本發明專利屬于車刀用材料技術領域，特別涉及一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料及其制備工藝。

背景技術：

在日常生產中,車刀材料的合理選擇,直接影響著勞動生產率和零件的加工質量。刀具在切削過程中,必然要承受很大的切削力和沖擊力,并且在很高的溫度下工作,連續承受強烈的摩擦、擠壓,容易引起車刀的磨損、損壞。如果刀具材料選擇得不合理,零件將不能滿足使用要求,造成材料浪費,機床設備過早損壞,造成很大的經濟損失。因此合理選用刀具材料,不但可以提高勞動效率,保證加工質量,而且還可以節約成本,降低工人的勞動強度。

刀具材料常用的主要有高速鋼、硬質合金、超硬陶瓷刀具材料等。高速鋼是含鎢(w)、鉬(mo)、鉻(cr)、釩(v)等合金元素較多的工具鋼。高速鋼刀具制造簡單,刃磨方便,容易通過刃磨得到鋒利的刃口,而且韌性較好,常用于承受沖擊力較大的場合和粗糙的工件。特別用于制造各種結構復雜的成形刀具和孔加工刀具。刀具常用的牌號為鎢系的（w18cr4v）和鎢鉬系的（w6mo5cr4v2），但由于硬度不高其耐熱性較差不能用于高速切削。

硬質合金是用鎢和鈦的碳化物粉末加鈷作為黏結劑,高壓壓制成型后再高溫燒結而成的粉末合金制品,是目前應用最廣泛的一種車刀材料。按合金元素主要分為4類：(1)鎢鈷類硬質合金，代號：yg，常用牌號有yg3、yg6、yg8等，(2)鎢鉆鈦類硬質合金，代號：yt，常用牌號是ytl5、y130等。(3)鎢鉭(鈮)鈷類硬質合金，代號：ya，(4)鎢鈦鉭(鈮)鈷硬質合金，代號：yw。其特點是：硬度高，韌性差，刃口不易磨鋒利。

超硬陶瓷材料的主要成分是zr、o，在高壓高溫下燒結而成。其特點是：耐磨性好，耐熱性高；脆性大，強度較低，只有一般硬質合金的1／3左右，不能承受沖擊負荷。

技術實現要素：

針對現有技術存在的缺陷，本發明了提供了一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料及其制備工藝。基于現有車刀用材料制備技術及經驗基礎之上，結合當前車刀用材料的發展現狀和車刀的性能要求，通過添加co、ni，mn、al、ce、la、ti等稀土合金元素，采用非真空冶煉+電渣重熔+鍛造+淬火+回火工藝，制備出一種具有高硬度、高耐磨性、高韌性等綜合性能優異于其它車刀材料且生產成本低的車刀用稀土合金材料。

針對上述目的，本發明的技術方案是通過研究合金元素對合金各種性能的影響，結合生產經驗和微合金化等技術，科學地設計了該合金的化學成分；相比于其它冶煉工藝，通過優化非真空冶煉—電渣重熔雙聯工藝參數，制備高品質的稀土合金錠，該稀土合金錠純度高、含硫磷低、非金屬夾雜物少、稀土合金錠表面光滑、組織和化學成分均勻細密，再結合鍛造+軋鋼+精加工+淬火+回火工藝得到超硬車刀用稀土合金材料。

達到上述目的，本發明的技術解決方案是：一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料，按質量百分比計，所述稀土合金的組分包括：c1.0～1.35%、si0.3～0.45%、mn0.2～0.4%、cr4.0～4.5%、mo4.6～5.2%，w5.8～6.2%，v2.0～2.5%，co0.4～0.6%，ni0.15～0.25%，al1.0～1.3%，ti0.01～0.016%，cu0.10～0.18%，nb0.015～0.03%，ce0.01～0.016%，la0.01～0.018%，fe76.97～80.39%，p≤0.010％，s≤0.009％以及其他為不可避免的雜質元素。

一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料的制備工藝，包括以下步驟：

（1）非真空感應爐冶煉：根據稀土合金的質量百分比進行配料，將原料投入非真空感應爐中進行熔煉得到鑄錠。

（2）電渣重熔爐冶煉：將造渣材料caf2-al2o3加入電渣重熔爐中，隨后將步驟（1）中制得的鑄錠加入電渣重熔爐中進行冶煉得到合金錠。

（3）鍛造：將步驟（2）中所述合金錠在加熱爐內加熱到1140～1180℃，保溫1-2h，在950～1180℃溫度下進行鍛造出方棒。

（4）將步驟（3）中所述方棒加熱到860℃±10℃保溫5h，隨爐冷卻到380℃出爐。空冷后探傷，切除有缺陷的，修磨去除氧化層和脫碳層以及表面缺陷。

（5）軋鋼：將步驟（4）出爐后的方棒放入加熱爐中，加熱到1150-1180℃，保溫40-60min取出開軋，開軋溫度控制在1160℃，終軋溫度≥950℃，軋出各類刀具所需的規格。

（6）淬火：將步驟（5）中刀具所用規格切斷后，進行初磨，淬火溫度采用500-560℃的低中溫，800-900℃的中溫，1000-1100℃的中高溫，1200-1220℃的高溫。

（7）回火：將步驟（6）中淬火后的刀具材料進行回火，回火溫度550-580℃，回火時間1-2h/次，回火次數3-4次。

步驟（2）所述caf2-al2o3渣系中的caf2質量百分比含量為60～72％，al2o3質量百分比含量為25～28％，cao質量百分比含量為4～8％，重熔渣質量為重熔合金錠質量的3%～5%；重熔溫度為1350～1450℃。

本發明一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料有以下優點：

co元素的添加提高了合金在高溫加熱時的組織穩定性，因而允許使用更高的溫度淬火；co增加碳在α相中的活度，促使回火二次硬化時合金碳化物析出生核率的增加，并阻礙其長大；鉆降低鎢、鉬等元素在α相中的溶解度。co的作用提高了高速鋼的二次硬度，紅硬性(抗回火軟化性)及高溫硬度。

ce元素為合金添加劑，耐高熱，增加硬度和抗壓強度，提高切削速度以及增加韌性。

la元素為合金還原劑增加延展性，提高韌性。

ti：能形成很強固的tic，可穩定到1300℃，有此穩定到高溫的高度分散的tic質點，可細化晶粒，降低鋼的過熱傾向性。

al：鋼中含量小于3%時，是一種有益的元素，其作用是：在冶煉過程中有較高的抗氧化性。在淬火過程中al可增加材料的硬度和韌性。

采用新的電渣重熔渣系和新型鈣鋁合金加入熔煉對脫磷、硫、脫氧達到嚴格控制雜質元素含量的目的。

本發明一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料其硬度達到hrc67-70，力學性能和塑性加工性能等綜合性能優異，其硬度和韌性均優于其它材料，特別是對車刀的使用壽命有較大提高，長時間切削車刀的高溫紅硬性得到了很大的提高，使此類車刀材料滿足加工高精度零件的要求，降低了生產成本。

附圖說明

圖1是本發明實施例中超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料的淬火指導圖。

具體實施方式

下面結合附圖具體實施方式對本發明做進一步描述。

實施例1

一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料，其組成成分質量百分比為：c1.0%、si0.3%、mn0.2%、cr4.0%、mo4.6%，w5.8%，v2.0%，co0.4%，ni0.15%，al1.0%，ti0.01%，cu0.10%，nb0.015%，p0.010%，s0.008%，ce0.01%，la0.01%，fe80.39%，以及其他不可避免的雜質元素。

采用非真空冶煉—電渣重熔雙聯工藝冶煉合金錠，重熔渣選用caf2-al2o3渣系，成分組成為72%caf2-25%al2o3-4%cao，質量為重熔合金錠質量的3%，冶煉中選用1350℃作為重熔溫度，制備的合金錠表面光滑。再對該合金錠進行鍛造+軋鋼+精加工+淬火+回火工藝，鍛造前將合金錠加熱到1150℃，保溫2h，在1150℃溫度下進行鍛造，終鍛溫度為≥950℃。在1160℃溫度下軋鋼，終軋溫度為≥950℃。淬火溫度1180℃，回火溫度550℃，回火時間1.5h/次，回火次數4次。

得到的稀土合金材料經力學性能測試，測得洛氏硬度hrc為68，延伸率為22%。

實施例2

一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料，其組成成分質量百分比為：c1.17%、si0.37%、mn0.3%、cr4.25%、mo4.9%，w6.0%，v2.25%，co0.5%，ni0.2%，al1.15%，ti0.013%，cu0.14%，nb0.022%，p0.010%，s0.008%，ce0.013%，la0.04%，fe78.66%，以及其他不可避免的雜質元素。采用非真空冶煉—電渣重熔雙聯工藝冶煉合金錠，重熔渣選用caf2-al2o3渣系，成分組成為70%caf2-25%al2o3-5%cao，質量為重熔合金錠質量的4.5%，冶煉中選用1400℃作為重熔溫度，制備的合金錠表面光滑。再對該合金錠進行鍛造+軋鋼+精加工+淬火+回火工藝，鍛造前將合金錠加熱到1180℃，保溫1.5h，在1165℃溫度下進行鍛造，終鍛溫度950℃。在1165℃下軋鋼，終軋溫度為≥950℃。淬火溫度1200℃，回火溫度560℃，回火時間1.6h/次，回火次數4次。得到的稀土合金材料經力學性能測試，測得洛氏硬度hrc為69，延伸率為21.5%。

實施例3

一種超硬車刀用低磷硫高韌性稀土合金材料，其組成成分質量百分比為：c1.35%、si0.45%、mn0.4%、cr4.5%、mo5.2%，w6.2%，v2.5%，co0.6%，ni0.25%，al1.3%，ti0.016%，cu0.18%，nb0.03%，p0.010%，s0.008%，ce0.016%，la0.018%，fe76.97%，以及其他不可避免的雜質元素。采用非真空冶煉—電渣重熔雙聯工藝冶煉合金錠，重熔渣選用caf2-al2o3渣系，成分組成為67%caf2-28%al2o3-5%cao，質量為重熔合金錠質量的5%，冶煉中選用1450℃作為重熔溫度，制備的合金錠表面光滑。再對該合金錠進行鍛造+軋鋼+精加工+淬火+回火工藝，鍛造前將合金錠加熱到1190℃，保溫1.2h，在1180℃溫度下進行鍛造，終鍛溫度≥950℃。在1175℃溫度內軋鋼，終軋溫度為≥950℃。淬火溫度1220℃，回火溫度580℃，回火時間1.8h/次，回火次數4次。得到的稀土合金材料經力學性能測試，測得洛氏硬度hrc為70，延伸率為21%。

本發明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾品也視為本發明的保護范圍內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。