專利名稱：機(jī)加工工具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)加工工具及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明，該機(jī)加工工具由梯度復(fù)合材料制成，其中從該機(jī)加工工具的表面向內(nèi)，陶瓷組成比和金屬組成比是變化的。
背景技術(shù)：
當(dāng)在工件上制孔或者鏜孔時(shí)，首先，用鉆頭在工件上進(jìn)行粗糙的鏜孔加工，然后，用鉸刀進(jìn)行切削加工。
用于鉆頭或者鉸刀的構(gòu)成材料包括，例如含高碳鋼作為主要成分的按日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義的SK材料，SKD材料，或者SKH材料(所謂的高速工具鋼)，超級(jí)合金材料如鎳基合金和鈷基合金，及超硬材料如陶瓷與金屬的復(fù)合材料。為了提高抗磨損性，鉆頭或鉸刀的表面有時(shí)用硬質(zhì)陶瓷的涂層膜進(jìn)行涂覆，如TiC或TiN。
高速工具鋼和超級(jí)合金材料具有高的強(qiáng)度和高的韌性。然而，高速工具鋼和超級(jí)合金沒有足夠的抗磨損性，抗壓強(qiáng)度和剛度。超硬材料具有高的抗磨損性，抗壓強(qiáng)度和剛度。然而，超硬材料沒有足夠的韌性，傾向于產(chǎn)生裂紋和斷裂。也就是說，高速工具鋼和超級(jí)合金材料的特性與超硬材料的特性是相反的。所以，用于鉆頭或鉸刀的構(gòu)成材料的選擇要考慮到工件的構(gòu)成材料以及當(dāng)進(jìn)行鏜孔加工或者切削加工時(shí)施加到鉆頭或鉸刀上的多種應(yīng)力的大小。這些應(yīng)力包括當(dāng)壓力作用到工件上時(shí)施加的壓縮應(yīng)力，作用到牽引部分和切削部分上的拉應(yīng)力和施加于被加工的部分與未被加工的部分之間的拉應(yīng)力。
鉆頭或鉸刀具有高的硬度，高的強(qiáng)度和高的韌性是所期望的。要獲得長的使用壽命，高硬度，也就是高的抗磨損性是必需的。高的強(qiáng)度有助于防止鉆頭或鉸刀的變形，即使在其上施加了上述應(yīng)力。而且，具有高韌性的鉆頭或鉸刀很少遇到裂紋和斷裂的產(chǎn)生。然而，傳統(tǒng)的鉆頭或鉸刀不具有上述的所有特性。
例如，在鉆頭或鉸刀由超硬材料組成的情況下，通過提高金屬組成比來提高韌性是可能的。然而，金屬組成比高的超硬材料不具有高的硬度和強(qiáng)度。所以，鉆頭或鉸刀的使用壽命可能不長。相反，降低金屬組成比，通過犧牲韌性來提高硬度和強(qiáng)度是可能的，然而，趨向于更頻繁的產(chǎn)生裂紋和斷裂。
如上所述，具有高的硬度和強(qiáng)度的超硬材料不具有高的韌性。具有高的韌性的超硬材料不具有高的硬度和強(qiáng)度。所以，一并提高鉆頭或鉸刀的所有特性(硬度，強(qiáng)度和韌性)是困難的。
發(fā)明公開本發(fā)明為解決上述問題而設(shè)計(jì)，其目的是提供一種長使用壽命的機(jī)加工工具，其中很少產(chǎn)生變形，裂紋和斷裂；以及這種機(jī)加工工具的制造方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明，機(jī)加工工具由含陶瓷和金屬的復(fù)合材料組成，其中從該機(jī)加工工具的表面向內(nèi)，陶瓷組成比增高，金屬組成比降低。
如上構(gòu)建的機(jī)加工工具具有金屬的韌性，陶瓷的硬度和強(qiáng)度。所以，很少產(chǎn)生裂紋和斷裂，抗磨損性得到提高，而且很少發(fā)生變形。
適用于該機(jī)加工工具的陶瓷材料包括選自W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和鑭系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一種。適用于該機(jī)加工工具的金屬材料包括選自Fe，Ni，Co及由這些金屬中的兩種或更多種組成的合金中的至少一種。另外地，金屬可以進(jìn)一步包含Cr，Mn，V和Ti中的至少一種。
該種情況下，陶瓷組成比和金屬組成比按重量比為85∶15到95∶5。如果金屬按重量比少于5份，就會(huì)因?yàn)轫g性差而趨向于產(chǎn)生裂紋和斷裂。如果金屬按重量比超過15份，則硬度和強(qiáng)度及抗磨損性差。進(jìn)而，當(dāng)加工工件時(shí)，傾向于產(chǎn)生變形。
優(yōu)選地，為延長該機(jī)加工工具的使用壽命和提高加工工件的精確度，該機(jī)加工工具的加工表面的維氏硬度不小于1700。
鉆頭和鉸刀是這種機(jī)加工工具的優(yōu)選例子。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造這種機(jī)加工工具的方法，其中，從該機(jī)加工工具的表面向內(nèi)，陶瓷組成比增高，金屬組成比降低。該方法包括如下步驟用含陶瓷粉體和金屬粉體的混合粉體制備密實(shí)體；燒結(jié)所述密實(shí)體制備多孔件(初級(jí)燒結(jié)步驟)；用含催化劑的溶液浸漬所述多孔件；并在氮化氣氛下，將用含催化劑的溶液浸漬的所述多孔件進(jìn)行再燒結(jié)，制備成致密的燒結(jié)產(chǎn)品(次級(jí)燒結(jié)步驟)，其中，在再燒結(jié)步驟中，當(dāng)爐子開始升溫時(shí)，將氮化氣體引入爐子中。
在此工序中，在次級(jí)燒結(jié)步驟中，存在于多孔件表面附近的金屬晶粒早于陶瓷晶粒開始晶粒生長。而且，存在于多孔件表面附近的陶瓷晶粒的晶粒生長被氮化氣體如氮?dú)馑种?，因?yàn)榈瘹怏w通常阻礙陶瓷晶粒的晶粒生長。存在于多孔件中部的陶瓷晶粒的晶粒生長不會(huì)受到抑制，因?yàn)樵诙嗫准闹胁繋缀鯖]有氮化氣體存在。而且，在多孔件中的陶瓷晶粒的晶粒生長因催化劑而得到促進(jìn)。
由于上述原因，金屬晶粒集中在表面附近。通過這種方式，獲得從表面向內(nèi)，金屬組成比降低且陶瓷組成比增高的梯度復(fù)合材料是可能的。
為了提供可用來進(jìn)行鏜孔和切削工件的具有足夠的硬度，強(qiáng)度和韌性的機(jī)加工工具，優(yōu)選的陶瓷晶粒由選自W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和鑭系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一種組成，且金屬晶粒由選自Fe，Ni，Co及包含這些金屬中的兩種或更多種的合金中的至少一種組成。進(jìn)一步地，Cr，Mn，V和Ti中的至少一種可以加入到金屬晶粒中。
此時(shí)，陶瓷組成比和金屬組成比按重量比為85∶15到95∶5。如果金屬按重量比少于5份，會(huì)因?yàn)轫g性差而趨向于產(chǎn)生裂紋和斷裂。如果金屬按重量比超過15份，則硬度和強(qiáng)度及抗磨損性差。進(jìn)而，當(dāng)加工工件時(shí)，傾向于產(chǎn)生變形。
在含催化劑的溶液中優(yōu)選的催化劑的例子是Fe，Ni，Co，Mn，Cr，Mo，Ti或者鑭系元素。
舉例來講，優(yōu)選的氮化氣體是氮?dú)猓捎谶@種氣體容易處理，而且容易控制反應(yīng)速率。
通過下面的與附圖一同進(jìn)行的描述，本發(fā)明的上述和其它的目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。在附圖中，以說明性示例的方式說明了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案。
附圖簡述

圖1是依據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方案的一種機(jī)加工工具(鉆頭)的整體結(jié)構(gòu)和局部縱向截面示意圖；圖2是沿圖1中箭頭所示的II-II線所得的剖面圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案的一種機(jī)加工工具(鉸刀)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是沿圖3中箭頭所示的IV-IV線所得的剖面圖；圖5是說明依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案制造機(jī)加工工具的方法流程圖；及圖6是使用第一個(gè)實(shí)施方案的鉆頭和商業(yè)可獲的鉆頭得到的所加工孔數(shù)與VB磨損量之間的關(guān)系圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施模式參照附圖，對(duì)依據(jù)本發(fā)明的機(jī)加工工具及其制造方法的優(yōu)選實(shí)施方案作詳細(xì)描述。
圖1示意了依據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案的機(jī)加工工具鉆頭10的整體結(jié)構(gòu)，并有局部縱向截面圖。鉆頭10是一種麻花鉆頭，具有刃部12和桿部14。刃部12和桿部14整體地制成一個(gè)部件。刃部12包括兩個(gè)始于刃頂16并以預(yù)先確定的旋轉(zhuǎn)角度沿軸向(箭頭A的方向)延伸的切削刃18。
圖2是沿圖1中箭頭所示的II-II線得到的剖面圖。如圖2所示，鉆頭10包括組成比不同的三個(gè)部分。在內(nèi)部的富陶瓷部分20中，陶瓷組成比是相對(duì)高的。在外部的富金屬部分(鉆頭10的表面)22中，金屬組成比是相對(duì)高的。梯度部分24位于富陶瓷部分20和富金屬部分22之間。在梯度部分24中，金屬組成比從富陶瓷部分20到富金屬部分22向外逐漸增高。
在鉆頭10中，在構(gòu)成加工表面的富金屬部分22中的金屬組成比最高，并且向內(nèi)比率降低。相反，在構(gòu)成加工表面的富金屬部分22中的陶瓷組成比最低，并且向內(nèi)比率增高。即鉆頭10由梯度復(fù)合材料組成，其中從表面向內(nèi)，金屬組成比降低，陶瓷組成比增高。
適用于鉆頭10的陶瓷材料包括選自W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和鑭系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一種。
適用于鉆頭10的金屬材料包括選自Fe，Ni，Co及由這些金屬中的兩種或更多種組成的合金中的至少一種。另外地，金屬可以進(jìn)一步包含Cr，Mn，V和Ti中的至少一種。當(dāng)用上述陶瓷和金屬來作構(gòu)成材料時(shí)，制備具有足夠強(qiáng)度，硬度和韌性以進(jìn)行鉆孔加工的鉆頭10是可能的。
當(dāng)用上述陶瓷和金屬作為鉆頭10的構(gòu)成材料時(shí)，陶瓷組成比和金屬組成比為85∶15到95∶5(重量比)。如果金屬按重量比少于5份，會(huì)因?yàn)轫g性差而趨向于產(chǎn)生裂紋和斷裂。如果金屬按重量比超過15份，則硬度和強(qiáng)度及抗磨損性差。進(jìn)而，當(dāng)加工工件時(shí)，傾向于產(chǎn)生變形。
優(yōu)選地，鉆頭10的加工表面具有不小于1700的維氏硬度(Hv)。如果Hv小于1700，由于硬度差，鉆頭10的使用壽命可能不長。而且，此時(shí)，在工件和鉆頭10之間的摩擦系數(shù)(μ)高。結(jié)果，在鉆孔加工中產(chǎn)生的熱和應(yīng)力增加。所以，工件表面傾向于不能精確加工。為了保證工件表面加工的精確度和鉆頭10的長的使用壽命，優(yōu)選的Hv不小于1750。
接下來，圖3是依據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案的一種機(jī)加工工具鉸刀30的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
鉸刀30包括刃部32和桿部34。刃部32和桿部34整體地制成一個(gè)部件。刃部32包括六個(gè)沿軸向(箭頭B的方向)延伸的切削刃36。
圖4是沿圖3中箭頭所示的IV-IV線得到的剖面圖。如圖4所示，鉸刀30包括組成比不同的三個(gè)部分(內(nèi)部的的富陶瓷部分38，梯度部分42和外部的富金屬部分40)。
在梯度部分42中，金屬組成比從富陶瓷部分38到富金屬部分40向外逐漸增高。即與如上所述的鉆頭10一樣，鉸刀30由梯度復(fù)合材料組成，其中從表面向內(nèi)，金屬組成比降低，陶瓷組成比增高。
適用于鉸刀30的陶瓷和金屬可以是例如上述的非氧化物陶瓷和金屬。同樣地，此種情況下，當(dāng)陶瓷和金屬的組成比為85∶15到95∶5時(shí)，制備具有足夠的強(qiáng)度，硬度和韌性以進(jìn)行切削加工的鉸刀30是可能的。與上述鉆頭10一樣，加工表面的維氏硬度(Hv)不小于1750。
在如上所述的鉆頭10和鉸刀30中，表面(在外部的部分)的韌性高，內(nèi)部的硬度和強(qiáng)度高。也就是說，當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行鏜孔加工或者切削加工時(shí)，硬度，強(qiáng)度和韌性都是足夠的。所以，使用壽命長，很少發(fā)生變形，很少產(chǎn)生裂紋和斷裂。
根據(jù)圖5流程圖中所示的方法能夠制造鉆頭10和鉸刀30。如圖5所示，制造方法包括獲得密實(shí)體的燒結(jié)步驟S1，燒結(jié)密實(shí)體制備多孔件的初級(jí)燒結(jié)步驟S2，用含催化劑的溶液浸漬所述多孔件的浸漬步驟S3，和對(duì)多孔件進(jìn)行再燒結(jié)以制備致密的燒結(jié)產(chǎn)品的次級(jí)燒結(jié)步驟S4。
由于如上所述的原因，優(yōu)選使用選自W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和鑭系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一種的陶瓷粉體。而且，優(yōu)選使用選自Fe，Ni，Co及包含這些金屬中的兩種或更多種的合金中的至少一種的金屬粉體。進(jìn)一步地，也可以加入Cr，Mn，V和Ti中的至少一種。在混合粉體中的陶瓷粉體和金屬粉體的組成比(陶瓷粉體∶金屬粉體)在85∶15到95∶5。
為制備具有與鉆頭10或者鉸刀30形狀相對(duì)應(yīng)的密實(shí)體，向混合粉體施加一個(gè)成型載荷。在此工序中，為了在后面要描述的初級(jí)燒結(jié)步驟中獲得多孔件，成型載荷的確定應(yīng)使金屬粉體不產(chǎn)生任何的塑性變形。具體地，優(yōu)選的成型載荷在大約100-300MPa。此種情況下，成功避免了金屬粉體產(chǎn)生塑性變形，因此，密實(shí)體中的開孔是不閉合的。
隨后，在初級(jí)燒結(jié)步驟S2中，將密實(shí)體燒結(jié)成氣孔仍然保持開放的多孔件。如果在此階段制得致密燒結(jié)產(chǎn)品，則在浸漬步驟S3中用含催化劑的溶液浸漬致密燒結(jié)產(chǎn)品是困難的。
所以，在初級(jí)燒結(jié)步驟S2中，燒結(jié)溫度和時(shí)間的確定僅使金屬晶粒彼此熔合，當(dāng)金屬晶粒間成頸時(shí)燒結(jié)工序就結(jié)束。在初級(jí)燒結(jié)步驟S2中，陶瓷晶粒彼此間沒有熔合。由此，在該工序中密實(shí)體轉(zhuǎn)變成多孔件，體積沒有發(fā)生顯著的變化。
接下來，在浸漬步驟S3中，多孔件用含催化劑的溶液進(jìn)行浸漬。具體地，將多孔件浸入到含催化劑的溶液中。浸漬的結(jié)果，含催化劑的溶液通過開孔滲透到多孔件中。
在次級(jí)燒結(jié)步驟S4中，可以使用任何適于促進(jìn)陶瓷晶粒生長的催化劑，包括，但不限于，F(xiàn)e，Ni，Co，Mn，Cr，Mo，Ti和鑭系元素。那些可用作含催化劑的溶液的溶液，包括通過將含有上述金屬的金屬鹽溶解在溶劑而獲得的溶液和有機(jī)金屬溶液。
在此工序中，催化劑分散或者溶解在溶劑中，分離成單個(gè)的分子或離子。所以，在浸漬步驟S3中，分離成單個(gè)的分子或離子的催化劑均勻的分散到多孔件中。由此，在次級(jí)燒結(jié)步驟S4中，在多孔件中，從表面向內(nèi)，陶瓷晶粒的生長得到促進(jìn)。
在浸漬步驟S3之后，含催化劑的溶液靜置自然干燥?？蛇x地，可以將多孔件加熱來干燥含催化劑的溶液。
最后，在次級(jí)燒結(jié)步驟S4中，將多孔件在氮?dú)鈿夥障略贌Y(jié)制備成致密的燒結(jié)產(chǎn)品。在次級(jí)燒結(jié)步驟S4中，當(dāng)爐子開始升溫時(shí)，將用來作為氣氛的氮化氣體引入爐子中。由此，獲得致密燒結(jié)產(chǎn)品(梯度復(fù)合材料)，也就是，作為產(chǎn)品的鉆頭10或者鉸刀30，其中陶瓷和金屬的組成比為85∶15到95∶5。
在次級(jí)燒結(jié)步驟S4中，在多孔件表面附近存在的陶瓷晶粒的晶粒生長受到作為氣氛的氮化氣體的阻礙。氮化氣體幾乎不能進(jìn)入到多孔件中。所以，在多孔件內(nèi)存在的陶瓷晶粒的晶粒生長與表面相比，受氮化氣體阻礙的程度小。而且，在多孔件中的陶瓷晶粒的晶粒生長得到催化劑的促進(jìn)。
因此，在次級(jí)燒結(jié)步驟S4中，在多孔件表面附近的陶瓷晶粒的晶粒生長受到抑制，而在多孔件內(nèi)的晶粒生長得到促進(jìn)。結(jié)果，金屬晶粒重新排布而集中在表面附近。也就是說，在得到的梯度復(fù)合材料中，在多孔件的表面附近的金屬組成比高，而在多孔件內(nèi)部陶瓷組成比高。
如上所述，在次級(jí)燒結(jié)步驟S4中，通過在開始升溫時(shí)引入氮化氣體氣氛，使存在于用含有催化劑的溶液浸漬的多孔件內(nèi)部的陶瓷晶粒的晶粒生長程度與位于表面附近的部分中的相比是能夠提高的。這樣，金屬晶粒產(chǎn)生重新排布。結(jié)果，能夠獲得梯度復(fù)合材料(鉆頭10或鉸刀30)，其中從表面向內(nèi)金屬組成比降低，陶瓷組成比增高。
由于在上述所得的鉆頭10或者鉸刀30的表面附近金屬組成比是相對(duì)高的，所以對(duì)鉆頭10或者鉸刀30表面進(jìn)行研磨以提高其尺寸精度是可能的。也就是說，在鉆頭10或者鉸刀30中的具有高的硬度和強(qiáng)度的富陶瓷部分20，38的厚度在經(jīng)過研磨加工后顯著增加了。另一方面，富金屬部分22，40保持在鉆頭10或者鉸刀30的表面附近。所以，可能獲得具有足夠韌性，硬度和強(qiáng)度的鉆頭10或者鉸刀30。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，成型步驟S1和初級(jí)燒結(jié)步驟S2是分開進(jìn)行的?？蛇x地，步驟S1和S2可以同時(shí)進(jìn)行，例如，通過熱等靜壓(HIP)。
實(shí)施例采用濕法，用己烷按重量比將90份平均粒徑為1μm的碳化鎢(WC)，2份平均粒徑為2μm的碳化鉭(TaC)，1份平均粒徑為3.5μm的碳化鈮(NbC)和7份平均粒徑為1.4μm的鈷(Co)混合制備成混合粉體。隨后，通過等靜壓的方法，采用120MPa的壓力依照鉆頭10的形狀將混合粉體在模具中成型。所得密實(shí)體在900℃下保持30分鐘制備成多孔件。
隨后，將多孔件在濃度為10％的Ni離子溶液中浸漬3分鐘。這樣，Ni離子分散到多孔件中。接著，將多孔件于90℃放置1小時(shí)并干燥。
隨后，將多孔件在1400℃下，在氮?dú)鈿夥障略贌Y(jié)1小時(shí)零20分鐘。這樣，就獲得了鉆頭10(梯度復(fù)合材料)的致密燒結(jié)產(chǎn)品，其直徑為12mm，總長為100mm，刃部12的長度是60mm。氮?dú)庠跔t子開始升溫時(shí)引入爐子中。
所得鉆頭10切開后用電子顯微鏡進(jìn)行觀察。發(fā)現(xiàn)表面存在的陶瓷晶粒是圓形的而且細(xì)小，然而，存在于鉆頭10中部的晶粒有極大的晶粒生長。
分別用鉆頭10，一種商業(yè)可獲的由用粒徑為大約0.6到0.8μm的陶瓷晶粒作原料的超細(xì)顆粒燒結(jié)產(chǎn)品組成的鉆頭，及一種由用粒徑小于0.4μm的陶瓷晶粒作原料的超微細(xì)顆粒燒結(jié)產(chǎn)品組成的鉆頭在AC8B材料(高硅鋁合金)上以500米/分鐘的鉆孔速度成功制備了每個(gè)深度為40mm的圓孔，觀察加工孔數(shù)與VB磨損量之間的關(guān)系。觀察結(jié)果如圖6中所示。在圖6中，明顯地，與那兩種商業(yè)可獲的產(chǎn)品相比，鉆頭10有相當(dāng)優(yōu)異的抗磨損性，并有長的使用壽命。
在采用兩種商業(yè)可獲的產(chǎn)品的情況下，在加工10000個(gè)孔之前就形成了切削瘤(build-up edge)，結(jié)果孔的尺寸精度也降低了。另一方面，當(dāng)使用鉆頭10時(shí)，甚至在加工60000個(gè)孔之后，仍沒有發(fā)現(xiàn)切削瘤的形成，可以成功而精確的制孔。
以同樣的方式，獲得了直徑15mm，總長90mm，刃部32為30mm的鉸刀30(梯度復(fù)合材料)。當(dāng)用電子顯微鏡對(duì)鉸刀30的切開表面進(jìn)行觀察時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)，鉸刀30中，表面存在的陶瓷晶粒是圓形的而且細(xì)小，存在于鉸刀30中部的晶粒有極大的晶粒生長。富陶瓷部分38在表面以下深5mm的范圍。
分別用鉸刀30，一種商業(yè)可獲的由超細(xì)顆粒燒結(jié)產(chǎn)品組成的鉸刀，及一種由超微細(xì)顆粒燒結(jié)產(chǎn)品組成的鉸刀對(duì)在AC8B材料上制得的孔進(jìn)行切削加工，觀察加工孔數(shù)與VB磨損量之間的關(guān)系。在采用兩種商業(yè)可獲的產(chǎn)品的情況下，在加工30000個(gè)孔之后其VB磨損量大約超過了0.2mm。當(dāng)使用鉸刀30時(shí)，甚至在加工60000個(gè)孔之后，VB磨損量仍小于0.15mm。而且，在商業(yè)可獲的產(chǎn)品中，在加工10000個(gè)孔之前就形成了切削瘤。在鉸刀30中，甚至在加工60000個(gè)孔之后，仍沒有發(fā)現(xiàn)切削瘤的形成，可以成功而精確的制孔。
如上所述，明顯地，與那些商業(yè)可獲的產(chǎn)品相比，鉆頭10和鉸刀30有相當(dāng)優(yōu)異的抗磨損性，并因此具有長的使用壽命。
在鉆頭10和鉸刀30中沒有切削瘤形成是因?yàn)樗鼈兊募庸け砻嬗筛惶沾刹糠?0，38組成。即在加工表面附近的金屬組成比小，并因此顯著抑制了在鏜孔加工或者切削加工過程中與做工件的AC8B材料之間的相互作用。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)加工工具由梯度復(fù)合材料組成，其中從表面向內(nèi)，金屬組成比降低，陶瓷組成比增高。所以，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)加工工具有高的硬度和強(qiáng)度及高的韌性。據(jù)此，因?yàn)槠淇鼓p性優(yōu)異，該機(jī)加工工具具有長的使用壽命，很少發(fā)生變形。而且，很少產(chǎn)生裂紋和斷裂。進(jìn)一步地，提高加工精度也是可能的。
在根據(jù)本發(fā)明制造機(jī)加工工具的方法中，由含催化劑的溶液浸漬的多孔件在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行再燒結(jié)來制備機(jī)加工工具(梯度復(fù)合材料)。在此工序中，多孔件表面附近存在的陶瓷晶粒的晶粒生長受到氮?dú)獾囊种?，而多孔件?nèi)的陶瓷晶粒的晶粒生長受到催化劑的促進(jìn)。據(jù)此，金屬晶粒集中在表面。所以，獲得從表面向內(nèi)金屬組成比降低，陶瓷組成比上升的機(jī)加工工具是可能的，也就是說，機(jī)加工工具在表面具有高的韌性，在內(nèi)部具有高的硬度。
盡管本發(fā)明參照優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行了具體的說明和描述，應(yīng)該明白的是，在不脫離后面的權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，本專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)其進(jìn)行變動(dòng)和完善。
權(quán)利要求
1.一種由包含陶瓷和金屬的復(fù)合材料組成的機(jī)加工工具，其中從該機(jī)加工工具的表面向內(nèi)，所述陶瓷組成比增高，且所述金屬組成比降低。
2.權(quán)利要求1中的機(jī)加工工具，其中該機(jī)加工工具包含W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和鑭系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一種作為所述陶瓷，并包含F(xiàn)e，Ni，Co及包含這些金屬中的兩種或更多種的合金中的至少一種作為所述金屬，而且所述陶瓷組成比和所述金屬組成比按重量比為85∶15到95∶5。
3.權(quán)利要求2中的機(jī)加工工具，其中該機(jī)加工工具進(jìn)一步含有Cr，Mn，V和Ti中的至少一種作為所述金屬。
4.權(quán)利要求1中的機(jī)加工工具，其中該機(jī)加工工具的所述表面的維氏硬度不小于1700。
5.權(quán)利要求1中的機(jī)加工工具，其中該機(jī)加工工具是鉆頭(10)或者鉸刀(30)。
6.權(quán)利要求2中的機(jī)加工工具，其中該機(jī)加工工具是鉆頭(10)或者鉸刀(30)。
7.權(quán)利要求3中的機(jī)加工工具，其中該機(jī)加工工具是鉆頭(10)或者鉸刀(30)。
8.一種制造機(jī)加工工具的方法，其中從該機(jī)加工工具的表面向內(nèi)，陶瓷組成比增高，金屬組成比降低，該方法包含如下步驟用含陶瓷粉體和金屬粉體的混合粉體制備密實(shí)體；燒結(jié)所述密實(shí)體制備多孔件；用含催化劑的溶液浸漬所述多孔件；并在氮化氣體的氣氛下，將用所述含催化劑的溶液浸漬的所述多孔件進(jìn)行再燒結(jié)，制備成致密燒結(jié)產(chǎn)品，其中，在所述再燒結(jié)步驟中，當(dāng)爐子升溫開始時(shí)，將所述氮化氣體引入所述爐子中。
9.權(quán)利要求8中的制造所述機(jī)加工工具的方法，其中用選自W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和鑭系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一種粉體作為所述陶瓷粉體，并用選自Fe，Ni，Co及包含這些金屬中的兩種或更多種的合金中的至少一種粉體作為所述金屬粉體，以制備混合粉體，其中所述陶瓷粉體與所述金屬粉體按重量比85∶15到95∶5混合。
10.權(quán)利要求9中的制造所述機(jī)加工工具的方法，其中進(jìn)一步將Cr，Mn，V和Ti中的至少一種與所述金屬粉體相混合。
11.權(quán)利要求8中的制造所述機(jī)加工工具的方法，其中，在所述含催化劑的溶液中的催化劑是Fe，Ni，Co，Mn，Cr，Mo，Ti或者鑭系元素。
12.權(quán)利要求8中的制造所述機(jī)加工工具的方法，其中用氮?dú)庾鳛樗龅瘹怏w。
13.權(quán)利要求10中的制造所述機(jī)加工工具的方法，其中，在所述含催化劑的溶液中的催化劑是Fe，Ni，Co，Mn，Cr，Mo，Ti或者鑭系元素。
14.權(quán)利要求13中的制造所述機(jī)加工工具的方法，其中用氮?dú)庾鳛樗龅瘹怏w。
全文摘要
一種機(jī)加工工具比如鉆頭(10)的加工表面由富金屬部分(22)組成。鉆頭(10)的中部由富陶瓷部分(20)制成。進(jìn)一步地，梯度部分(24)位于富陶瓷部分(20)和富金屬部分(22)之間。在梯度部分(24)中，金屬組成比從富陶瓷部分(22)到富金屬部分(20)逐漸增高。即鉆頭(10)由梯度復(fù)合材料組成，其中從該機(jī)加工工具的表面向內(nèi)，陶瓷組成比增高，金屬組成比降低。
文檔編號(hào)C22C29/02GK1486288SQ01821869
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2001年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月19日
發(fā)明者桑原光雄, 大塚昌紀(jì), 紀(jì) 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社