[00990581]特殊性能金属陶瓷工模具关键技术

工模具是制造业中不可或缺的基础工艺装备,制备水平直接决定着产品的加工质量和效率与新产品的开发能力.随着航空航天、国防军工等行业快速发展,对关键零部件材料性能的要求不断提高,导致新材料不断涌现,由于新材料多数属于难加工材料或难成形材料,因而对工模具材料的性能提出了更苛刻的要求.同时,为实现经济社会和生态环境协调发展,需大力推广绿色制造技术,因此,亟需研发能满足特殊工况条件要求的工模具,以实现高效、绿色制造.该项目在课题组解决了无钴碳氮化钛基金属陶瓷难以兼有高硬度和高强韧性难题的基础上,为满足磁场、高温强氧化和重载荷强磨损等特殊工况条件的要求,在无钴金属陶瓷工模具的合金化、梯度结构制备和钎焊等方面进行了系统研究.主要技术发明如下: 1发明了无磁性金属陶瓷工模具的合金化技术.针对铁磁性材料加工过程中切屑易吸附在磁性刀刃上导致切削阻力增大并影响工件表面质量、磁性粉末成形过程中易粘模导致成形压力大和产品表面质量差的难题,引入8～16%钼、3～10%钨和0.5～10.5%铬,优化碳/氮比,使粘结相中固溶适量钼、钨和铬,致使其由铁磁性转变为顺磁性的临界温度降至室温以下,解决了金属陶瓷工模具难以兼有无磁性和优异综合力学性能的难题.无磁金属陶瓷刀具尤为适合精加工铁磁性材料;无磁金属陶瓷模具适合磁性粉末成形,使用寿命比硬质合金模具提高1～3倍. 2发明了显著提高金属陶瓷工模具800～1100℃红硬性、抗氧化性和耐磨性的合金化技术.针对高温强氧化工况条件下工模具易磨损的问题,引入1～10%钽、0.5～4.5%铌和1～10%铬,优化碳/氮比,使钽、铌和铬固溶于陶瓷晶粒环形相和粘结相中,显著提高了无钴金属陶瓷工模具的红硬性、高温抗氧化性和高温耐磨性,在高速干式切削、高温热挤压等工况条件下使用寿命提高1倍以上. 3发明了显著提高金属陶瓷工模具表面耐磨性的高温等静压氮化制备梯度结构的技术.针对重载荷强磨损工况条件下工模具易磨损的问题,将强韧性高的无钴金属陶瓷工模具在30～130MPa、1100～1300℃等静压氮化1～5h,或在1～6MPa、1100～1250℃等静压氮化2～24h,在表面形成主要由氮化钛组成的硬化层,且在硬化层与基体间形成过渡层,实现组织性能的梯度过渡,从而使金属陶瓷工模具兼有优异的耐磨性和抗冲击性,在重载荷强磨损工况条件下使用寿命提高1～2倍. 4发明了实现金属陶瓷工模具与钢件间高强度连接的铜基钎焊材料.针对金属陶瓷与钢件间难以钎焊的问题,发明了含20～25%银、5～10%镍、1～3%钛和1～5%硅的铜基钎焊材料,实现了金属陶瓷与钢件间的高强度连接,接头剪切强度达270MPa.在此基础上,开发的无钴金属陶瓷工模具已在3家企业批量生产和80余家企业应用,近3年累积产值19400余万元,创利税6800余万元,经济社会效益显著.申请发明专利5项,其中2项已授权,具有自主知识产权.