【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属粉末制造制品，具体涉及一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具及其制备方法。
技术介绍
1、钛合金是一种高强轻质材料，拥有优异的机械性能和耐蚀性，被广泛用于航空航天、汽车、生物医疗等领域。然而，由于钛合金的高强度、低热导率、高化学反应活性以及低弹性模量等特性，使得钛合金的加工难度居高不下，使高速高精度加工钛合金成为一道难题。
2、目前商业化的硬质合金刀具被广泛用于钛合金的切削加工，但仍存在加工效率低、易剥落、切屑去除率低等问题。而随着制造业的飞速发展，钛合金的应用占比逐年上升，工业应用中对钛合金切削效率以及切削精度要求也在不断提高，由此对切削加工钛合金的硬质合金刀具也提出了更高的性能要求。
3、为提高硬质合金刀具的切削性能，目前针对硬质合金刀具的优化方案主要集中在刀具表面涂层构造、微织构设计，以及刀具的几何形状优化。这些方案在一定程度上有效提高了刀具切削力，优化了切削过程中的热管理和切屑排除能力。但由于刀具基体材料的强度和高温力学性能有限，因此面对钛合金这类难加工材料时，仍难以满足高效、精密的加工要求。
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具及其制备方法，以解决现有技术中硬质合金刀具难以满足对钛合金材料高精度、高效的加工要求问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案，一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具及其制备方法，本方案采用少主元数量的中/高熵合金粘结剂硬质合金与晶粒生长抑
3、进一步的，还包括al元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为2～13wt.％。
4、进一步的，还包括ti元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为3～24wt.％。
5、进一步的，还包括cr元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为3～21wt.％。
6、本专利技术的另一目的在于用于上述硬质合金刀具的制备方法，包括以下步骤，
7、步骤1，黏结相粉末制备：采用co粉、ni粉和fe粉三种元素作为黏结相，其成分质量比为co：ni：fe＝3～6:2～4:1～5；并添加al粉或ti粉或cr粉，粒度选择为1～4μm；将选定的四种元素粉末按照各元素摩尔比为5％～35％进行混合，获得黏结相粉末；
8、步骤2，复合粉末制备：选用粒度为0.5～1.2μm的wc粉末，将wc粉末与黏结相粉末混合；并添加晶粒抑制剂进行混合，所述晶粒抑制剂占比为0.2～1.2wt.％，获得复合粉末；
9、步骤3，硬质合金粉末制备：将复合粉末放入球磨机中，并加入石蜡、保护气氛和酒精，按照设定的研磨参数进行研磨，并在研磨后进行干燥，获得硬质合金粉末；
10、步骤4，样品成形：将硬质合金粉末压制成压坯，并将压坯按照烧结方式进行烧结后，获得硬质合金刀具基体。
11、进一步的，在步骤1中，co粉、ni粉和fe粉的粒度为1.5～3.8μm，成分质量比为co：ni：fe＝5:4:1wt.％。
12、进一步的，在步骤2中，所述晶粒抑制剂为cr3c2、vc、tac中的一种或多种；所述晶粒抑制剂的占比设为0.4～0.9wt.％。
13、进一步的，在步骤3中，加入石蜡的占比为2wt.％；所述酒精为球磨介质，球料比为2:1～8:1；所述研磨参数设置为：磨机转速50～120r/min，研磨时间12～48h；在干燥时，设置干燥温度为60～100℃，干燥时间为40～80min。
14、进一步的，在步骤4中，所述烧结方式为采用烧结温度为1350～1470℃，低压烧结1h。
15、进一步的，所述保护气氛为氮气或氩气；在步骤3中，还包括在干燥后，进行造粒、过筛，获得硬质合金粉末。
16、本方案的原理及优点是：
17、刀具基体的性能是刀具高质量发展的首要前提，传统硬质合金刀具基体主要以co为黏结相，wc为硬质相，具有较优异的硬度、耐磨性和弹性模量，但随着制造业对刀具材料性能要求的提升，传统硬质合金刀具基体材料逐渐难以满足要求。
18、目前采用中/高熵合金作为硬质合金粘结剂，呈现出较co粘结剂硬质合金更优异的硬度、断裂韧性、耐蚀性和高温抗氧化性能。中/高熵合金是一类多主元合金，由五种及以上几乎相等百分比的元素组成，这些合金组织中通常具有明显的晶格畸变和固溶强化特征，因而具有独特的组织和优异的高温力学性能。为进一步提高中/高熵合金性能，现有技术中常采用添加对应性能的元素并调节相应元素配比来实现，但若主元数量过多，又会导致中/高熵合金晶格畸变和元素过饱和偏析较严重，使其韧性较低，难以满足高温切削所需的强度和韧性要求。但若主元数量过少，中/高熵合金扩散迟滞效应减弱，wc晶粒异常长大现象增加，导致硬质合金硬度与高温强度下降，也难以满足性能要求，因此在硬质合金的制备上，至少都会采用四种以上元素，保证性能要求，如公开号为cn104372230a的专利，公开了一种包含ni、fe、co、cr、al等至少五种元素的方案以提高硬质合金性能。
19、并且由于中/高熵合金各主组分间彼此固溶，原子间相互作用复杂，晶格畸变严重,进而导致合金组织具有较强烈的扩散迟滞效应，该效应强度受组分数量、组分物理化学性质的直接影响，在该效应作用下，组分的溶解、析出过程将受到抑制。因此在中/高熵合金粘结剂硬质合金的制备过程中，一般不需要采用晶粒抑制剂，反而会增加工序和成本，并且添加晶粒抑制剂还可能对合金的其他性能产生影响，因此一般不会额外添加晶粒抑制剂。
20、由于在现有技术中，为提高硬质合金的综合能力，普遍的方式为进一步添加具有相应优异性能的元素，而不会考虑反向减少合成元素。但本方案跳出常规的增加主元合金数量制备方式的固有思维，而是采用减少主元数量的方式，以临界点3～4种少主元数量作为组成元素进行硬质合金基体的制备。其原因在于，我们发现在添加了过多主元数量后，反而会导致中/高熵合金晶格畸变和元素过饱和偏析较严重，使其韧性较低，难以满足高温切削所需的强度和韧性要求，因此常会选用5种及以上元素。而本方案能够实现3～4种少主元数量，是因为本方案同时结合了有效的成分质量比参数进行配置，并在制备过程中添加了一般不会使用的晶粒抑制剂，制备超细晶高性能硬质合金刀具基体，即不用增加过多的主元数量，又能达到高性能服役需求。同时，通过合理控制晶粒抑制剂的用量配比，既不影响中/高熵合金各主组分间彼此固溶，达到本身的抑制效果，又能抑制wc晶粒异常长大现象，从而提高硬质合金的性能，跳出不需要使用晶粒抑制剂的技术偏见，有效提高硬质合金刀具高温服役性能，提升钛合金制品加工效率和精度。
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1.一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，其特征在于，所述硬质合金刀具的基体采用以下元素组成：Co、Ni、Fe；其中各元素摩尔百分比为5％～35％，成分质量比为Co：Ni：Fe＝3～6:2～4:1～5；并掺杂晶粒抑制剂制得。
2.根据权利要求1所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，其特征在于：还包括Al元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为2～13wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，其特征在于：还包括Ti元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为3～24wt.％。
4.根据权利要求1所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，其特征在于：还包括Cr元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为3～21wt.％。
5.一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具制备方法，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，包括以下步骤，
6.根据权利要求5所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具制备方法，其特征在于：在步骤
7.根据权利要求5所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具制备方法，其特征在于：在步骤2中，所述晶粒抑制剂为Cr3C2、VC、TaC中的一种或多种；所述晶粒抑制剂的占比设为0.4～0.9wt.％。
8.根据权利要求5所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具制备方法，其特征在于：在步骤3中，加入石蜡的占比为2wt.％；所述酒精为球磨介质，球料比为2:1～8:1；所述研磨参数设置为：磨机转速50～120r/min，研磨时间12～48h；在干燥时，设置干燥温度为60～100℃，干燥时间为40～80min。
9.根据权利要求5所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具制备方法，其特征在于：在步骤4中，所述烧结方式为采用烧结温度为1350～1470℃，低压烧结1h。
10.根据权利要求5所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具制备方法，其特征在于：所述保护气氛为氮气或氩气；在步骤3中，还包括在干燥后，进行造粒、过筛，获得硬质合金粉末。
...【技术特征摘要】
1.一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，其特征在于，所述硬质合金刀具的基体采用以下元素组成：co、ni、fe；其中各元素摩尔百分比为5％～35％，成分质量比为co：ni：fe＝3～6:2～4:1～5；并掺杂晶粒抑制剂制得。
2.根据权利要求1所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，其特征在于：还包括al元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为2～13wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，其特征在于：还包括ti元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为3～24wt.％。
4.根据权利要求1所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，其特征在于：还包括cr元素，其粒度选择为1～4μm，其成分质量比为3～21wt.％。
5.一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具制备方法，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具，包括以下步骤，
6.根据权利要求5所述的一种用于钛合金切削加工的新型硬质合金刀具制备方法，其特征在于：在步骤1中，co...
【专利技术属性】
技术研发人员：任达平，吴金波，张伟，何清勇，谢波，唐琛，
申请(专利权)人：成都工具研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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