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硬質合金

來源:發布時間:2018-11-27 09:00:20點擊率:

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中文名稱:硬質合金 英文名稱:hardmetal;cemented carbide 定義:由作為主要組元的難熔金屬碳化物和起黏結相作用的金屬組成的燒結材料,具有高強度和高耐磨性。所屬學科:機械工程(一級學科) ;機械工程(2)粉末冶金(二級學科) ;粉末冶金材料與制品(三級學科)硬質合金名詞解釋拼音:yìngzhìhéjīn  英文:cemented carbide  

硬質合金是以高硬度難熔金屬的碳化物(wc、tic)微米級粉末為主要成分,以鈷(co)或鎳(ni)、鉬(mo)為粘結劑,在真空爐或氫氣還原爐中燒結而成的粉末冶金制品。  

ⅳb、ⅴb、ⅵb族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等,由于硬度和熔點特別高,統稱為硬質合金。下面以碳化物為重點來說明硬質含金的結構、特征和應用。  

ⅳa、ⅴa、ⅵa族金屬與碳形成的金屬型碳化物中,由于碳原子半徑小,能填充于金屬品格的空隙中并保留金屬原有的晶格形式,形成間充固溶體。在適當條件下,這類固溶體還能繼續溶解它的組成元素,直到達到飽和為止。因此,它們的組成可以在一定范圍內變動(例如碳化鈦的組成就在tic0.5~tic之間變動),化學式不符合化合價規則。當溶解的碳含量超過某個極限時(例如碳化鈦中ti︰c=1︰1),晶格型式將發生變化,使原金屬晶格轉變成另一種形式的金屬晶格,這時的間充固溶體叫做間充化合物。  

金屬型碳化物,尤其是ⅳb、ⅴb、ⅵb族金屬碳化物的熔點都在3273k以上,其中碳化鉿、碳化鉭分別為4160k和4150k,是當前所知道的物質中熔點的。大多數碳化物的硬度很大,它們的顯微硬度大于1800kg?mm2(顯微硬度是硬度表示方法之一,多用于硬質合金和硬質化合物,顯微硬度1800kg?mm2相當于莫氏一金剛石一硬度9)。許多碳化物高溫下不易分解,抗氧化能力比其組分金屬強。碳化鈦在所有碳化物中熱穩定性,是一種非常重要的金屬型碳化物。然而,在氧化氣氛中,所有碳化物高溫下都容易被氧化,可以說這是碳化物的一大弱點。 

除碳原子外,氮原子、硼原子也能進入金屬晶格的空隙中,形成間充固溶體。它們與間充型碳化物的性質相似,能導電、導熱、熔點高、硬度大,同時脆性也大。硬質合金的基體由兩部分組成:一部分是硬化相;另一部分是粘結金屬。  

硬化相是元素周期表中過渡金屬的碳化物,如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭,它們的硬度很高,熔點都在2000℃以上,有的甚至超過4000℃。另外,過渡金屬的氮化物、硼化物、硅化物也有類似的特性,也可以充當硬質合金中的硬化相。硬化相的存在決定了合金具有極高硬度和耐磨性。  

粘結金屬一般是鐵族金屬,常用的是鈷和鎳。  

制造硬質合金時,選用的原料粉末粒度在1~2微米之間,且純度很高。原料按規定組成比例進行配料,加進酒精或其他介質在濕式球磨機中濕磨,使它們充分混合、粉碎,經干燥、過篩后加入蠟或膠等一類的成型劑,再經過干燥、過篩制得混合料。然后,把混合料制粒、壓型,加熱到接近粘結金屬熔點(1300~1500℃)的時候,硬化相與粘結金屬便形成共晶合金。經過冷卻,硬化相分布在粘結金屬組成的網格里,彼此緊密地聯系在一起,形成一個牢固的整體。硬質合金的硬度取決于硬化相含量和晶粒粒度,即硬化相含量越高、晶粒越細,則硬度也越大。硬質合金的韌性由粘結金屬決定,粘結金屬含量越高,抗彎強度越大。  

1923年,德國的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進10%~20%的鈷做粘結劑,發明了碳化鎢和鈷的新合金,硬度僅次于金剛石,這是世界上人工制成的種硬質合金。用這種合金制成的刀具切削鋼材時,刀刃會很快磨損,甚至刃口崩裂。1929年美國的施瓦茨科夫在原有成分中加進了一定量的碳化鎢和碳化鈦的復式碳化物,改善了刀具切削鋼材的性能。這是硬質合金發展史上的又一成就。  

硬質合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下也基本保持不變,在1000℃時仍有很高的硬度。硬質合金廣泛用作刀具材料,如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等,用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材,也可以用來切削耐熱鋼、 不銹鋼 、高錳鋼、 工具鋼 等難加工的材料?,F在新型硬質合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數百倍。  

硬質合金還可用來制作鑿巖工具、采掘工具、鉆探工具、測量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯里、精密軸承、噴嘴等。 

近二十年來,涂層硬質合金也問世了。1969年瑞典研制成功了碳化鈦涂層刀具,刀具的基體是鎢鈦鈷硬質合金或鎢鈷硬質合金,表面碳化鈦涂層的厚度不過幾微米,但是與同牌號的合金刀具相比,使用壽命延長了3倍,切削速度提高25%~50%。20世紀70年代已出現第四代涂層工具,可用來切削很難加工的材料。 

硬質合金是怎樣燒結而成的?  答硬質合金是將這種或多種難熔金屬的碳化物和粘接劑金屬,用粉末冶金方法制成的金屬材料。  

主要生產國家  世界上有50多個國家生產硬質合金,總產量可達27000~28000t-,主要生產國有美國、俄羅斯、瑞典、中國、德國、日本、英國、法國等,世界硬質合金市場基本處于飽和狀態,市場競爭十分激烈。中國硬質合金工業是50年代末期開始形成的,60~70年代中國硬質合金工業得到了迅速發展,90年代初中國硬質合金總生產能力達6000t,硬質合金總產量達5000t,僅次于俄羅斯和美國,居世界第3位。

硬質合金-分類與牌號

①鎢鈷類硬質合金  主要成分是碳化鎢(wc)和粘結劑鈷(co)。其牌號是由“yg”(“硬、鈷”兩字漢語拼音字首)和平均含鈷量的百分數組成。例如,yg8,表示平均wco=8%,其余為碳化鎢的鎢鈷類硬質合金。tic刀具  

②鎢鈦鈷類硬質合金  主要成分是碳化鎢、碳化鈦(tic)及鈷。其牌號由“yt”(“硬、鈦”兩字漢語拼音字首)和碳化鈦平均含量組成。例如,yt15,表示平均wti=15%,其余為碳化鎢和鈷含量的鎢鈦鈷類硬質合金。鎢鈦鉭刀具  

③鎢鈦鉭(鈮)類硬質合金  主要成分是碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭(或碳化鈮)及鈷。這類硬質合金又稱通用硬質合金或硬質合金。其牌號由“yw”(“硬”、“萬”兩字漢語拼音字首)加順序號組成,如 yw1。硬質合金-性能特點硬度高(86~93hra,相當于69~81hrc);熱硬性好(可達900~1000℃,保持60hrc);耐磨性好。硬質合金刀具比高速鋼切削速度高4~7倍,刀具壽命高5~80倍。制造模具、量具,壽命比合金 工具鋼 高 20~150倍??汕邢?0hrc左右的硬質材料。  

但硬質合金脆性大,不能進行切削加工,難以制成形狀復雜的整體刀具,因而常制成不同形狀的刀片,采用焊接、粘接、機械夾持等方法安裝在刀體或模具體上使用,相關人才較多集中在鋼鐵英才網。硬質合金燒結成型硬質合金燒結成型就是將粉末壓制成坯料,再進燒結爐加熱到一定溫度(燒結溫度),并保持一定的時間(保溫時間),然后冷卻下來,從而得到所需性能的硬質合金材料。  

硬質合金燒結過程可以分為四個基本階段:

1:脫除成形劑及預燒階段,在這個階段燒結體發生如下變化:成型劑的脫除,燒結初期隨著溫度的升高,成型劑逐漸分解或汽化,排除出燒結體,與此同時,成型劑或多或少給燒結體增碳,增碳量將隨成型劑的種類、數量以及燒結工藝的不同而改變。  粉末表面氧化物被還原,在燒結溫度下,氫可以還原鈷和鎢的氧化物,若在真空脫除成型劑和燒結時,碳氧反應還不強烈。粉末顆粒間的接觸應力逐漸消除,粘結金屬粉末開始產生回復和再結晶,表面擴散開始發生,壓塊強度有所提高。  

2:固相燒結階段(800℃--共晶溫度)  在出現液相以前的溫度下,除了繼續進行上一階段所發生的過程外,固相反應和擴散加劇,塑性流動增強,燒結體出現明顯的收縮。  

3:液相燒結階段(共晶溫度--燒結溫度)  當燒結體出現液相以后,收縮很快完成,接著產生結晶轉變,形成合金的基本組織和結構。  

4:冷卻階段(燒結溫度--室溫)  在這一階段,合金的組織和相成分隨冷卻條件的不同而產生某些變化,可以利用這一特點,對硬質合金進行熱處理以提高其物理機械性能。 

 硬質合金性能及應用推薦


牌 號 密 度 抗彎強度 硬 度 推 薦 用 途
  g/cm   n/mm   (hra)
yf10 14.80—15.10 ≥1880 ≥92.5 適于鑄鐵、有色金屬及低 合金鋼 的半精加工以及石墨剎車片方面的新型材料加工。
yf10.1 14.80—15.15 ≥1950 ≥92.0 有較高的硬度和耐磨性,適用于高速拉絲模,刀具,棒材,耐磨件等。
yf10.2 14.30—14.65 ≥2430 ≥91.8 有很高的綜合性能,廣泛用于電子,金屬,木工,竹子等行業的刀具。也可用于高性能耐磨件領域。
yf11 14.80—15.20 ≥1880 ≥92.5 適于鑄鐵、有色金屬及低 合金鋼 的半精加工以及石墨剎車片方面的新型材料加工。
yf10.3 14.80—15.25 ≥1950 ≥92.10 有較高的硬度和耐磨性,適用于高速拉絲模,刀具,棒材,耐磨件等。
yf10.4 14.30—14.66 ≥2430 ≥91.9 有很高的綜合性能,廣泛用于電子,金屬,木工,竹子等行業的刀具。也可用于高性能耐磨件領域。
yl90 13.50—13.70 ≥2500 ≥83.0 具有較高的強度和抗疲勞韌性,適于制作大規格縮頸模、六片模,螺母模下仁。
yl90.1 13.90—14.10 ≥2340 ≥84.5 有較高的耐磨性和韌性,適于制作一般耐沖擊鍛造模,冷沖模具和螺母模上仁。
yl90.2 13.70—13.90 ≥2400 ≥83.5 適于中規格螺栓縮頸模和螺母模上仁。
yl90.4 13.20—13.40 ≥2600 ≥82.0 具有很高的強度和抗疲勞韌性,用于螺母模下仁、全鎢一沖等有較大沖擊力的冷墩、冷沖、冷壓模具。
yl90.5 13.00—13.20 ≥2760 ≥81.8 具有很好的抗沖擊力,抗疲勞韌性,用于工作載荷很大,應力顯著條件下的冷沖壓模具。
yl 90l 13.20—13.40 ≥2450 ≥82.0 用于一般冷沖螺絲模具和切斷剪刀片。
yl100 13.45—13.60 ≥3050 ≥84.5 用于沉頭、喇叭頭、三角模主模等

發布時間:2014/7/30 14:48:22        

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