硬質(zhì)合金及其應用
由于硬質(zhì)合金的氣孔率<5%,所以屬于不吸水產(chǎn)品。其密度的量測:一般零件小、密度高、一般工業(yè)界取 ±0.01g/cm3或 ±0.1g/cm3 的公差。經(jīng)驗告訴我們:買(mǎi)0.001g/cm3和0.0001g/cm3精度的客戶(hù)都有,依客戶(hù)自己的需求而定。
硬質(zhì)合金是由難熔金屬硬質(zhì)化合物和粘結金屬經(jīng)粉末冶金方法制成的高硬度材料。
難熔金屬硬質(zhì)化合物:通常指元素周期表第Ⅳ、V、Ⅵ族中過(guò)渡元素(鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢)的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物。硬質(zhì)合金中廣泛使用的是碳化物,主要是碳化鎢和碳化鉭(碳化鈮)。這些碳化物的共同特點(diǎn)是:熔點(diǎn)高,硬度高,化學(xué)穩定性好,熱穩定性好,常溫下與粘結金屬的相互溶解作用很小…..等。
粘結金屬應符合下列要求:在硬質(zhì)合金的工作溫度(如1000℃)下不會(huì )出現液相,能較好地濕潤碳化物表面,在燒結溫度下不與碳化物發(fā)生化學(xué)反應。本身的物理力學(xué)性能較好等。鐵族金屬及其合金能不同程度地滿(mǎn)足上述要求。其中最好的是鈷,其次是鎳,鐵很少單獨使用。
中國有株洲硬質(zhì)合金廠(chǎng)、自貢硬質(zhì)合金廠(chǎng)兩大硬質(zhì)合金廠(chǎng)。目前全國共有硬質(zhì)合金150多家,年產(chǎn)硬質(zhì)合金15000 t,占世界產(chǎn)量的39.5%。
硬質(zhì)合金的種類(lèi):
制造燒結硬質(zhì)合金中,實(shí)際廣泛應用的所謂硬質(zhì)化合物只有碳化物。按其碳化物基體成分可分為以下三類(lèi):
1、WC-Co.(或稱(chēng)鎢鈷)類(lèi)合金:這類(lèi)合金主要由碳化鎢和鈷組成。這類(lèi)合金與含鈷量相同的其它硬質(zhì)合金比較,具有最高的抗彎強度、抗壓強度、沖擊韌度和彈性模量,以及較小的膨脹系數。按照鈷的質(zhì)量分數,這類(lèi)合金可分為低鈷(3% ~8%)、中鈷(10% ~15%)、高鈷(20% ~30%)合金三類(lèi)。
2、WC-TiC-Co (或稱(chēng)鎢鈷鈦)類(lèi)合金:與WC-Co類(lèi)合金比較,這類(lèi)合金具有較高的抗氧化性,在長(cháng)切屑材料的加工中采用高速切削時(shí)有較高的刀具壽侖。其缺點(diǎn)是強度較WC-Co合金低。
3、WC-TiC-TaC (NbC) –Co (或鎢鈷鈦鉭(鈮)這類(lèi)合金主要用于鋼材的切削加工,但比WC-TiC-Co合金有更好的高溫抗氧化性,同時(shí)也有較好的抗熱震性。
隨著(zhù)生產(chǎn)發(fā)展的需求,近些年來(lái),出現了很多硬質(zhì)合金品種,例如:
A、碳化鈦基合金:這類(lèi)合金由碳化鈦、金屬鎳和金屬鉬或碳化二鉬組成。它主要用于鋼材的精切削加工,且切削速度在較大范圍內變化時(shí),刀具仍貝高的壽命。
B、鋼結硬質(zhì)合金:這類(lèi)合金由碳化鎢或碳化鈦與碳素綱或合金鋼組成。
C、超細硬質(zhì)合金:這類(lèi)合金的碳化物晶粒平均尺寸在1mm以下。
D、表面涂層硬質(zhì)合金:這是一種在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上,沉積一層幾微米硬度厚、耐磨性好的金屬化合物(如 TiC、TiN、Al2O3)的硬質(zhì)合金。
某些硬質(zhì)化合物的性能:
碳化物:
材料 TiC ZrC HfC VC NbC
密度g/cm3 4.9 6.4 12.7 5.8 7.8
材料 TaC Cr3C2 Mo2C WC W2C
密度g/cm3 14.5 6.7 9.2 15.8 17.3
氮化物:
材料 TiN ZrN HfN VN NbN
密度g/cm3 5,4 7.3 14.0 6.1 7.3
材料 TaN CrN
密度g/cm3 14.1 6.1
硼化物:
材料 TiB2 ZrB2 HfB2 VB2 NbB2
密度g/cm3 4.5 6.1 11.2 5.1 7.2
材料 TaB2 CrB2 MoB2 WB
密度g/cm3 12.6 5.6 7.8 16.0
硅化物:
材料 TiSi2 Zr Si2 VSi2 NbSi2
密度g/cm3 4.4 4.9 4.7 5.3
材料 TaSi2 CrSi2 MoSi2 WSi2
密度g/cm3 8.8 4.4 6.1 9.3
硬質(zhì)合金的性能檢測項目主要包括:
1、物理性能(密度、電導率、熱膨脈系數、磁性等) 檢測。
2、力學(xué)性能(硬度、強度、沖擊韌度、彈性模量) 檢測。
3、化學(xué)性能(抗氧化性、抗腐蝕性) 檢測。
4、使用性能(切削性能、高溫性能等)檢測。
最常規的性能檢測指針有密度、硬度和抗彎強度等。
工業(yè)WC-Co合金:
A、鎢鈷合金的密度是隨著(zhù)材料混合的成分比率、成形的方法、燒結的溫度有所不同。
B、洛氏硬度為84~ 92HRA,相對當于維氏硬度8000 ~17000HV,硬度與合金中的鈷含量、碳化鎢相的晶粒大小有關(guān),鈷含量增多,硬度就降低。粗晶粒硬質(zhì)合金比細晶粒硬質(zhì)合金的硬度低。在WC-Co合金中加入TiC時(shí)可提高硬度。
C、鎢鈷合金抗彎強度一般為1600 ~ 2800Mpa。
硬質(zhì)合金的制備流程:
硬質(zhì)合金的制備工藝隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。其基本工藝包括三大部分:
一、是粉末的制備 二、是粉末成型 三、是固化燒結。
通常硬質(zhì)合金生產(chǎn)中,采用的球磨介質(zhì)和增塑劑來(lái)概括其生產(chǎn)工藝。目前,在世界各國的硬質(zhì)合金生產(chǎn)企業(yè)中,采用的球磨介質(zhì)有酒精、乙烷、丙酮等、采用的增塑濟有橡膠、石蠟、PEG等。
最典型的是:
A、以酒精作為球磨介質(zhì),橡膠作為增塑劑,以氫氣燒結的橡膠工藝。
B、以已烷作為球磨介質(zhì),石蠟作為增塑劑的石蠟工藝。
1、橡膠工藝流程: 酒精
↓
WC-Co添加金屬 → 配料 → 濕磨 → 過(guò)篩卸料 → 蒸氣振動(dòng)干燥 → 過(guò)篩 → 橡膠混合 → 干燥制粒 → 壓制成形 → 氫氣燒結 →成品
↑
橡膠溶液
橡膠工藝的特點(diǎn)如下所述:
1、合金常出現增碳,其碳量控制難度大。
2、橡膠存放時(shí)間長(cháng)會(huì )老化而失去粘結作用。
3、氫氣中常含水蒸氣、氧、氮等雜質(zhì)氣體,使合金性能降低。
4、橡膠成型性好,壓壞強度高,橡膠不易汽化揮發(fā),使合金不易出現裂紋。
5、氫氣燒結爐構造簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜,操作簡(jiǎn)便。
2、石蠟工藝流程: 乙烷、石蠟
↓
WC-Co添加金屬 → 配料 → 濕磨 → 過(guò)篩卸料 → 噴霧干燥制粒 → 壓制成形 → 真空燒結 →成品
石蠟工藝的特點(diǎn)如下所述:
1、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程,縮短生產(chǎn)周期。
2、設備復雜,龐大,廠(chǎng)房要求高,投資額大。
3、材料流動(dòng)性好,壓模填充性好。松裝密度較穩定,易實(shí)現精密壓制。
4、石蠟純度高,長(cháng)期儲存不變質(zhì)。合金碳量易于控制。
5、石蠟成型性差,加壓快則強度較低,易出現裂紋。
6、真空燒結合金純度高、密度高、強度高,耐磨性好。操作方便,節約能源。
數顯直讀合金密度計TW-300A