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常用的硬质材料有哪些?

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常用的硬质材料有哪些?

发布日期:2016-07-27 作者: 点击:

硬质材料包括硬质合金, 硬质材料包括硬质合金,并包括组成硬质合金的碳化钨粉、碳化钽、碳化钒、碳化铬、 合金的碳化钨粉、碳化钽、碳化钒

、碳化铬、 碳化钛这些硬质粉末,以及金刚石( 碳化钛这些硬质粉末,以及金刚石(C) , 多晶钻) 立方氮化硼) PcD (多晶钻), cBN (立方

氮化硼), 和 Si3N4氮化硅 氮化硅。 Si3N4氮化硅。PcD(多晶钻) PcD(多晶钻)是一种使用金刚石微粒和化学粘合剂混合 之后,在高温高压环境下沉积为相干结构的人造材料。 之后,在高温高压环

境下沉积为相干结构的人造材料。 cBN(立方氮化硼)是来自PcBN的多晶体。 PcBN是一种由 cBN(立方氮化硼)是来自PcBN的多晶体。 PcBN是一种由 PcBN的多晶体 cBN微粒和陶瓷或金属触媒粘合剂在高温高压下沉积而成的聚 cBN微粒和陶瓷或金属触媒粘合剂在高温高压下沉积而成的聚 合体。合金新材料厂家

合体。

Si3N4氮化硅是一种具有高抗碎性能的陶瓷材料。 Si3N4氮化硅是一种具有高抗碎性能的陶瓷材料。 氮化硅是一种具有高抗碎性能的陶瓷材料

硬质合金和碳-氮化合物--尽管高速钢对于如钻 硬质合金和碳-氮化合物--尽管高速钢对于如钻 -拉削这样的应用仍然非常重要, 孔、拉削这样的应

用仍然非常重要,但大多数的金属 切削都是通过硬质合金工具完成的。 切削都是通过硬质合金工具完成的。对于那些非常难 于加工的材料,硬质合

金现在正逐渐由碳氮化合物、 于加工的材料,硬质合金现在正逐渐由碳氮化合物、 陶瓷制品和超硬材料所替代。渗碳的(或烧结的) 陶瓷制品和超

硬材料所替代。渗碳的(或烧结的)硬 质合金和碳氮化合物,被世界上大多数一致认为是硬 质合金和碳氮化合物, 金属,是一系列通过粉末冶金技

术制成的非常硬的、 金属,是一系列通过粉末冶金技术制成的非常硬的、 耐火、耐磨的合金。 耐火、耐磨的合金。微小的硬质合金或者氮化物颗粒

在处于烧结温度液体时被金属粘结剂“胶结” 在处于烧结温度液体时被金属粘结剂“胶结”。个体 硬金属的成分和属性与那些黄铜和高速钢是不同

的。 硬金属的成分和属性与那些黄铜和高速钢是不同的。 所有的硬金属都是金属陶瓷,是由陶瓷颗粒和金属粘 所有的硬金属都是金属陶瓷, 结剂

化合而成。 结剂化合而成。

第一节 硬质合金

“碳化钨”是非常硬的硬质合金颗粒,特别是碳化 碳化钨”是非常硬的硬质合金颗粒, 碳化钨 钨在富铁基质的出现使得高速钢具有优异的加工

能力。 能力。早期的硬质合金在用于工业用途时过于脆 但是不久发现将碳化钨粉末与大约10%的金属, 10%的金属 弱,但是不久发现将碳化钨粉末

与大约10%的金属, 如铁、镍或钴,允许压坯在大约1500℃下烧结, 1500℃下烧结 如铁、镍或钴,允许压坯在大约1500℃下烧结, 在这个过程中生

成的产品具有低孔隙率、 在这个过程中生成的产品具有低孔隙率、非常高 的硬度,而且相当大的强度。 的硬度,而且相当大的强度。这些性质的组

合使 得材料理想的适合用来作为切削金属的加工刀具。 得材料理想的适合用来作为切削金属的加工刀具。 ? 硬质合金的变化是由铜焊接硬质合金嵌

入变成夹 具嵌入,以及涂敷技术的迅速发展。 具嵌入,以及涂敷技术的迅速发展。

硬质合金刀具材料的制法: 硬质合金刀具材料的制法: 一种是经过压锻和烧结至精确的形状和尺 寸。 另外的一个进步是高温真空固态渗粘法 HIP

)的应用。 (HIP)的应用。此方法实际上允许通过高压下 的惰性气体将硬质合金中所有的残余孔隙度都 挤出来,应用的温度大约是烧结温度。 挤

出来,应用的温度大约是烧结温度。通过此 方法刚度、 方法刚度、抗裂强度和抗震性能可以提高两倍 或者以三倍,而且非常大的烧结部件的废品率

或者以三倍, 减少至先前水平的很小一部分。 减少至先前水平的很小一部分。

? 硬质合金的硬度取决于硬化相含量和晶粒 粒度,即硬化相含量越高、晶粒越细, 粒度,即硬化相含量越高、晶粒越细,则 硬度也越大。 硬度也

越大。硬质合金的韧性由粘结金属 决定,粘结金属含量越高,抗弯强度越大。 决定,粘结金属含量越高,抗弯强度越大。 硬质合金具有硬度高、耐

磨、强度和韧性 硬质合金具有硬度高、耐磨、 较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能, 较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能, 特别是它的高硬

度和耐磨性,即使在500℃ 特别是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃ 的温度下也基本保持不变, 1000℃时仍 的温度下也基本保持不变,在1000℃

时仍 有很高的硬度。 有很高的硬度。

硬质合金的种类:

碳化钨/钴(WC/Co): 碳化钨/ WC/Co): 首先进行商业应用的烧结硬质合金是由碳化钨高角颗粒 与金属钴粘结而成。 与金属钴粘结而成。 对于从装填密度而获得的最大硬度, 对于从装填密度而获得的最大硬度,碳化钨细粒应尽可 能的小,最好低于1μm 0.00004英寸 1μm( 英寸) 能的小,最好低于1μm(0.00004英寸)而且对于特殊用途 要相当小。随着钴含量的降低其硬度和耐磨损性能增高, 要相当小。随着钴含量的降低其硬度和耐磨损性能增高,只 要保证烧结中存在最低含量的钴(2%即可 即可, 要保证烧结中存在最低含量的钴(2%即可,尽管实际的最低 含量是3% 即可。总之, 3%) 含量是3%)即可。总之,随着碳化物细粒或钴的含量或者两 者的增加,会获得更硬或者较软的等级。 者的增加,会获得更硬或者较软的等级。 许多碳化钨/钴成分是通过少量但非常重要的添加剂进 许多碳化钨/ 行调整的-- 0.5到大约3%的钽 --从 到大约3%的钽、 行调整的--从0.5到大约3%的钽、铌、铬、钒、钛、铪,或 其他的碳化物。这些添加剂基本的用途一般是抑制细粒成长, 其他的碳化物。这些添加剂基本的用途一般是抑制细粒成长, 因此可以保持始终如一的精细结构。 因此可以保持始终如一的精细结构。钨钛碳化物/ 钨钛碳化物/钴(WC/TiC/Co): WC/TiC/Co): 这些百分度用来作为刀具切削钢材和其他铁基合金, 这些百分度用来作为刀具切削钢材和其他铁基合金,TiC 成分的作用是抵制由化学分解和形成麻坑所产生高温的扩散 性冲击。碳化钨扩散到刀片的表面, 性冲击。碳化钨扩散到刀片的表面,但是碳化钛对这种扩散 极具抵抗力。TiC中固溶体或 固溶晶体” WC保持着防止形 中固溶体或“ 极具抵抗力。TiC中固溶体或“固溶晶体”的WC保持着防止形 成麻坑性质到很大的程度。 成麻坑性质到很大的程度。 可惜得是,碳化钛和TiC TiC基固溶体非常脆而且不如碳化钨 可惜得是,碳化钛和TiC基固溶体非常脆而且不如碳化钨 耐磨。因此尽可能地将TiC的含量保持在最低水平。 TiC的含量保持在最低水平 耐磨。因此尽可能地将TiC的含量保持在最低水平。 在极限配方中碳化物是不含钨的并且完全是基于TiC TiC基础 在极限配方中碳化物是不含钨的并且完全是基于TiC基础之上的,但一般的TiC成分不能超过18% 如果超过这个数值, TiC成分不能超过18%。 之上的,但一般的TiC成分不能超过18%。如果超过这个数值,碳化物变得过脆并且非常难于铜焊。 碳化物变得过脆并且非常难于铜焊。 WC/TiC/Co的成分具有两种显著的碳化物相 的成分具有两种显著的碳化物相, 一般情况下 WC/TiC/Co的成分具有两种显著的碳化物相, 几乎纯净的WC角晶体和磨圆的TiC/Co 混合晶体。 WC角晶体和磨圆的 几乎纯净的WC角晶体和磨圆的TiC/Co 混合晶体。在发展的制 造业中尽管WC/TiC/Co硬金属应用非常广泛, WC/TiC/Co硬金属应用非常广泛 造业中尽管WC/TiC/Co硬金属应用非常广泛,在某些重要的考 虑中是禁止使用的, 虑中是禁止使用的,它们在许多应用中被具有更高强度以及 抗麻坑优势的WC/TiC/Ta(Nb)C/C9系列所替代。TiC, TiN以 WC/TiC/Ta(Nb)C/C9系列所替代 抗麻坑优势的WC/TiC/Ta(Nb)C/C9系列所替代。TiC, TiN以 及其他在硬基质上的涂敷也已经减少了高速加工钢和铁合金 对高TiC成分的吸引力。 TiC成分的吸引力 对高TiC成分的吸引力。

碳化钨碳化钨-钛-钽(-铌)/钴:除了涂敷碳化物之外, 除了涂敷碳化物之外,钨-钛-钽(-铌)等级可 能是最常见的硬金属级别了。主要应用于切削钢, 能是最常见的硬金属级别了。主要应用于切削钢, 它们组合并改进了长久以来形成的WC/TiC/Co WC/TiC/Co成分大 它们组合并改进了长久以来形成的WC/TiC/Co成分大 多数的特性。这些碳化物直接可以与碳多数的特性。这些碳化物直接可以与碳-氮化合物及 碳化硅陶瓷相媲美, 碳化硅陶瓷相媲美,并且这个级别最好的硬质合金 可以完成所有类型钢的高速切削重任, 可以完成所有类型钢的高速切削重任,这包括奥氏 体不锈钢系列。 体不锈钢系列。这些工具在韧性铸铁和镍基的超耐 热合金作业中也能工作得好,在这些切削过程中, 热合金作业中也能工作得好,在这些切削过程中, 在切削刃处可以产生大量的热合很高的压力。但是, 在切削刃处可以产生大量的热合很高的压力。但是, 它们不具有微细粒纯净碳化钨等级抗磨损, 它们不具有微细粒纯净碳化钨等级抗磨损,或者涂 胶等级麻坑好的抵抗能力, 胶等级麻坑好的抵抗能力,以及碳化钛基金属陶瓷 所具有的性质。 所具有的性质。碳化钛/ 碳化钛/钼/镍(TiC/Mo/Ni): TiC/Mo/Ni):

? 碳化钛极端的压入硬度和抗麻坑与它主要的原材料 二氧化钛,TiO2)的廉价和可用性结合起来, (二氧化钛,TiO2)的廉价和可用性结合起来,基于 这一种碳化物就提供了很强的使用品质诱因。尽管是 这一种碳化物就提供了很强的使用品质诱因。 在早期硬金属历史中开发出来的, 在早期硬金属历史中开发出来的,由于这些碳化物很 难进行令人满意的铜焊因此直至夹具出现之前很少得 到应用。更甚的是,此种碳化物的脆性臭名昭著, 到应用。更甚的是,此种碳化物的脆性臭名昭著,只 能用于振动极小的精细切削条件下。 能用于振动极小的精细切削条件下。 ? 记录的极高的碳化钛等级压入硬度值并不同时具有相 应级别的抗磨损能力, 应级别的抗磨损能力,大家认为明显缺乏硬度的碳化 钨在此方面的性能超过碳化钛。而且,碳氮化合物、 钨在此方面的性能超过碳化钛。而且,碳氮化合物、 高级的含钽多元碳化物和涂敷的变体形式一般都能提 供更好的全面切割性能。 供更好的全面切割性能。

     其它刀具材料:

其它刀具材料: 钢结硬质合金: 钢结硬质合金: 钢结硬质合金简称钢结合金,是一种新型工 钢结硬质合金简称钢结合金, 模具材料,它以碳化钨或碳化钛为硬质相, 模具材料,它以碳化钨或碳化钛为硬质相,以钢为 粘结相(其体积分数一般在50 以上), 50% ),针对粘结相(其体积分数一般在50%以上),针对 不同的使用要求,可选用不同的钢种为基体, 不同的使用要求,可选用不同的钢种为基体,包 括铬钼工具钢、高速钢、不锈钢和高锰钢。 括铬钼工具钢、高速钢、不锈钢和高锰钢。 钢结 硬质合金硬度既具有象硬质合金的高硬度、高强 硬质合金硬度既具有象硬质合金的高硬度、 高耐磨性,又具有工具钢的可机械加工、 度、高耐磨性,又具有工具钢的可机械加工、热 处理、锻造和焊接等特点, 处理、锻造和焊接等特点,是介于硬质合金与工 具钢之间的工具材料, 具钢之间的工具材料,适用于工具钢由于耐磨性 不够, 不够,而硬质合金由于韧性不够和难加工成型而 受到限制的场合。 受到限制的场合。

陶瓷: 陶瓷: 与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、 与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐 磨性。因此,加工钢材时,磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具 10~20倍 其红硬性比硬质合金高2 且化学稳定性、 的10~20倍,其红硬性比硬质合金2~6倍,且化学稳定性、 抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、 抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横 向断裂强度低、承受冲击载荷能力差, 向断裂强度低、承受冲击载荷能力差,这也是近几十年来人们 不断对其进行改进的重点。 不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类:①氧化铝基陶瓷。通常是在 陶瓷刀具材料可分为三大类: 氧化铝基陶瓷。 Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分 基体材料中加入TiC 等成分, Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分,经热 压制成复合陶瓷刀具,其硬度可达93 95HRC,为提高韧性, 93~ 压制成复合陶瓷刀具,其硬度可达93~95HRC,为提高韧性,常 添加少量Co Ni等金属 Co、 等金属。 氮化硅基陶瓷。 添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶 瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷,其韧性高于氧化铝基陶瓷, Si3N4+TiC+Co复合陶瓷 瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷,其韧性高于氧化铝基陶瓷,硬度 则与之相当。 氮化硅—氧化铝复合陶瓷 氧化铝复合陶瓷。 则与之相当。③氮化硅 氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙 (Sialon)陶瓷 其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3 陶瓷, 77%Si3N4+13%Al2O3, (Sialon)陶瓷,其化学成分为7%Si3N4+13%Al2O3,硬度可达 1800HV,抗弯强度可达1.20GPa 最适合切削高温合金和铸铁。 1.20GPa, 1800HV,抗弯强度可达1.20GPa,最适合切削高温合金和铸铁。


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