硬质合金与超硬工具材料.ppt
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4.硬质合金与超硬工具材料硬质合金与超硬工具材料4.14.1概述概述nn硬质合金是指一种或多种难熔金属的碳化物(硬质合金是指一种或多种难熔金属的碳化物(WCWC、TiCTiC等)等)作为硬质相,用过渡族金属(作为硬质相,用过渡族金属(CoCo等)作为粘结相,采用粉等)作为粘结相,采用粉末冶金技术制备的多相材料。
作为切削刀具用的硬质合金,末冶金技术制备的多相材料。
作为切削刀具用的硬质合金,常用的碳化物有常用的碳化物有WCWC、TiCTiC、TaCTaC、NbCNbC等,常用的粘结相等,常用的粘结相有有CoCo、NiNi、FeFe等。
硬质合金的强度主要取决于粘结相的含等。
硬质合金的强度主要取决于粘结相的含量。
量。
nn特点:
特点:
11、硬度、耐磨性、硬度、耐磨性、HRA94,600HRA94,600超高速钢超高速钢10001000常温常温钢硬度钢硬度22、强度、强度、bb600MPa,9001000MPa600MPa,9001000MPa33、EE:
400-700GPa400-700GPa44、耐磨、耐蚀、耐酸碱、耐磨、耐蚀、耐酸碱55、线膨胀系数小、线膨胀系数小硬质合金硬质合金hardmetal;cementedcarbidenn由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和成的一种合金材料。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和成的一种合金材料。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和成的一种合金材料。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的韧性较好、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,即使在高硬度和耐磨性,即使在高硬度和耐磨性,即使在高硬度和耐磨性,即使在500500的温度下也基本保持不变,的温度下也基本保持不变,的温度下也基本保持不变,的温度下也基本保持不变,在在在在10001000时仍有很高的硬度。
硬质合金广泛用作刀具材料,时仍有很高的硬度。
硬质合金广泛用作刀具材料,时仍有很高的硬度。
硬质合金广泛用作刀具材料,时仍有很高的硬度。
硬质合金广泛用作刀具材料,如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等,用于切削铸铁、有如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等,用于切削铸铁、有如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等,用于切削铸铁、有如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等,用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材,也色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材,也色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材,也色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材,也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。
现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的的材料。
现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的的材料。
现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的的材料。
现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。
数百倍。
数百倍。
数百倍。
分分类类按照被加工材料可以分为:
按照被加工材料可以分为:
按照被加工材料可以分为:
按照被加工材料可以分为:
nnPP类:
主要用于加工钢件(包括铸钢);类:
主要用于加工钢件(包括铸钢);类:
主要用于加工钢件(包括铸钢);类:
主要用于加工钢件(包括铸钢);nnKK类:
主要用于加工铸铁;类:
主要用于加工铸铁;类:
主要用于加工铸铁;类:
主要用于加工铸铁;nnMM类:
主要用于加工钢(包括奥氏体钢、锰钢)、铸铁、类:
主要用于加工钢(包括奥氏体钢、锰钢)、铸铁、类:
主要用于加工钢(包括奥氏体钢、锰钢)、铸铁、类:
主要用于加工钢(包括奥氏体钢、锰钢)、铸铁、有色金属。
有色金属。
有色金属。
有色金属。
按照成分可以分为:
按照成分可以分为:
按照成分可以分为:
按照成分可以分为:
nnWC-CoWC-Co硬质合金,硬质相是硬质合金,硬质相是硬质合金,硬质相是硬质合金,硬质相是WCWC,粘结相是,粘结相是,粘结相是,粘结相是CoCo,代号为,代号为,代号为,代号为YGYG;nnWC-WC-TiCTiC-Co-Co硬质合金,硬质相是硬质合金,硬质相是硬质合金,硬质相是硬质合金,硬质相是WCWC与与与与TiCTiC,粘结相是,粘结相是,粘结相是,粘结相是CoCo,代号为,代号为,代号为,代号为YTYT;nnWC-WC-TiC-TaC(NbC)-CoTiC-TaC(NbC)-Co硬质合金,是在硬质合金,是在硬质合金,是在硬质合金,是在YTYT硬质合金中添加硬质合金中添加硬质合金中添加硬质合金中添加TaC(NbCTaC(NbC)。
主要生产国家主要生产国家nn世界上有世界上有世界上有世界上有5050多个国家生产硬质合金,总产量可达多个国家生产硬质合金,总产量可达多个国家生产硬质合金,总产量可达多个国家生产硬质合金,总产量可达270002700028000t-28000t-,主要生产国有美国、俄罗斯、瑞,主要生产国有美国、俄罗斯、瑞,主要生产国有美国、俄罗斯、瑞,主要生产国有美国、俄罗斯、瑞典、中国、德国、日本、英国、法国等,世界硬典、中国、德国、日本、英国、法国等,世界硬典、中国、德国、日本、英国、法国等,世界硬典、中国、德国、日本、英国、法国等,世界硬质合金市场基本处于饱和状态,市场竞争十分激质合金市场基本处于饱和状态,市场竞争十分激质合金市场基本处于饱和状态,市场竞争十分激质合金市场基本处于饱和状态,市场竞争十分激烈。
中国硬质合金工业是烈。
中国硬质合金工业是烈。
中国硬质合金工业是烈。
中国硬质合金工业是5050年代末期开始形成的,年代末期开始形成的,年代末期开始形成的,年代末期开始形成的,60607070年代中国硬质合金工业得到了迅速发展,年代中国硬质合金工业得到了迅速发展,年代中国硬质合金工业得到了迅速发展,年代中国硬质合金工业得到了迅速发展,9090年代初中国硬质合金总生产能力达年代初中国硬质合金总生产能力达年代初中国硬质合金总生产能力达年代初中国硬质合金总生产能力达6000t6000t,硬质,硬质,硬质,硬质合金总产量达合金总产量达合金总产量达合金总产量达5000t5000t,仅次于俄罗斯和美国,居世,仅次于俄罗斯和美国,居世,仅次于俄罗斯和美国,居世,仅次于俄罗斯和美国,居世界第界第界第界第33位。
位。
位。
位。
4.2WC4.2WC硬质合金硬质合金4.2.1WC4.2.1WC与复式碳化物的制造与复式碳化物的制造W+CWCW+CWCTiOTiO22+3CTiC+2COWC-+3CTiC+2COWC-TiCTiCnn影响粒度的因素:
温度、时间、余料粒度影响粒度的因素:
温度、时间、余料粒度4.2.2WC4.2.2WC基硬质合金的制造工艺与性能基硬质合金的制造工艺与性能nn生产工艺生产工艺WC+COWC+COoror湿磨湿磨过滤过滤干燥干燥过筛过筛掺胶掺胶WCWC、TiC+COTiC+CO(汽油)(汽油)喷雾干燥喷雾干燥干燥干燥制粒制粒成型成型脱脂预烧脱脂预烧烧脂烧脂成品成品加工加工nn气氛:
H2、H2+N2、真空nn真空特点:
密度、硬度、显微结构、切削耐用度、但强度下降,有利于排除,改善润湿法nn注意:
Co的挥发、损失1550,1h,6%降至4560:
1110mmHg压力脱碳,表面氧化物被C还原气氛中的Onn添加剂:
TaC,WC-Co硬质合金的组织,多角形的WC晶粒被Co粘结相包围制备钨粉的方法制备钨粉的方法nn制备钨粉的方法有:
三氧化物还原法、蓝色氧化钨还原法。
制备钨粉的方法有:
三氧化物还原法、蓝色氧化钨还原法。
nn三氧化物还原法可分为一次还原法(直接还原法)和二次三氧化物还原法可分为一次还原法(直接还原法)和二次还原法。
一次还原法就是直接将三氧化物还原成金属钨;还原法。
一次还原法就是直接将三氧化物还原成金属钨;二次还原法是先将三氧化物还原成褐色的二氧化钨,然后二次还原法是先将三氧化物还原成褐色的二氧化钨,然后再进一步将的二氧化钨还原成金属钨。
再进一步将的二氧化钨还原成金属钨。
nn钨的氧化物还原成金属钨的过程经历不同的反应转变阶段。
钨的氧化物还原成金属钨的过程经历不同的反应转变阶段。
nnWOWO33WOWO2.92.9WOWO2.722.72WOWO22WWnn在这些转变阶段中,物料不仅颜色发生变化,而且晶体形在这些转变阶段中,物料不仅颜色发生变化,而且晶体形态也发生很大变化。
态也发生很大变化。
nn在还原过程中,微量杂质对钨粉特性具有影响,还原工艺在还原过程中,微量杂质对钨粉特性具有影响,还原工艺条件对钨粉的质量骑着决定性的作用。
其中还原温度是决条件对钨粉的质量骑着决定性的作用。
其中还原温度是决定钨粉粒度的关键因素。
应该根据钨粉颗粒长定钨粉粒度的关键因素。
应该根据钨粉颗粒长碳化钨的形成碳化钨的形成nn碳化钨形成的总化学反应式是碳化钨形成的总化学反应式是W+C=WCW+C=WC,钨粉碳,钨粉碳化过程是通过含碳的气体进行的。
化过程是通过含碳的气体进行的。
nn影响碳化钨粒度的因素很多,主要是钨粉原始颗影响碳化钨粒度的因素很多,主要是钨粉原始颗粒的大小。
一般地,钨粉颗粒越粗,所得到的碳粒的大小。
一般地,钨粉颗粒越粗,所得到的碳化钨的颗粒也较粗。
钨粉的表面状态、混合料中化钨的颗粒也较粗。
钨粉的表面状态、混合料中的碳含量对碳化钨的粒度也有一定的影响。
而碳的碳含量对碳化钨的粒度也有一定的影响。
而碳化物度对碳化钨颗粒大小的影响并不显著。
特别化物度对碳化钨颗粒大小的影响并不显著。
特别是对于粗颗粒的钨粉,提高碳化物度几乎不能使是对于粗颗粒的钨粉,提高碳化物度几乎不能使碳化钨的颗粒长大。
碳化钨的颗粒长大。
复式碳化物复式碳化物nn在制造含TiC的硬质合金时,TiC通常是以TiC-WC固溶体(复式碳化物)的形式加入。
这主要是由于工业碳化钛一般含有较多的氧(氮),而且TiC与TiO的晶格类型相同,并容易形成连续固溶体。
如果碳化钛直接加入合金混合料中,形成固溶体时由于碳原子置换TiC晶格中的氧原子和氮原子而析出CO和N2气体,阻碍合金的正常收缩,增大合金的孔隙度。
制备制备TiC-WC复式碳化物的方法复式碳化物的方法nn用三氧化钨、二氧化钛、炭黑的混合料在用三氧化钨、二氧化钛、炭黑的混合料在用三氧化钨、二氧化钛、炭黑的混合料在用三氧化钨、二氧化钛、炭黑的混合料在1700170020002000温度下于氢气温度下于氢气温度下于氢气温度下于氢气中进行碳化,直接得到中进行碳化,直接得到中进行碳化,直接得到中进行碳化,直接得到TiCTiC-WC-WC固溶体。
由于三氧化钨、二氧化钛、固溶体。
由于三氧化钨、二氧化钛、固溶体。
由于三氧化钨、二氧化钛、固溶体。
由于三氧化钨、二氧化钛、炭黑的体积较大,所以采用该方法难以有效地利用炉子的工作空间。
炭黑的体积较大,所以采用该方法难以有效地利用炉子的工作空间。
炭黑的体积较大,所以采用该方法难以有效地利用炉子的工作空间。
炭黑的体积较大,所以采用该方法难以有效地利用炉子的工作空间。
所得复式碳化物的游离碳较高。
所得复式碳化物的游离碳较高。
所得复式碳化物的游离碳较高。
所得复式碳化物的游离碳较高。
nn分别制备出分别制备出分别制备出分别制备出WCWC和和和和TiCTiC,然后在,然后在,然后在,然后在1600160018001800温度下于氢气中制取复温度下于氢气中制取复温度下于氢气中制取复温度下于氢气中制取复式碳化物。
该方法工序较多,而且一般又不容易制得纯度较高的碳化
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- 硬质合金 工具 材料