：利用球磨机对适量的CBN微粉和结合剂进行球磨；
步骤二：称取步骤一中得到的质量份为66的CBN微粉，称取步骤一中得到的质量份为38的结合剂；
步骤三：将步骤二中得到的CBN微粉用氢氟酸进行酸洗处理2.8小时，将酸洗过的CBN微粉离心分离，先水洗再用无水乙醇清洗，然后高温高真空真空干燥；
步骤四：将步骤三中得到的质量份为66的CBN微粉和步骤二中得到的质量份为38的结合剂按比例通过三维混料机混合，得到PCBN微粉；
步骤五：将步骤四中得到的PCBN微粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；
步骤六：将步骤五中得到的合金块依次进行干燥烧结处理，得到PCBN刀具材料；
步骤七：将步骤六中得到的PCBN刀具材料经过加工制作成所需要的淬火钢聚晶刀片。
CBN微粉的粒度为1.8微米，钴、三氧化二铝和铜均为粉末状，PCBN微粉放在液压机上冷压，压力为100兆帕，干燥烧结处理为高温高压烧结，将合金块在380℃的条件下真空干燥36分钟，然后将合金块放入到六面顶压机内高温高压烧结，温度为1600℃、压力为7GPA，步骤一中，CBN微粉和结合剂的总重量与磨球重量比为1：4，步骤三中，真空干燥为真空干燥箱内80℃干燥10小时，步骤四中，CBN微粉和结合剂按比例在三维混料机内混合的时间为5小时。
实施例1-4以及对照例1制备出的PCBN刀片材料的性能数据对比如下表。
Figure SMS_1
从表中可知：制备方法和原料的组成直接影响最后制备的PCBN刀具材料的性能，但在实施例1的原料组成下，采用高温高压法制备的PCBN刀具材料的性能最佳，依次可知，利用实施例1的原料组成下制备的PCBN刀具材料制备的PCBN刀具性能最佳。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。。

Claims (1)

1.一种淬火钢聚晶刀片合成工艺，其特征在于：包括淬火钢聚晶刀片的制备原料，所述淬火钢聚晶刀片的制备原料由CBN微粉和结合剂组成，所述CBN微粉在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为50，所述结合剂在淬火钢聚晶刀片的制备原料中所占的质量份为30，所述结合剂是由钴、三氧化二铝和铜组成，所述结合剂中钴、三氧化二铝和铜的质量份为60、10、2，所述CBN微粉的粒度为0.1微米，所述钴、三氧化二铝和铜均为粉末状，所述淬火钢聚晶刀片按以下的步骤制备：
步骤一：利用球磨机对适量的CBN微粉和结合剂进行球磨，所述CBN微粉和结合剂的总重量与磨球重量比为1：4；
步骤二：称取步骤一中得到的质量份为50的CBN微粉，称取步骤一中得到的质量份为30的结合剂；
步骤三：将步骤二中得到的CBN微粉用氢氟酸进行酸洗处理2小时，将酸洗过的CBN微粉离心分离，先水洗再用无水乙醇清洗，然后高温高真空真空干燥，真空干燥为真空干燥箱内50℃干燥8小时；
步骤四：将步骤三中得到的质量份为50的CBN微粉和步骤二中得到的质量份为30的结合剂按比例通过三维混料机混合，混合的时间为3小时，得到PCBN微粉；
步骤五：将步骤四中得到的PCBN微粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；所述PCBN微粉放在液压机上冷压，压力为60-110兆帕；
步骤六：将步骤五中得到的合金块依次进行干燥烧结处理，得到PCBN刀具材料；所述干燥烧结处理为高温高压烧结，将合金块在200-400℃的条件下真空干燥20分钟，然后将合金块放入到六面顶压机内高温高压烧结，温度为1200℃、压力为5GPA；
步骤七：将步骤六中得到的PCBN刀具材料经过加工制作成所需要的淬火钢聚晶刀片；所制成的淬火钢聚晶刀片的硬度为45GPa。
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