常用硬质合金刀具材料的选用分析.doc

常用硬质合金刀具材料的选用分析 摘 要：硬质合金是高硬度、难溶的金属化合物（主要是WC、TiC等，又称高温碳化物）微米数量级的粉末，用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。与高速钢相比，它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性；与超硬材料相比，它具有较高的韧性。由于硬质合金具有良好的综合性能，因此在刀具行业得到了广泛应用。 关键词：硬质合金；性能；硬度；选用 硬质合金是高硬度、难溶的金属化合物（主要是WC、TiC等，又称高温碳化物）微米数量级的粉末，用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。允许切削温度高达8001000；切削中碳钢，切削速度可达1.67m/min以上。目前虽然可供使用的品种很多，新型的刀具材料也不断出现，但硬质合金仍是最受欢迎的一种刀具材料。与高速钢相比，它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性；与超硬材料相比，它具有较高的韧性。由于硬质合金具有良好的综合性能，因此在刀具行业得到了广泛应用。 文章结合硬质合金的基本特性，对牌号的适当选用等进行了综述，并举例说明。 1 常用硬质合金材料的种类 常用的硬质合金材料按其化学成分与使用性能分为三类： 第一类是WC-Co合金，即钨钴类，ISO标准以K表示，冶金部标准以YG表示。用数字代表钴的含量，如YG6，表示含钴6%，含WC94%。 第二类是WC-TiC-Co合金，即钨钴钛类，ISO标准以P表示，冶金部标准以YT表示，用数字表示TiC的含量，如YT15，表示含TiC15%，其它WC和Co占85%。而TiC+WC+Ni+Mo合金为碳化钛基类，ISO标准以P表示，冶金部标准以YN表示。 第三类是添加钽（Ta）铌（Nb）类，ISO标准以M表示，冶金部标准以YW表示。 2 硬质合金刀具材料的选用分析 （1）WC-Co合金包括YG3X、YG3、YG6X、YG6、YG8、YG6A等，一般用于加工铸铁、有色金属及其合金。在切削铸铁及其它脆性材料时，由于形成崩碎切屑，局部压力很大，并具有一定的冲击性。而WC-Co合金硬度低于WC-TiC-Co合金，抗弯强度高于WC-TiC-Co合金，韧性较好，高于WC-TiC-Co合金，导热系数WC-TiC-Co合金，线膨胀系数小于WC-TiC-Co合金，焊接时产生裂纹的倾向性比WC-TiC-Co合金小，所以宜选用WC-Co合金。在WC-Co合金中，含Co量越低，它的硬度越低，耐磨性越差，切削速度越低，而抗弯强度越高，韧性越好，进给量越大，因此在粗加工或有冲击载荷时，宜选用含Co多的合金，如可选YG6、YG8；而精加工时，宜选用含Co少的合金，如可选YG3。若采用细晶粒合金，抗弯强度和耐磨性较高，韧性也有所改善，也用于精加工，如YG3X。 （2）WC-TiC-Co合金包括YT30、YT15、YT14、YT5等，一般用于高速切削钢料。WC-TiC-Co合金虽抗弯强度不如WC-Co合金，但硬度高，耐磨性好，与钢发生冷焊的温度高于WC-Co合金。在WC-TiC-Co合金中，含TiC量越多，它的硬度越高，切削速度越高，而抗弯强度越低，韧性越差，进给量越小，因此，在普通钢料的粗加工或有断续切削时，宜选用含TiC量低的合金，如可选用YT5；在钢料如碳素钢、淬硬钢的精加工时，宜选用含TiC量高的合金，如可选用YT30；在碳素钢、合金钢连续切削的半精加工时，宜选用TiC量不高不低的合金，如可选用YT14、YT15。 （3）WC-Co合金及WC-TiC-Co合金各有特点，加工范围均有限制，为提高合金综合性能，在TiC含量小于10%的WC-TiC-Co合金中，添加少量的TaC（或NbC），可提高韧性和抗冷焊性，而耐磨性又优于WC-TiC-Co合金，这种合金即可加工铸铁、有色金属，又可加工碳素钢、合金钢，也适于加工高温合金、不锈钢等难加工材料，从而有“通用合金”之称，如YW1、YW2。YW1的硬度、切削速度高于YW2，而抗弯强度、韧性及进给量低于YW2，所以在粗加工和半精加工时，可选用YW2，在半精加工和精加工时，可选用YW1。 （4）钛基硬质合金（如TiC+WC+Ni+Mo），包括YN05、YN10、YN15等，主要适合高速精加工合金钢、淬硬钢等。传统的K（YG）类、P（YT）类、M（YW）类硬质合金，都属于WC基合金。而钛基硬质合金不含或少含WC，与WC基合金相比，它的密度小，硬度较高，对钢的摩擦因数较小，切削时抗粘结、抗扩散磨损的能力较强，具有极好的耐磨性，但抗崩刃性稍差。钛基硬质合金的性能介于陶瓷和WC基硬质合金之间，其切削速度可填补WC基硬质合金和陶瓷材料之间的一段空白，可用于高速切削各类钢材，尤其适于钢材的精加工和半精加工。 3 常用举例说明 例1. 车削铸铁 粗车：采用YG8； 不连续半精车及精车：采用YG8； 连续面半精车及精车：采用YG3X； 切断及切槽：采用YG8。 例2. 车削碳素钢 粗车：采用YT5； 不连续半精车及精车：采用YT15； 连续面半精车及精车：采用YT30； 切断及切槽：采用YT15。 例3. 车削高温合金钢 粗车：采用YG8； 不连续半精车及精车：采用YG8； 连续面半精车及精车：采用YT14； 切断及切槽：采用YG8。 例4. 车削奥氏体不锈钢 粗车：采用YG8； 连续面半精车及精车：采用YG6X； 切断及切槽：采用YG6X。 例5. 车削淬硬钢 粗车：整体聚晶立方氮化硼 连续面半精车及精车：采用YN10； 连续面精车：采用YN05； 4 结束语 综上所述，我们在加工工件过程中，就可以根据加工方式、被加工材料和加工条件来合理选用硬质合金刀片。合理选择，既可以充分发挥刀具的使用性能达到使用效果，又可以节约成本，经济实用。 参考文献 1陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具（第四版）M.上海理工大学，2011. 2叶伟昌，叶毅.钛基硬质合金概述J.精密制造与自动化，2006. 3陶国林，等.硬质合金刀具材料发展现状与趋势J. 4肖诗纲.刀具材料及其合理选择M.机械工业出版社，1990. 5储开宇.21世纪刀具材料的发展与应用J.制造技术与机床，2010. 6张文毓.硬质合金涂层刀具研究进展J.稀有金属与硬质合金，2008. 7