硬质合金工艺流程培训 PPT课件

1 硬质合金知识培训 专业基础知识 2 硬质合金专业基础知识之 材料物理性能 显微组织指标 3 密度 密度是单位体积的质量 硬质合金的密度对成分以及在成分一定的情况下对孔隙度及其敏感 一 密度与成分的关系钨钴合金的密度随钴含量增加而降低 合金的理论密度可按下式计算 4 密度 式中 A B C为各组元的重量百分数 da db dc为各组元的密度 5 密度 二 密度与孔隙的关系由于孔隙存在 实际密度小于理论密度 渗碳 欠烧 脏化 未压好等都会使密度降低 孔隙度与密度的关系可通过下列公式计算 式中 P 孔隙度 体积 do 理论密度 d 实际密度 6 密度 三 密度与碳含量的关系在成分 孔隙恒定的情况下 合金密度与合金中的 相和游离碳有关 正常组织碳含量增加0 1 0 13 其密度可降低0 1g cm3 7 硬度 硬度是合金抵抗变形和磨损的能力 硬度测定是以对微量塑性变形阻力为基础 塑性越低 硬度越高 硬质合金是由硬质相和较软的粘接相所组成的不均匀材料 其硬度宜采用洛氏硬度 HRA 和维氏硬度 HV 来度量 洛氏硬度是利用金刚石圆锥做压头 分别采用60kg 100kg 150kg三种负荷压入合金 根据压入深度在刻度表盘上 直接表示其硬度值 分别用HRA HRB HRC表示 硬质合金为硬脆材料 只能采用HRA测量 8 硬度 维氏硬度是利用金刚石四棱锥做压头 负荷9 807 493 7N不等 一般采用294 2N 国外趋向采用30 50N低负荷试验机 根据负荷和压痕面积的比值来表示其硬度值 YG合金的硬度随钴含量增加 WC晶粒度增大和碳含量增大而降低 相同的晶粒度和碳含量 每增加3 的钴 合金硬度大约降低1HRA 钴含量相同 细晶粒合金的硬度比中晶粒合金大1 1 2HRA 各种不同钴含量的合金 随温度升高硬度降低 在约800oC时出现拐点 其后虽温度升高硬度降低加快 低钴 细晶粒合金在高温下保持较高的硬度 9 抗弯强度 抗弯强度是合金在弯曲负荷的作用下 试样完全断裂时的极限强度 抗弯强度试样分A B两种 均为矩形横断面 如下表示 一般来说 试样表面状态相同 B型试样强度比A型试样强度约高10 单位为N mm2 N mm2 MPa 10 抗弯强度 一 抗弯强度与钴含量的关系细晶钨钴硬质合金的抗弯强度随钴含量增加而增大 粗晶钨钴硬质合金随钴含量增加先增大后下降 二 抗弯强度与WC晶粒的关系抗弯强度与钨钴硬质合金中WC晶粒的关系比较复杂 11 抗弯强度 三 碳含量对抗弯强度的影响含钴低的合金 如YG10 抗弯强度的最大值出现在高碳侧 含钴高的合金 如YG20 抗弯强度的最大值出现在低碳侧 因此 YG10合金可选用碳量偏高的WC做原料 而YG20合金则可采用含碳量偏低的WC做原料 碳的微小过量 只要分布均匀 并不严重影响合金的强度 但过量过多 在合金中产生片状石墨夹杂 则合金强度下降 12 孔隙度和非化合碳 一 孔隙度 一 孔隙度的测定孔隙度的大小是硬质合金质量好坏的重要标志 孔隙度采用放大100倍 在显微镜下直接观察磨面与标准进行比较评定 孔隙度评定已有国际标准 13 孔隙度和非化合碳 A级孔隙 10 m以下的孔隙 分A02 A04 A06 A08四级 未发现A类孔隙称为A00 B级孔隙 10 25 m的孔隙 分B02 B04 B06 B08四级 未发现B类孔隙称为B00 大于25 m的孔隙分25 75 m 75 125 m 125 150 m和大于150 m四档 牌号不同 用途不同 对孔隙度的要求也不同 14 孔隙度和非化合碳 二 引起孔隙度的原因1 引起A级孔隙的大致原因湿磨时间过长和细晶粒合金 在钴相中出现许多小于1 m的孔隙 湿磨时间过短则出现3 4 m的孔隙 湿磨时固液比不当也会造成A级孔隙 粘接相分布不均 工艺控制不当 也能造出A级孔隙 WC内部也存在微孔 15 孔隙度和非化合碳 二 引起孔隙度的原因2 引起B级孔隙的大致原因汽油橡胶溶液中CaCO3在烧结下分解形成25 m以下的孔隙 汽油橡胶溶液中的凝胶粒子在烧结中分解残留10 80 m的孔隙 未压好 外来杂质烧结后残留孔隙 存在液相封闭产品表面后才还原的氧化物 存在硬质合金碎屑 低熔点金属等 16 孔隙度和非化合碳 二 非化合碳 游离碳 和 相 一 非化合碳和 相的测定游离碳采用放大100倍 在显微镜下直接观察磨面与标准进行比较来评定 游离碳也是一种孔隙 国际标准分C02 C04 C06 C08四级 未发现游离碳称为C00 用腐蚀剂轻微腐蚀试样磨面 在低倍或高倍下观察 相 17 孔隙度和非化合碳 二 非化合碳 游离碳 和 相 二 产生游离碳的主要原因原料总碳过高掺胶量过多填料含碳过高装舟时制品靠近舟皿壁脱胶 预烧 烧结工艺失控真空烧结时炉内压力过高 18 非常规性能 1 线膨胀系数 试样受热时 温度升高1度 试样沿直线方向 mm 伸长的长度 mm 单位为10 6 K 硬质合金线膨胀系数随钴含量增加而增大 硬质合金的线膨胀系数比钢小约1倍 YG合金线膨胀系数略小于YT硬质合金的线膨胀系数 19 非常规性能 2 导热率 表征物质对于热量传递的能力 单位瓦 米 K YG合金导热率随钴含量增加 温度升高而降低 钴含量一定 YG合金导热率随WC平均晶粒度增大而升高 YG合金的导热率比YT合金大约1倍 20 非常规性能 3 弹性模量 杨氏模量 表示材料对弹性变形的抗力 单位为N mm2 硬质合金的弹性模量随钴含量增加而降低 YG合金比YT合金额弹性模量大 含钴量相同 YT合金的弹性模量随TiC增加而降低 硬质合金的弹性模量随温度升高而降低 21 非常规性能 4 抗压强度 表示硬质合金在压缩负荷下直至破坏时的极限强度 单位为N mm2 相同钴含量的合金 WC晶粒度越小 抗压强度越高 YG硬质合金额抗压强度大于YT硬质合金 钴含量项目 YT硬质合金的抗压强度随TiC增加而降低 22 非常规性能 5 冲击韧性 即合金的抗冲击强度 表征合金抗冲击破坏的能力 即硬质合金受冲击负荷作用而破坏时 试样单位面积所承受的冲击功 单位为 N m cm2 抗冲击强度检测与抗弯强度检测的差别是 抗冲击强度检测施加载荷速度快 时间短 影响冲击韧性的因素与影响抗弯强度的因素相似 23 非常规性能 6 断裂韧性 抵抗裂纹扩张的能力 断裂韧性随合金钴含量增加而增大 钴含量相同 断裂韧性随合金WC晶粒度增大而增大 合金组织缺陷增加 断裂韧性降低 24 非常规性能 7 抗蠕变断裂强度所谓蠕变 即在一定温度 一定压力作用下 随时间延长 合金发生塑性变形的现象 硬质合金的抗蠕变断裂强度 随钴含量降低 碳含量降低 WC晶粒度减小而增大 25 硬质合金知识培训之 合金成分和工艺 26 一 前言 评价硬质合金的材质的好坏主要是看使用特性 如切削性能 耐磨 耐冲击特性 耐垫 耐压特性 但使用特性很难直接测量 在生产中多以合金的性能 物理性能 机械力学性能 来代替 目前我们又增加了磁性的检测 如矫顽磁力 磁饱和 这样在一定程度上反映了合金的结构因素 这样评价一定中能合金材质的好坏 具有一定的实际意义 硬质合金材质的好坏取决于该合金的化学成份及组织结构 而这两者均受合金的制造工艺及工艺参数支配 化学成份与组织物是决定材质的 内因 是 依据 而制造工艺及工艺参数是影响材质的 外因 是 条件 由于硬质合金制造工艺繁杂 可变因素很多 使得 外因 制造工艺及工艺参数在很大的程度上影响着 内因 化学成份与组织结构 从而使合金质量发生变化难于掌握 决定材质的内因和外因 及相互间的关系是十分密切的 合金的化学成份主要是指合金的碳含量 硬质相和粘德相的组成及他们的比例 合金的组织结构主要是合金中硬质相的种类 晶粒度 连接度 粘结相的原度以及内在缺陷 如孔隙 相及石墨等非金属类杂物 27 二 化学成分对硬质合金材质的影响 1 硬质合金的基本组分及其理化特性硬质合金是由碳化物和粘结金属 用粉末冶金方法烧结而成的一种复合材料 组成一种兼有高硬度 高耐磨 高强度 高韧性的新材质 28 2 硬质碳化物对硬质合金材质的影响硬质碳化物对合金材质的影响有 采用不同种类的硬质碳化物可组成不同系列的合金 WC CO系 WC Tac Co WC Tiw C co等 碳化物的含碳量决定着合金的碳化量 碳含量的质动将引起合金性能的变化 碳过量时 产生游离石墨 碳不足时将产生相 都影响合金的强度的下降 要求控制碳在 0 015 这是很难办到 且碳化物的含碳量与理论值也不相同 主要是制造工艺不同 设备及环境不同 选用的含碳量的碳化物不同 因此 我们应结合实际条件来确定的 29 3 粘结金属成份对合金材质的影响粘结金属的量的变动显著影响着合金的性能 改变粘结金属的加入量是制取不同牌号合金的重要手段之一 一般控制在 0 2 最好 不能超过 0 5 不同含co量还影响着合金的总碳量的波动 含C量高的总碳变动范围扩大 反之较少 合金烧结后 由于W与碳溶入钴中形成r相 r相中c含量低 则w含量高 相反 当合金碳合量高时 r相中碳含量也高 而w含量降低 烧结温温度与冷动速度对r相成份也有影响 Tr相中W冷却速度快 r相中W含量 30 4 添加成份与工艺添加剂对硬质合金材质的影响添加成份是指为改变合金的某些性能而加入的物质 烧结后残留于合金中 改变合金硬质相而添加如有Tic TaN Cr3C2等 添加这些可能影响WC co合金的强度 阻止wc晶度长大 细化晶粒 也有时为了提高 其高温下的抗氧化性等 同时也影响r相的成份 工艺添加剂是指在生产中 由于过程的需要而加入的物质 工艺过程一完成 又须去除 但不影响物理化学变化 如还原促进剂 碳化促进剂 研磨介质 成型剂 31 5 杂质对硬质合金性能的影响硬质合金中的杂质多是由原料中带入 有些在制造过程中带入 不同程度上影响着合金的性能 如AO2O3 Sio2 Cao 将会使合金出现孔隙污垢 夹杂 在烧结过程中还会夺碳产生相 使合金性能下降 32 6 工艺对硬质合金化学成份的影响生产工艺对化学成分的影响 关健在碳含量的控制上 要得到性能优化的合金 不仅要求合金中无游离碳与相 还要求碳化物含碳量应饱和以及r相中含碳量适宜才行 合金的碳含量主要在钨粉碳化时确定的 WC中的碳含量的确定也是合金生产区艺决定的 湿磨过程 混合料的干燥与存放加入成型剂 预烧 烧结 这些过程控制不好 对碳的控制也是很难确定的 33 三 组织结构对硬质合金材质的影响 1 硬质合金组织结构的特点 在烧结硬质合金中 由于微细的硬质相是可以调控的晶粒分布在粘结相中 因此使得它肯有高硬度和抗弯强度 材质的好坏除受成份支配之外 它的显微组织及微结构在很大的程度上改变着合金性能 由于硬度相与粘结相性能相差很大 加上工艺的可变范围大 使得硬质合金的组织结构与一般合金相比要复杂些 对材质的影响也大得多 因此观察及组织结构须在1500倍才行 1 硬度碳化物及粘结相的种类与组成 这与成份有关 2 硬质碳化物的料度 均匀度 不同硬质相粒度的搭配 粘结相的厚度与晶粒度等 主要取决于制造工艺 34 2 显微相组成对硬质合金材质的影响常用硬质合金一般为两相合金或三相合金两相合金 WC CO WC Ni最典型的 一相是WC晶 相二相是呈网络分面在WC颗粒周围的r相 在金相中可以看到 三相合金 典型的三相合金是YT来合金 一相是W 相一相WC TiC 另一相是r相 改变相的种类与组成亦可得到不同性能的三相合金 35 3 显微相粒度对硬质合金材质的影响合金中各相晶粒的形状 大小分布及相互关连是显微组织研究的重要内容 硬质相的粒度 一般来说减少WC晶粒可大大提高合金的硬度与耐磨性 增大WC晶粒可显著改善合金的强度与韧性 如YG15 YG15C晶粒的均匀度 这里有两种认为 有的认为晶粒度公布宽的合金强度低于晶粒度分布窄的合金 有的认为选择不同粒度的原料 在适当的配比范围内可制得具有高韧性和高耐磨性的合金 休斯公司的石油钻头就是采用此种方法 钴层厚度 随着co层的平均厚度增加 硬度下降 强度出现一个峰值 WC粒度与含钴量影响着合金内层的厚度 碳化物晶粒的连续性 连续性是硬度相骨架形成程度的度量 与含钴及碳化物晶粒大小 分布等有关 36 4 显微相缺陷对硬质合金性能的影响按照断裂韧性的观点 在材料内部缺陷的周围应引起应力的集中 从而加速裂纹的形成与扩展 最后导致破坏 组织缺陷主要有以下几种 空隙 它影响着合金的致密度 同时影响抗弯强度 石墨夹杂 同样影响强度和致密度 在碳过量时 还将引起晶粒不匀 使性能变坏 脱碳的 相 它使合金变脆 抗弯强度降低 钴聚集 团 钴分布不匀造成局部钴集中 也影响强度 粗大的WC晶粒 当合金中出现少量的3 20微粒的异常粗大的WC晶粒时 强度会降低 混料 不同牌号料相互掺入 造成局部组织失常现象 硬质相内部显微缺陷 如硬质相内部有气孔 夹杂 两相结构 环状结构 晶粒边界发育不完善 从固定卷体中拆除的针状碳化钨及杆状碳化钨 这些缺陷使硬质相晶粒在受力下产生裂纹而破坏 37 5 微观结构对硬质合金材质的影响这里要用X射线结构分析仪 电子显微镜 电子探针及离子量显微镜来分析 这里就不说了 38 6 工艺对硬质合金组织结构的影响合金的组织结构均与制作工艺有关 尤其是粒度与缺陷更取决于制造工艺 制造工艺任何变动均使组织结构发生变化 从而影响合金的性能 缺陷的控制 制取少缺陷或无缺陷的合金是提高硬质合金的最主要途径 对合金缺陷的控制 归根结底是对制造工艺的严格控制与改进 主要有如下几个方面 控制原料纯度 提高碳化的质量 加强湿磨工艺 湿磨工艺不对 必然导致出现孔隙 脏化 钴团以及组织不匀 注意料的存放与管理 管理不善造成混料 增氧等 压块质量要好 压坯密度要好 不应有分层 裂纹 击压好等 烧结工艺要适宜 欠烧与过烧将引起产品产生气孔 不要引起参碳和脱碳 晶粒的控制 调整硬质合金中的晶粒 是使合金具有不同使用性能的重要手段 如矿山 油井钻头 采用粗晶 切削刀片 采用细晶 晶粒的支配 合金中WC晶粒大小受原始WC粉颗粒大小所支配 而WC粉颗粒大小又受原始WC粉粒密度和碳化密度所支配 湿磨是控制晶粒的重要手段 烧结时晶粒的变化 温度 时间 含碳量等 39 硬质合金知识培训之 机械零件尺寸 形位公差 表面粗造度 40 现场机加工工艺视频 机加工视频 7130平磨加工轴套平面 MOV机加工视频 无心磨加工球齿外圆 MOV机加工视频 2110内圆磨加工轴套内孔 MOV机加工视频 2110内圆磨加工小轴套内孔 MOV机加工视频 外圆磨加工轴套外圆 jpg 41 尺寸的极限与圆柱结合的互换性 公差配合 学习指导本章学习的目的是掌握基础标准 极限与配合 的一般规律 为合理选用尺寸公差与配合 学习其它典型零件的公差与配合 进行尺寸精度设计打下基础 学习要求是对极限与配合标准中的术语定义 要着重搞清其概念与作用 并抓住它们之间的区别与联系进行分析 避免单纯从定义上孤立地去理解 重点要掌握标准公差与基本偏差的结构 特点和基本规律以及尺寸公差与配合的选用原则 42 概述 1944年 国民党政府制定了 尺寸公差与配合 的国家标准 但实际使用的是日本 德国 美国标准 1955年 参照苏联标准 第一机械工业部颁布 公差与配合 的部颁标准 此标准只是将苏联标准 OCT标准 付与了中文名词 1959年 颁布了 公差与配合 的国家标准GB159 174 1959 简称 旧国标 精度等级偏低 配合种类偏少 1979年 参照国际标准制定了 公差与配合 的国家标准GB1800 1804 1979 简称 新国标 取代GB159 174 19591992 2000年 上述新国标进行了部分修订 将 公差与配合 改为 极限与配合 用 极限与配合 GB T1800 1 1997GB T1800 4 1999 替代GB1800 1979的 公差与配合 用 一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差 GB T1804 2000 替代 未注公差尺寸的极限偏差 GB1804 1979 和 一般公差线性尺寸的未注公差 GB T1804 1992 43 国家标准 极限与配合 中 公差与配合部分的标准主要包括 GB T1800 1 1997 极限与配合基础第1部分 词汇 GB T1800 2 1998 极限与配合基础第2部分 公差 偏差和配合的基本规定 GB T1800 3 1998 极限与配合基础第3部分 标准公差和基本偏差数值表 GB T1800 4 1999 极限与配合标准公差等级和孔 轴的极限偏差表 GB T1801 1999 极限与配合公差带和配合的选择 GB T1804 2000 一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差 44 一般公差线性尺寸的未注公差 GB T1804 2000 一 一般公差的定义 线性尺寸的未注公差 一般公差是指在车间一般加工条件下可以保证的公差 它是机床在正常维护和操作下 可达到的经济加工精度 国家标准GB T1804 2000 一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差 等效地采用了国际标准中的有关部分 替代了GB T1804 1992 一般公差线性尺寸的未注公差 简单地说一般公差就是只标注基本尺寸 未标注公差 如 30 100 即通常所说的 自由尺寸 一般公差正常情况下 一般不测量 45 二 一般公差的规定一般公差规定四个等级 f 精密级 m 中等级 c 粗糙级 v 最粗级 这4个公差等级相当于ITl2 ITl4 IT16和IT17 在基本尺寸0 5 4000mm范围内分为8个尺寸段 极限偏差均对称分布 标准同时也对倒圆半径与倒角高度尺寸的极限偏差的数值作了规定 具体值见标准 46 三 应用主要用于不重要的 较低精度的非配合尺寸及以工艺方法可保证的尺寸 铸 模锻 简化制图 节约设计 检验时间 突出重要尺寸 47 四 标注当采用一般公差时 在图样上只注基本尺寸 不注极限偏差 但应在图样的技术要求或有关技术文件 企业标准 中 用标准号和公差等级代号作出总的说明 例如 当选用中等级m时 则标注为 GB T1804 m 如用比一般公差还大的公差 则应在尺寸后标注相应的极限偏差 如 盲孔深度尺寸 48 形状和位置公差 学习指导本章学习目的是掌握形位公差和形位误差的基本概念 熟悉形位公差国家标准的基本内容 为合理选择形位公差打下基础 学习要求是掌握形位公差带的特征 形状 大小 方向和位置 以及形位公差在图样上的标注 掌握形位误差的确定方法 掌握形位公差的选用原则 掌握公差原则 独立原则 相关要求 的特点和应用 了解形位误差的检测原则 49 概述 加工后的零件不仅有尺寸误差 构成零件几何特征的点 线 面的实际形状或相互位置 与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异 这种形状上的差异就是形状误差 而相互位置的差异就是位置误差 统称为形位误差 50 轴套的外圆可能产生以下误差 外圆在垂直于轴线的正截面上不圆 即圆度误差 外圆柱面上任一素线 是外圆柱面与圆柱轴向截面的交线 不直 即直线度误差 外圆柱面的轴心线与孔的轴心线不重合 即同轴度误差 加工后外圆的形状和位置误差 51 形位误差对零件使用性能的影响如下 1 影响零件的功能要求2 影响零件的配合性质3 影响零件的互换性现行国家标准主要有 GBT1182 2008 产品几何技术规范 GPS 几何公差形状 方向 位置和跳动公差标注 GB T1184 1996 形状和位置公差未注公差值 GB T4249 1996 公差原则 GB T16671 1996 形状和位置公差最大实体要求 最小实体要求和可逆要求 GB T13319 2003 产品几何量技术规范 GPS 几何公差位置度公差注法 GB T17852 1999 形状和位置公差轮廓的尺寸和公差注法 GB T11337 2004 平面度误差检测 JB T7369 94 机械密封端面平面度检验方法 52 形位公差的研究对象 形位公差的研究对象 几何要素 构成零件几何特征的点 线 面统称为几何要素 简称要素 53 1 理想要素与实际要素 按存在的状态分 1 理想要素 具有几何意义的要素 2 实际要素 零件上实际存在的要素 即加工后得到的要素 2 轮廓要素与中心要素 按结构特征分 1 轮廓要素 组成轮廓的点 线 面 2 中心要素 与轮廓要素有对称关系的点 线 面 54 3 被测要素与基准要素 按检测关系分 1 被测要素 给出了形状或 和 位置公差的要素 即需要研究和测量的要素 2 基准要素 用来确定被测要素方向或 和 位置的要素 理想的基准要素称为基准 4 单一要素和关联要素 按功能要求分 1 单一要素 仅对要素本身给出形状公差要求的要素 2 关联要素 对其它要素有功能关系的要素 55 形位公差的特征和符号 56 形位公差和形位公差带的特征 1 形位公差 是指实际被测要素对图样上给定的理想形状 理想位置的允许变动量 2 形位公差带 是用来限制被测实际要素变动的区域 它是形位误差的最大允许值 形位公差带具有的四个特征 形状 大小 方向和位置 1 形状2 大小3 方向4 位置 57 58 表面粗糙度轮廓及其检测 学习指导本章学习目的是掌握表面粗糙度轮廓的评定参数和标注 为合理选用表面粗糙度轮廓打下基础 学习要求是从微观几何误差的角度理解表面粗糙度轮廓的概念 了解表面粗糙度轮廓对机械零件使用性能的影响 理解规定取样长度及评定长度的目的及中线的作用 掌握表面粗糙度轮廓的幅度参数及其检测手段 了解表面粗糙度轮廓的间距特性参数 掌握表面粗糙度轮廓参数和参数值的选用原则和方法 熟练掌握表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上标注的方法 59 我国制定的表面粗糙度国家标准主要有 GB T3505 2000 产品几何技术规范表面结构轮廓法表面结构的术语定义及参数 GB T131 93 机械制图表面粗糙度符号 代号及其注法 GB T1031 1995 表面粗