金属陶瓷(硬质合金).ppt

硬质合金 1 1硬质合金的发展历史硬质合金是用粉末冶金生产由难熔金属化合物和粘接金属构成的组合材料 现在硬质合金的发明者是德国人施勒特尔 他于1923年首先用粉末冶金方法生产硬质合金 他在专利中所提出的工艺 今天仍在WC Co硬质合金生产工艺中使用 1926年 德国克虏伯 Krupp 公司首先进行硬质合金的工业生产 并以 维迪阿 Widia 的商标 意为象金刚石 在市场销售 随后很快传到欧美及日本等国 硬质合金的发展情况见表1 值得指出的是 自1953年有人首先采用可转位刀片以来 由于使用这种刀片不用焊接 可随时调换刀片 刀杆可长期使用 经济效果显著 推广迅速 这是硬质合金工业的重大进展之一 六十年代末期 西德克虏伯公司成功研制了涂层硬质合金 用此 表1硬质合金的发展情况 制成的刀片的使用寿命可比标准的可转位刀片高出好几倍 而且切削速也可以提高25 30 从此获得了广泛的应用 这是硬质合金生产发展过程中的又一个重大进展 此外 六十年代末期引入硬质合金生产领域的热静压技术 以及七十年代移植到硬质合金生产领域的喷雾干燥技术 使硬质合金生产工艺又向前迈进了一大步 我国硬质合金工业是从20世纪50年代初建设株洲硬质合金厂开始的 50多年来 从无到有 不断发展 取得了令世人瞩目的成就 但整体技术水平特别是高附加值制品的生产与世界先进水平比较仍存在较大差距 1 2粉末冶金方法及其应用20世纪初研制了一种粉末经压制成型并经烧结而制成零件或毛坯 这种方法称粉末冶金法 粉末冶金的应用主要有以下几个方面 1 减摩材料应用最早的是含油轴承 2 结构材料它是用碳钢或合金钢的粉末为原料 采用粉末冶金方法制造结构零件 这种制品的精度较高 表面光洁 不需或少需切削加工即为成品零件 可用于制造液压泵齿轮 电钻齿轮 凸轮等 3 高熔点材料一些高熔点的金属和金属化合物如W Mo WC TiC等 用熔炼和铸造方法生产比较困难 可用粉末冶金方法生产 如各种金属陶瓷 钨丝及Mo TA Nb等难熔金属和高温合金 4 特殊电磁性能材料如多孔过滤材料 假合金材料等缺点 由于设备和模具的限制 粉末冶金还只能生产尺寸有限和形状不很复杂的制品 烧结零件的韧性较差 生产效率不高 成本较高 1 3硬质合金的性能特点 分类及应用1 3 1硬质合金的性能特点 1 高硬度 耐磨性好 高热硬性 2 抗压强度 弹性模量高抗压强度高可达6000MPa 但抗弯强度低 只有高速钢的1 3 1 2 弹性模量很高 韧性很差 硬质合金焊接刀片 3 耐蚀性和抗氧化性良好 热膨胀因数比钢低缺点 抗弯强度低 脆性大 导热性差加工 采用电加工 电火花 线切割 和专门的砂轮磨削 1 3 2硬质合金的分类 编号 1 钨钴类硬质合金由碳化钨和钴组成 常用代号有YG3 YG6 YG8等 代号中 YG 为 硬 钴 两字的汉语拼音字首 后面的数字表示钴的含量 质量分数 100 例如 YG8 表示平均WCo 8 其余为碳化钨的钨钴类硬质合金 WC刀具 2 钨钴钛类硬质合金由碳化钨 碳化钛和钴组成 常用代号有YT5 YT15 YT30等 代号中 YT 为 硬 钛 两字的汉语拼音字首 后面的数字表示碳化钛的含量 质量分数 100 硬质合金中 碳化物含量越多 钴含量越少 则硬质合金的硬度 热硬性及耐磨性越高 但强度及韧性越低 例如 YT15 表示平均WTi 15 其余为碳化钨和钴含量的钨钛钴类硬质合金 TIC刀具 3 通用硬质合金主要成分是碳化钨 碳化钛 碳化钽 或碳化铌 及钴 这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金 其牌号由 YW 硬 万 两字汉语拼音字首 加顺序号组成 如YW1 钨钛钽刀具 1 3 3硬质合金的应用硬质合金主要用于制造切削刀具 冷作模具 量具和耐磨零件 钨钴类合金刀具主要用来切削加工产生断续切屑的脆性材料 钨钴钛类合金主要用来切削加工韧性材料 通用硬质合金既可切削脆性材料 又可切削韧性材料 硬质合金也用于冷拔模 冷冲模 冷挤压模及冷镦模 硬质合金应用推荐 1 3 4钢结硬质合金是近年来发展的一种新型硬质合金 是以一种或几种碳化物 WC TiC 等为硬化相 以合金钢 高速钢 铬钼钢 粉末为粘结剂 经配料 压型 烧结而成 钢结硬质合金具有与钢一样的可加工能力 可以锻造 焊接和热处理 缺点 脆性大 韧性低 难以加工成型 制约了工程结构陶瓷发展及其应用 1 4烧结成型硬质合金烧结成型就是将粉末压制成坯料 再进烧结炉加热到一定温度 烧结温度 并保持一定的时间 保温时间 然后冷却下来 从而得到所需性能的硬质合金材料 硬质合金烧结过程可以分为四个基本阶段 1 脱除成形剂及预烧阶段 在这个阶段烧结体发生如下变化 成型剂的脱除 烧结初期随着温度的升高 成型剂逐渐分解或汽化 排除出烧结体 与此同时 成型剂或多或少给烧结体增碳 增碳量将随成型剂的种类 数量以及烧结工艺的不同而改变 粉末表面氧化物被还原 在烧结温度下 氢可以还原钴和钨的氧化物 若在真空脱除成型剂和烧结时 碳氧反应还不强烈 粉末颗粒间的接触应力逐渐消除 粘结金属粉末开始产生回复和再结晶 表面扩散开始发生 压块强度有所提高 2 固相烧结阶段 800 共晶温度 在出现液相以前的温度下 除了继续进行上一阶段所发生的过程外 固相反应和扩散加剧 塑性流动增强 烧结体出现明显的收缩 3 液相烧结阶段 共晶温度 烧结温度 当烧结体出现液相以后 收缩很快完成 接着产生结晶转变 形成合金的基本组织和结构 4 冷却阶段 烧结温度 室温 在这一阶段 合金的组织和相成分随冷却条件的不同而产生某些变化 可以利用这一特点 对硬质合金进行热处理以提高其物理机械性能 1 5发展趋势当前硬质合金刀具材料牌号正向着两个相反的方向发展 一方面 通用型牌号的适用面越来越广 通用性越来越强 另一方面 专用型牌号越来越具有针对性 更加适应被加工材料和切削条件 从而达到提高切削效率的目的 如 美国Kennametal公司推出的新的KU系列 KU10T KU25T KU30T 牌号就具有非常广泛的通用性 其中 KU10T和KU25T采用了具有高韧性的和高耐磨性的硬质合金基体 并配以高含铝量的TiN TiAlN复合PVD涂层 而KU30T则采用了韧性极好的富钴层梯度硬质合金基体 配以TiN TiCN TiN复合CVD涂层 新的KU系列牌号可广泛适用于钢 不锈钢 铸铁 非钛合金 高温合金和硬材料的车削 镗孔 切槽 切断和螺纹加工 该公司新推出的KC5510和KC5525则是专为高效率加工高温合金而设计的牌号 晶粒细化的高钴硬质合金基体 配以高性能的TiAlNPVD涂层 使刀片具有极强的抗热变形能力 可以比其它PVD涂层刀具提高两倍以上的切削速度 日本Tungaloy超硬工具株式会社推出的T6000系列牌号 T6020 T6030 则是专为不锈钢车削加工开发的CVD牌号 ISCAR公司推出的专用于高速铣削加工灰铸铁和球墨铸铁的DO TEC涂层牌号 DT7150 采用了Al2O3 MTCVD内涂层加TiAlNPVD外涂层的复合涂层技术 具有极高的耐磨性及抗剥落性 金刚石CVD涂层刀具的性能又有了进一步的提高 产品覆盖了可转位刀具和整体硬质合金刀具 厦门金鹭特种材料有限公司展出了新开发的 青霜 系列超细结晶金刚石涂层立铣刀 与通常的金刚石涂层相比 青霜 系列金刚石涂层为超细结晶 平均粒度 1 m 涂层表面更加光滑 刀具寿命可提高20倍以上 日本OSG公司也展出了适用于石墨电极和铜电极加工的超微粒结晶金刚石涂层铣刀 结晶粒度为1 m 涂层厚度6 20 m 使刀具的刃口更加锋利 减少切削中的粘结 降低了工件表面的粗糙度 美国SGS刀具公司则推出了非晶体的金刚石 AmorphousDiamond 涂层立铣刀 用以加工最具磨损特性的材料 刀具表面是沿着刀具曲面精确形成的晶莹光滑的厚度约为1 m的非晶体金刚石薄膜 其最显著的特点是使刀具在具有金刚石