金屬陶瓷硬質(zhì)合金

硬 質(zhì) 合 金 表 1 硬 質(zhì) 合 金 的 發(fā) 展 情 況 碳 化 鎢 基 硬 質(zhì) 合 金 無 碳 化 鎢 基 硬 質(zhì) 合 金年 份 硬 質(zhì) 合 金 年 份 硬 質(zhì) 合 金19231925193019311938195619591968196919651978 196719701965197519691971197419771973197819761979 WC-Co WC- TaC（ VC, NbC)-Co WC-Cr3C2-Co WC-TiC-Ta （ Nb) C-Cr3C2-Co WC-TiC-HfC-Co WC-TiC-TaC （ NbC)-HfC-Co TiC,TiN,Ti （ CN),HfC,Hf和 Al2O3涂 層 的 WC基 合 金 亞 微 細(xì) WC-Co 熱 等 靜 壓 熱 化 學(xué) 表 面 硬 化多 晶 金 剛 石 復(fù) 合 的 WC基 硬 質(zhì) 合 金復(fù) 碳 化 物 ， 碳 氧 化 物 -氮 化 物 以 及碳 化 物 -碳 氮 化 物 -氮 化 物 -氧 化 物復(fù) 合 涂 層添 加 Ru的 復(fù) 雜 硬 質(zhì) 合 金 1929193119301931 1931 1931 1938 1944 1949 195019521966 1957 19681970196919701968197319721975 Ti-Mo2C-Ni,Cr,Mo TaC-Ni TiC-TaC-Co Tic-Cr,Mo,W,Ni,Co TiC-VC-Ni,Fe TiC-NbC-Ni,Co TiC-VC-Nb-Mo2C-Ni TiC （ Mo2C,TaC)-Ni,Co-Cr TiC-可 熱 處 理 鋼 結(jié) 合 金 TiC-TiB2（ TiMo)C （ 固 溶 體 Ni,Mo,Cr) TiC-TiN-Ni TiC-Al2O3 Ti-TaN-Ni 制 成 的 刀 片 的 使 用 壽 命 可 比 標(biāo) 準(zhǔn) 的 可 轉(zhuǎn) 位 刀 片 高 出 好 幾 倍 ， 而且 切 削 速 也 可 以 提 高 2530%， 從 此 獲 得 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 這 是硬 質(zhì) 合 金 生 產(chǎn) 發(fā) 展 過 程 中 的 又 一 個(gè) 重 大 進(jìn) 展 。 此 外 ， 六 十 年 代末 期 引 入 硬 質(zhì) 合 金 生 產(chǎn) 領(lǐng) 域 的 熱 靜 壓 技 術(shù) ， 以 及 七 十 年 代 移 植到 硬 質(zhì) 合 金 生 產(chǎn) 領(lǐng) 域 的 噴 霧 干 燥 技 術(shù) ， 使 硬 質(zhì) 合 金 生 產(chǎn) 工 藝 又向 前 邁 進(jìn) 了 一 大 步 。 我 國 硬 質(zhì) 合 金 工 業(yè) 是 從 20世 紀(jì) 50年 代 初 建 設(shè) 株 洲 硬 質(zhì) 合 金廠 開 始 的 ， 50多 年 來 ， 從 無 到 有 ， 不 斷 發(fā) 展 ， 取 得 了 令 世 人 矚目 的 成 就 ， 但 整 體 技 術(shù) 水 平 特 別 是 高 附 加 值 制 品 的 生 產(chǎn) 與 世 界先 進(jìn) 水 平 比 較 仍 存 在 較 大 差 距 。 1.2 粉 末 冶 金 方 法 及 其 應(yīng) 用 20世 紀(jì) 初 研 制 了 一 種 粉 末 經(jīng) 壓 制 成 型 并 經(jīng) 燒 結(jié) 而 制 成 零 件 或 毛坯 ， 這 種 方 法 稱 粉 末 冶 金 法 。 粉 末 冶 金 的 應(yīng) 用 主 要 有 以 下 幾 個(gè)方 面 ： （ 1） 減 摩 材 料 應(yīng) 用 最 早 的 是 含 油 軸 承 。 （ 2） 結(jié) 構(gòu) 材 料 它 是 用 碳 鋼 或 合 金 鋼 的 粉 末 為原 料 ， 采 用 粉 末 冶 金 方 法 制 造 結(jié) 構(gòu) 零件 。 這 種 制 品 的 精 度 較 高 、 表 面 光 潔 ，不 需 或 少 需 切 削 加 工 即 為 成 品 零 件 。 可 用 于 制 造 液 壓 泵 齒 輪 、 電 鉆齒 輪 、 凸 輪 等 。 （ 3） 高 熔 點(diǎn) 材 料 一 些 高 熔 點(diǎn) 的 金 屬 和 金 屬 化 合 物 如 W、 Mo、 WC、 TiC等 ， 用 熔 煉和 鑄 造 方 法 生 產(chǎn) 比 較 困 難 ， 可 用 粉 末 冶 金 方 法 生 產(chǎn) ， 如 各 種 金 屬 陶瓷 、 鎢 絲 及 Mo、 TA、 Nb等 難 熔 金 屬 和 高 溫 合 金 。 （ 4） 特 殊 電 磁 性 能 材 料 如 多 孔 過 濾 材 料 ， 假 合 金 材 料 等 缺 點(diǎn) ： 由 于 設(shè) 備 和 模 具 的 限 制 ， 粉 末 冶 金 還 只 能 生 產(chǎn) 尺 寸 有 限和 形 狀 不 很 復(fù) 雜 的 制 品 ， 燒 結(jié) 零 件 的 韌 性 較 差 ， 生 產(chǎn) 效 率 不 高 ， 成本 較 高 。 1.3 硬 質(zhì) 合 金 的 性 能 特 點(diǎn) 、 分 類 及 應(yīng) 用1.3.1硬 質(zhì) 合 金 的 性 能 特 點(diǎn) （ 1） 高 硬 度 、 耐 磨 性 好 、 高 熱 硬 性 （ 2） 抗 壓 強(qiáng) 度 、 彈 性 模 量 高 抗 壓 強(qiáng) 度 高 可 達(dá) 6000MPa， 但 抗 彎 強(qiáng) 度 低 ， 只 有 高 速 鋼 的 1/3 1/2。 彈 性 模 量 很 高 ， 韌 性 很 差 。 硬 質(zhì) 合 金 焊 接 刀 片 （ 3） 耐 蝕 性 和 抗 氧 化 性 良 好 ， 熱 膨 脹 因 數(shù) 比 鋼 低 缺 點(diǎn) ： 抗 彎 強(qiáng) 度 低 、 脆 性 大 、 導(dǎo) 熱 性 差 加 工 ： 采 用 電 加 工 （ 電 火 花 、 線 切 割 ） 和 專 門 的 砂 輪 磨 削 1.3.2硬 質(zhì) 合 金 的 分 類 、 編 號 (1) 鎢 鈷 類 硬 質(zhì) 合 金 由 碳 化 鎢 和 鈷 組 成 ,常 用 代 號 有 YG3、 YG6、 YG8等 。 代 號 中 “ YG”為 “ 硬 ” 、 “ 鈷 ” 兩 字 的 漢 語 拼 音 字 首 ， 后 面 的 數(shù) 字 表 示 鈷 的 含 量（ 質(zhì) 量 分 數(shù) 100） 。 例 如 ， YG 8， 表 示 平 均 WCo 8 ， 其 余 為 碳 化 鎢 的 鎢 鈷 類 硬質(zhì) 合 金 。 WC 刀 具 （ 2） 鎢 鈷 鈦 類 硬 質(zhì) 合 金 由 碳 化 鎢 、 碳 化 鈦 和 鈷 組 成 ， 常 用 代 號 有 YT5、 YT15、 YT30等 。 代 號 中 “ YT”為 “ 硬 ” 、 “ 鈦 ” 兩 字 的 漢 語 拼 音 字 首 ， 后 面的 數(shù) 字 表 示 碳 化 鈦 的 含 量 （ 質(zhì) 量 分 數(shù) 100） 。 硬 質(zhì) 合 金 中 ， 碳 化 物 含 量 越 多 ， 鈷 含 量 越 少 ， 則 硬 質(zhì) 合 金 的 硬度 、 熱 硬 性 及 耐 磨 性 越 高 ， 但 強(qiáng) 度 及 韌 性 越 低 。 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(zhì) 合 金 。 TIC 刀 具 （ 3） 通 用 硬 質(zhì) 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(zhì) 合 金 又 稱 通 用 硬 質(zhì) 合 金 或 萬 能 硬 質(zhì) 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。 鎢 鈦 鉭 刀 具 1.3.3 硬 質(zhì) 合 金 的 應(yīng) 用 硬 質(zhì) 合 金 主 要 用 于 制 造 切 削 刀 具 、 冷 作 模 具 、 量 具 和 耐 磨 零 件 。 鎢 鈷 類 合 金 刀具 主 要 用 來 切 削 加 工 產(chǎn) 生 斷 續(xù) 切 屑 的 脆 性 材 料 ； 鎢 鈷 鈦 類 合 金 主 要 用 來 切 削 加 工 韌性 材 料 ； 通 用 硬 質(zhì) 合 金 既 可 切 削 脆 性 材 料 ， 又 可 切 削 韌 性 材 料 。 硬 質(zhì) 合 金 也 用 于 冷拔 模 、 冷 沖 模 、 冷 擠 壓 模 及 冷 鐓 模 。 硬 質(zhì) 合 金 應(yīng) 用 推 薦 1.3.4 鋼 結(jié) 硬 質(zhì) 合 金 是 近 年 來 發(fā) 展 的 一 種 新 型 硬 質(zhì) 合 金 ， 是 以 一 種 或 幾 種 碳 化 物（ WC、 TiC） 等 為 硬 化 相 ， 以 合 金 鋼 （ 高 速 鋼 、 鉻 鉬 鋼 ） 粉 末 為粘 結(jié) 劑 ， 經(jīng) 配 料 、 壓 型 、 燒 結(jié) 而 成 。 鋼 結(jié) 硬 質(zhì) 合 金 具 有 與 鋼 一 樣的 可 加 工 能 力 ， 可 以 鍛 造 、 焊 接 和 熱 處 理 。 缺 點(diǎn) ： 脆 性 大 、 韌 性 低 、 難 以 加 工 成 型 ， 制 約 了 工 程 結(jié) 構(gòu) 陶 瓷發(fā) 展 及 其 應(yīng) 用 。 1.4 燒 結(jié) 成 型 硬 質(zhì) 合 金 燒 結(jié) 成 型 就 是 將 粉 末 壓 制 成 坯 料 ， 再 進(jìn) 燒 結(jié) 爐 加 熱 到一 定 溫 度 （ 燒 結(jié) 溫 度 ） ， 并 保 持 一 定 的 時(shí) 間 （ 保 溫 時(shí) 間 ） ， 然 后冷 卻 下 來 ， 從 而 得 到 所 需 性 能 的 硬 質(zhì) 合 金 材 料 。 硬 質(zhì) 合 金 燒 結(jié) 過 程 可 以 分 為 四 個(gè) 基 本 階 段 ： 1： 脫 除 成 形 劑 及 預(yù) 燒 階 段 ， 在 這 個(gè) 階 段 燒 結(jié) 體 發(fā) 生 如 下 變 化 ： 成 型 劑 的 脫 除 ， 燒 結(jié) 初 期 隨 著 溫 度 的 升 高 ， 成 型 劑 逐 漸 分 解或 汽 化 ， 排 除 出 燒 結(jié) 體 ， 與 此 同 時(shí) ， 成 型 劑 或 多 或 少 給 燒 結(jié) 體 增碳 ， 增 碳 量 將 隨 成 型 劑 的 種 類 、 數(shù) 量 以 及 燒 結(jié) 工 藝 的 不 同 而 改 變 。 粉 末 表 面 氧 化 物 被 還 原 ， 在 燒 結(jié) 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(jié) 時(shí) ， 碳 氧 反 應(yīng) 還 不 強(qiáng) 烈 。 粉末 顆 粒 間 的 接 觸 應(yīng) 力 逐 漸 消 除 ， 粘 結(jié) 金 屬 粉 末 開 始 產(chǎn) 生 回 復(fù) 和 再結(jié) 晶 ， 表 面 擴(kuò) 散 開 始 發(fā) 生 ， 壓 塊 強(qiáng) 度 有 所 提 高 。 2： 固 相 燒 結(jié) 階 段 （ 800 -共 晶 溫 度 ） 在 出 現(xiàn) 液 相 以 前 的 溫 度 下 ， 除 了 繼 續(xù) 進(jìn) 行 上 一 階 段 所 發(fā) 生 的 過 程外 ， 固 相 反 應(yīng) 和 擴(kuò) 散 加 劇 ， 塑 性 流 動 增 強(qiáng) ， 燒 結(jié) 體 出 現(xiàn) 明 顯 的 收 縮 。 3： 液 相 燒 結(jié) 階 段 （ 共 晶 溫 度 -燒 結(jié) 溫 度 ） 當(dāng) 燒 結(jié) 體 出 現(xiàn) 液 相 以 后 ， 收 縮 很 快 完 成 ， 接 著 產(chǎn) 生 結(jié) 晶 轉(zhuǎn) 變 ， 形成 合 金 的 基 本 組 織 和 結(jié) 構(gòu) 。 4： 冷 卻 階 段 （ 燒 結(jié) 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(chǎn) 生 某 些變 化 ， 可 以 利 用 這 一 特 點(diǎn) ， 對 硬 質(zhì) 合 金 進(jìn) 行 熱 處 理 以 提 高 其 物 理 機(jī)械 性 能 。 1.5 發(fā) 展 趨 勢 當(dāng) 前 硬 質(zhì) 合 金 刀 具 材 料 牌 號 正 向 著 兩 個(gè) 相 反 的 方 向 發(fā) 展 ， 一方 面 ， 通 用 型 牌 號 的 適 用 面 越 來 越 廣 ， 通 用 性 越 來 越 強(qiáng) 。 另 一 方面 ， 專 用 型 牌 號 越 來 越 具 有 針 對 性 ， 更 加 適 應(yīng) 被 加 工 材 料 和 切 削條 件 ， 從 而 達(dá) 到 提 高 切 削 效 率 的 目 的 。 如 ： 美 國 K ennametal公 司 推 出 的 新 的 K U系 列 (K U10T、K U25T、 K U30T)牌 號 就 具 有 非 常 廣 泛 的 通 用 性 。 其 中 ， K U10T和 K U25T采 用 了 具 有 高 韌 性 的 和 高 耐 磨 性 的 硬 質(zhì) 合 金 基 體 ， 并 配以 高 含 鋁 量 的 TiN+TiAlN復(fù) 合 PVD涂 層 ； 而 K U30T則 采 用 了 韌 性極 好 的 富 鈷 層 梯 度 硬 質(zhì) 合 金 基 體 ， 配 以 TiN+TiCN+TiN復(fù) 合 CVD涂 層 。 新 的 K U系 列 牌 號 可 廣 泛 適 用 于 鋼 、 不 銹 鋼 、 鑄 鐵 、 非 鈦合 金 、 高 溫 合 金 和 硬 材 料 的 車 削 、 鏜 孔 、 切 槽 、 切 斷 和 螺 紋 加 工 。該 公 司 新 推 出 的 K C5510和 K C5525則 是 專 為 高 效 率 加 工 高 溫 合 金而 設(shè) 計(jì) 的 牌 號 ， 晶 粒 細(xì) 化 的 高 鈷 硬 質(zhì) 合 金 基 體 ， 配 以 高 性 能 的TiAlNPVD涂 層 ， 使 刀 片 具 有 極 強(qiáng) 的 抗 熱 變 形 能 力 ， 可 以 比 其 它PVD涂 層 刀 具 提 高 兩 倍 以 上 的 切 削 速 度 。 日 本 Tungaloy超 硬 工 具株 式 會 社 推 出 的 T6000系 列 牌 號 (T6020、 T6030)， 則 是 專 為 不 銹鋼 車 削 加 工 開 發(fā) 的 CVD牌 號 。 ISCAR公 司 推 出 的 專 用 于 高 速 銑 削加 工 灰 鑄 鐵 和 球 墨 鑄 鐵 的 DO-TEC涂 層 牌 號 (DT7150)， 采 用 了 Al2O3-MTCVD內(nèi) 涂 層 加 TiAlNPVD外 涂 層 的 復(fù) 合 涂 層 技 術(shù) ， 具有 極 高 的 耐 磨 性 及 抗 剝 落 性 。 金 剛 石 CVD涂 層 刀 具 的 性 能 又 有 了 進(jìn) 一 步 的 提 高 ， 產(chǎn) 品 覆 蓋了 可 轉(zhuǎn) 位 刀 具 和 整 體 硬 質(zhì) 合 金 刀 具 。 廈 門 金 鷺 特 種 材 料 有 限 公 司展 出 了 新 開 發(fā) 的 “ 青 霜 ” 系 列 超 細(xì) 結(jié) 晶 金 剛 石 涂 層 立 銑 刀 。 與 通常 的 金 剛 石 涂 層 相 比 ， “ 青 霜 ” 系 列 金 剛 石 涂 層 為 超 細(xì) 結(jié) 晶 ， 平均 粒 度 1m， 涂 層 表 面 更 加 光 滑 ， 刀 具 壽 命 可 提 高 20倍 以 上 。日 本 OSG 公 司 也 展 出 了 適 用 于 石 墨 電 極 和 銅 電 極 加 工 的 超 微 粒 結(jié)晶 金 剛 石 涂 層 銑 刀 ， 結(jié) 晶 粒 度 為 1m， 涂 層 厚 度 6 20m， 使 刀具 的 刃 口 更 加 鋒 利 ， 減 少 切 削 中 的 粘 結(jié) ， 降 低 了 工 件 表 面 的 粗 糙度 。 美 國 SG S刀 具 公 司 則 推 出 了 非 晶 體 的 金 剛 石(AmorphousDiamond)涂 層 立 銑 刀 ， 用 以 加 工 最 具 磨 損 特 性 的 材 料 。刀 具 表 面 是 沿 著 刀 具 曲 面 精 確 形 成 的 晶 瑩 光 滑 的 厚 度 約 為 1m的非 晶 體 金 剛 石 薄 膜 ， 其 最 顯 著 的 特 點(diǎn) 是 使 刀 具 在 具 有 金 剛 石 極 高的 抗 磨 損 能 力 (表 面 硬 度 達(dá) 60 90G Pa)的 同 時(shí) ， 又 具 有 光 滑 的 刀 具表 面 ， 降 低 了 刀 具 表 面 與 工 件 的 摩 擦 ， 從 而 大 大 降 低 了 切 削 溫 度 。此 外 ， 非 晶 體 金 剛 石 涂 層 的 另 一 大 特 點(diǎn) 是 對 刀 具 基 體 材 質(zhì) 沒 有 特殊 要 求 ， 可 在 任 何 材 質(zhì) 的 刀 具 基 體 表 面 涂 覆 ， 其 涂 覆 溫 度 僅 為150 。 據(jù) 介 紹 SG S非 晶 體 金 剛 石 刀 具 可 比 AlTiN涂 層 刀 具 的 壽 命長 6倍 。