硬质合金刀具基础知识
刀具材料硬质合金讲解

刀具材料硬质合金讲解硬质合金,又称硬质合金材料,是一种由钨碳化物(WC)为主体相和金属钴(Co)为粘结相的复合材料。
它的硬度高、耐磨性好,被广泛应用于切削工具、矿山工具、冲压模具以及其他领域。
硬质合金的制备工艺可以分为粉末冶金法和熔化法两种。
粉末冶金法是将金属钴和碳化物粉末按一定的比例混合,通过冷压成型、热压烧结等工艺得到坯体,然后进行加热处理,最终得到硬质合金制品。
熔化法则是将金属钴和碳化物的粉末合并熔化,然后通过流动法或者静态法进行冷却,将熔融液体凝固成坯体,再进行后续的热处理。
硬质合金材料的主要成分是钨碳化物,其具有极高的硬度和耐磨性。
钨碳化物是一种具有立方晶型的化合物,它的硬度仅次于金刚石,可达到1800-2200Hv,比普通的钢材硬度高出几十倍甚至几百倍。
钨碳化物的高硬度是由于其分子中的碳原子与钨原子的电子云结合较强,使得晶体中的键能增加,导致材料硬度提高。
此外,钨碳化物还具有良好的耐磨性和高温稳定性,可以在高温和恶劣条件下保持较好的性能。
金属钴是硬质合金材料的粘结相,其作用是将钨碳化物颗粒固定在一起,增加材料的韧性和机械强度。
金属钴具有较好的塑性和延展性,能够填充在钨碳化物颗粒之间形成胶结,形成一个整体的材料结构。
钴的比重较大,能够增加硬质合金的密度,提高材料的质量和强度。
硬质合金的性能不仅与材料成分有关,还与其微观结构和制备工艺有关。
一般来说,硬质合金的颗粒尺寸越细,颗粒分布均匀,材料的性能越优良。
制备工艺中,烧结温度、冷却速度、固溶处理等因素也会对硬质合金的性能产生影响。
硬质合金的主要应用是制造切削工具。
由于硬质合金具有高硬度和耐磨性,能够在高速、大负荷的切削条件下保持较好的切削性能,所以被广泛应用于钻头、铣刀、切割刀片等工具的制造。
此外,硬质合金还可以用来制造矿山工具,如岩钻、岩头等。
它的硬度使得这些工具能够在岩石或者土壤中进行高效的钻孔和破碎。
硬质合金还可以用于制造冲压模具,在高强度的冲压工艺中具有较好的耐磨性和抗变形性能。
硬质合金基本知识简介

硬质合金基本知识简介硬质合金基本知识简介一、硬质合金的基本知识1、硬质合金的定义: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。
2、硬质合金的特点:具有高硬度、耐磨、强度和韧度性较好、耐热、耐腐等系列优良性能。
3、硬质合金的用途:广泛应用于金属切削、拉伸、耐磨零件、冲压模具、地质矿山、量具、刃具、圆珠笔尖、军事上穿甲弹头。
4、硬质合金的分类:1)、WC-CO 2)、WC-CO-添加剂3)、WC-CO-TiC 4)、WC-Ni (无磁合金)5、硬质合金的组成元素:W 、WC、Co 、Ni6、硬质合金介于钢、陶瓷之间,与钢相比有以下特点:1)高的硬度、高的耐磨性,低的抗冲击性(决定了硬质合金的使用范围)2)高的抗压性、低的抗弯强度,易断裂3)热膨胀系数低只有钢的三分之一4)耐腐蚀、耐磨性5)高温稳定性二、硬质合金的几个重要指标(物理性能、化学性能、机械性能)1)、比重:Co上升,D下降 D ( density )2)、硬度:Co上升,HRA下降、粒径上升3)、抗弯强度:Co上升,抗弯强度上升4)、抗压强度:Co上升,抗压强度下降5)、冲击韧性:Co上升,冲击韧性上升;粒径大、韧性上升6)、娇顽磁力:与Co含量,晶粒度有关,娇顽磁力可以用来控制合金组织,是生产厂的一项内控指标7)、磁饱和:与Co含量有关,检测Co 含量或已知成分Co量是否存在非磁性8)、弹性模量:硬质合金的弹性模量大。
Co上升,弹性模量下降;晶粒度对弹性模量影响大9)、导热性:WC-Co有较高的导热性。
Co上升,导热率下降10)、热膨胀系数:Co含量的增大而增大,合金热膨胀系数比钢材低很多三判断硬质合金的缺陷1、制粉:1)混料:a、成分b、粒径;2)孔洞:大于40um孔洞为脏划孔(不合格产品)、小于40um孔洞为孔隙(合格产品);3)脱碳:表现为银白色亮点;4)渗碳:石墨夹杂,表现为端口发暗,表面发黑2、成型:1)分层2)裂纹3)未压好:棱角尖锐的三角形、四角形孔洞3、烧结:1)起皮2)鼓泡3)孔洞4)组织不均匀5)变形6)裂纹7)黑心8)过烧9)欠烧Roblloy几种原材料的主要用途锻造模具用原材料:制造汽车产业和机械产业等主要产业所需要各种部材的模锻。
硬质合金刀具结构细节关键

五、合金钻头结构及识图
一、开槽
8、钻头沟槽抛光(精磨)必须磨削整个槽型,以保证芯厚对称度 前刀面与沟槽都必须留精磨余量
二、清边
五、合金钻头结构及识图
1、90°清边方式:常用方式,但不适合于超长钻头(刚性问题导致前后刃宽不等)
铲背落差(A、B、C、D处)必须一致
A B C
D
二、清边
五、合金钻头结构及识图
普通麻花钻槽型
五、合金钻头结构及识图
一、开槽
4、法向测量槽宽、背宽:a、适合于普通麻花钻槽型 b、不适合抛物线槽型
普通麻花钻槽型 适合法向测量背宽
抛物线槽型 不适合法向测量背宽
五、合金钻头结构及识图
一、开槽
5、径向测量槽宽、背宽:
五、合金钻头结构及识图
一、开槽
6、轴向测量槽宽、背宽:轴向、径向互换公式如下:
三、端刃
5、六刃铣刀:后刀面 六短齿
二、直角铣刀结构及识图
三、端刃
6、六刃铣刀:前刀面 六长齿隙
三、球头铣刀结构及识图
一、两刃球头铣刀
1、端刃截型
三、球头铣刀结构及识图
一、两刃球头铣刀
2、球头中心后刀面:横刃方式
三、球头铣刀结构及识图
一、两刃球头铣刀
3、周刃交接处后刀面:a、设定周刃径向双后角(根据周刃后角而定,A处) b、单边2°退刀(双边4°,A处):两刃、三刃、四刃同理
两长齿隙、一短齿隙
二、直角铣刀结构及识图
三、端刃
2、三刃铣刀:前刀面、刀尖保护
一长齿、两短齿
两长齿隙、一短齿隙
二、直角铣刀结构及识图
三、端刃
2、三刃铣刀:前刀面、刀尖保护
一长齿、两短齿
两长齿隙、一短齿隙
刀具材料:硬质合金讲解

切削速度(m/min)
500
200 100 50 20
碳素工具钢
1800 1850
10
合金工具钢 1900 1950 2000 年代
图10 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
1-1刀具材料的发展情况
4
上海大学
2.硬质合金
随着工业的发展需求,工具钢(碳素工具 钢、合金工具钢、高速钢)已经不能满足行业 对高效率加工、高质量加工和难加工材料的加 工要求,因此20世纪20到30年代行业领域发明 了钨钴钛类硬质合金。
①钨钴类硬质合金(YG)(WC+CO )
②钨钛钴类硬质合金(YT)( WC-TiC-CO) ③钨钽(铌)钴类硬质合金(YA)( WC-TaC(NbC)-CO ) ④钨钛钽(铌)钴类硬质合金(YW)( WC-TiC-Ni-Mo
)
以上四种硬质合金的主要成分都是WC,故统称为 WC 基硬质合金。
⑤碳化钛基类硬质合金(YN)
5
上海大学
2.1硬质合金的性能特点
硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、 TiC等)微粉和金属黏结剂(Co、Ni、Mo等)经高压成形 ,并在1500℃左右的高温下烧结而成的粉末冶金制品。 硬质合金的硬度高达 89~94HRA,耐磨性很好,能切 削淬火钢等硬度高的材料。 硬质合金的耐热性为 800~1000 ℃,切削速度可达 100 m/min 以上,但其抗弯强度低、韧性差、怕冲击和振动, 制造工艺性差。
14
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·
2.4新型硬质合金
1)细晶粒、超细晶粒硬质合金
2-8 超 细 晶 粒 整 体 硬 质 合 金 涂 层 精 密 铣 刀
特点:使用细晶 粒,加抑制剂, 采用新进的烧结 工艺,多用于YG 类合金,可以较 大提高硬度、耐 磨性、抗弯强度 和韧性。 可用于加工高硬 度难加工材料。
硬质合金加工金属类知识

1、铜、铝、镍、镁等材料在有色金属里面 属于易加工金属,但是因为其活跃的金属 结构,使其很容易与近亲金属(如Fe、Co) 发生亲和反应,也就是我们常说的容易粘 刀。那么我们选材时,要考虑减少其近亲 金属的含量,另外选择更稳定的分子结构 的材质,还需要提高合金的锋利度,以此 减少摩擦热量。一般来说,铜铝材料的加 工,我个人建议我司的MH4、MH6、MH8、
1、金属材料通常分为黑色金属、有色金属 和特种金属材料。 ①黑色金属又称钢铁材料,包括含铁90%以 上的工业纯铁,含碳 2%-4%的铸铁,含碳 小于 2%的碳钢,以及各种用途的结构钢、 不锈钢、耐热钢、高温合金 、不锈钢、 精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、 锰及其合金。
被加工对象及选材
需要考虑的多一点的是合金与基体的亲和度, 我们公司我建议涂层刀具的合金,选用MH10 已经能满足绝大部分使用场合。
二、有色金属加工: 就硬质合金刀具加工范围的有色金属,狭义 的来说,我们通常指铜、铝、钛、镍、镁及 其部分常见合金。这类合金的特性是,硬度 相对较低,延展性好,与其他金属有较好的 亲和性(也就是容易粘刀),所以这类合金 的选材原则是:低Co、晶粒度合理的偏细。 当然,这是个大致方向,具体的选材要视具 体材料具体分析选材。
三、特种金属材料的加工选材: 特种金属材料是一个比较特殊的材料,我 接触的不多,知道也就是一些涂层材料, 比如说碳氮化钛、氧化铝啊等等··对于 这类材料,我没有任何经验能与大家分享, 希望有这类经验的同事能一起探讨。
加工工艺对合金材质选择的影响
1、加工工艺包含加工方式、加工参数等内 容。加工方式除了我们理解的车铣刨磨钻铰 滚之外,还有一个内容,就是带冷却液加工 和干加工的区别。一般来说,粗加工和半粗 加工基本以干加工为主,精加工和半精加工 一般是带冷却液的加工方式,目的是除了要 获得更好的表面效果外,还要使工件不至于 热变形产生加工误差。因此,干加工除了锋 利度、耐磨性和红硬性这些性能外,重点还 要考虑其抗冲击性。
硬质合金刀具材料基础知

硬质合金刀具材料基础知硬质合金刀具材料是一种曾经被广泛使用的工具材料,以其优良的力学性能和耐磨性能而深受青睐。
它由金属材料和金属间化合物相组成,通常有较高的硬度、强度和热稳定性。
在本文中,将介绍硬质合金刀具材料的基本知识。
硬质合金刀具材料一般由钨、钛、钽、钴等金属作为基体组成,添加少量的碳、氮、铬等元素以及其他微量添加剂进行合金化。
其中,主要的金属间化合物是钨碳化物(WC)和钨钛碳化物(WT)。
这两种化合物具有极高的硬度和抗磨擦性,从而使硬质合金刀具材料具有出色的切削性能。
硬质合金刀具材料的制备主要通过粉末冶金工艺进行。
首先,将金属粉末和碳化物粉末按照一定的比例混合均匀,然后通过压制成型,最后进行高温烧结得到硬质合金材料。
这一制备方法能够保证材料的均匀性和致密性,从而提高了刀具的性能。
硬质合金刀具材料的主要性能包括硬度、抗弯强度、抗磨擦性和热稳定性。
其中,硬度是硬质合金刀具材料的最重要的性能指标,一般在HRA 或HRB的硬度等级中进行表示。
硬质合金刀具材料的硬度通常在60-90HRA之间,比普通钢材高出数倍。
抗弯强度是指硬质合金刀具材料在受到外力作用时不发生弯曲的能力,一般在1500-3000MPa之间。
抗磨擦性是指硬质合金刀具材料在切削过程中能够保持较好的切削性能,从而延长其使用寿命。
热稳定性是指在高温环境下硬质合金刀具材料的稳定性能,一般通过热膨胀系数和热导率来进行评估。
硬质合金刀具材料具有广泛的应用领域,主要用于金属切削加工、石油钻探、煤矿采掘等。
在金属切削加工中,硬质合金刀具材料能够在高速和重负荷下保持切削效果,更高效地完成切削任务。
在石油钻探领域,硬质合金刀具材料具有优异的耐磨性和抗热稳定性,能够适应复杂的地质环境。
在煤矿采掘中,硬质合金刀具材料能够在高硬度的岩石中进行切削,提高采掘效率并减少能量消耗。
总之,硬质合金刀具材料是一种重要的工具材料,具有优异的力学性能和耐磨性能,能够满足各种切削加工和采矿应用的要求。
钎焊硬质合金类刀具必备知识分解

钎焊常见的缺陷及其成因如下
(3)钎料凝固时,零件相互错动。 (4)钎料结晶温度间隔过大。 (5)钎料结晶温度间隔过大。 (6)钎缝脆性过大。 5.钎料流失产生原因: (1)钎焊温度过高或保温时间过长。 (2)钎料安置不当以致未起毛细作用。 (3)局部间隙过大。 6.母材被溶蚀产生原因: (1)钎焊温度过高,保温时间过长。 (2)母材与钎料之间的作用太剧烈。 (3)钎料量过大。
影响焊接质量因素
(四)钎焊常用的工艺方法 钎焊过程的主要工艺参数是钎焊温度和保温时间。钎焊温度通 常选为高于钎料液相线温度25 ^- 60 'C,以保证钎料能填满间隙。 钎焊保温时间视工件大小及钎料与母材相互作用的剧烈程度而 定。大件的保温时间应长些,以保证加热均匀。钎料与母材作用强 烈的,保温时间要短。一般说来,一定的保温时间是促使钎料与母 材相互扩散,形成牢固结合所必需的。但过长的保温时间将导致熔 蚀等缺陷的发生。钎焊前的表面清理改善钎料在硬质合金上的润湿 性是很重要的,必要时还可采取表面镀铜或镀镍等措施。 硬质合金钎焊中的接头易产生裂纹。这是因为它的线膨胀系数 仅为低碳钢的一半,当硬质合金与这类钢的基体钎焊时,会在接头 中产生很大的热应力,从而导致接头的开裂。因此,硬质合金与不 同材料钎焊时,应设法采取防裂措施硬质合金刀片与钢制刀杆钎焊 时,宜采取加大钎缝间隙和在钎缝中施加塑性补偿垫片的方法,并 在焊后进行缓冷,以减小钎焊应力,防止裂纹产生,延长硬质合金 刀具组件的使用寿命。
焊接刀具基础知识
焊接车刀的焊接方法 影响因素 保温措施 使用时应注意的事项 以及保养方法
影响焊接质量因素
一)钎料的润湿与铺展 钎焊时,只有熔化的液体钎料很好地润湿母材表面才能 填满钎缝。衡量钎料对母材润湿能力的大小,可用钎料(液 相)与母材(固相)相接触时的接触夹角大小来表示。影响 钎料润湿母材的主要因素有: 1.钎料和母材的成份 若钎料与母材在固态和液态下均不发生物理化学作用, 则他们之间的润湿作用就很差,如铅与铁。若钎料与母材能 相互溶解或形成化合物,则认为钎料能较好地润湿母材,例 如银对铜。 2.钎焊温度 钎焊加热温度的升高,由于钎料表面张力下降等原因会 改善钎料对母材的润湿性,但钎焊温度不能过高,否则会造 成钎料流失,晶粒长大等缺陷。
硬质合金刀具基础知识

硬质合金刀具材料基础知识浏览:文章来源:中国刀具信息网添加人:阿刀添加时间:2011-01-31硬质合金是使用最广泛的一类高速加工(HSM)刀具材料,此类材料是通过粉末冶金工艺生产的,由硬质碳化物(通常为碳化钨WC)颗粒和质地较软的金属结合剂组成。
目前,有数百种不同成分的WC基硬质合金,它们中大部分都采用钴(Co)作为结合剂,镍(Ni)和铬(Cr)也是常用的结合剂元素,另外还可以添加其他一些合金元素。
为什么有如此之多的硬质合金牌号?刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料?为了回答这些问题,首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。
硬度与韧性WC-Co硬质合金在兼具硬度和韧性方面具有独到优势。
碳化钨(WC)本身具有很高的硬度(超过刚玉或氧化铝),而且在工作温度升高时其硬度也很少下降。
但是,它缺乏足够的韧性,而这对于切削刀具是必不可少的性能。
为了利用碳化钨的高硬度,并改善其韧性,人们利用金属结合剂将碳化钨结合在一起,从而使这种材料既具有远远超过高速钢的硬度,同时又能够承受在大多数切削加工中的切削力。
此外,它还能承受高速加工所产生的切削高温。
如今,几乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂层,因此,基体材料的作用似乎显得不太重要了。
但实际上,正是WC-Co材料的高弹性系数(衡量刚度的指标,WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍)为涂层提供了不变形的基底。
WC-Co基体还能提供所需要的韧性。
这些性能都是WC-Co材料的基本特性,但也可以在生产硬质合金粉体时,通过调整材料成分和微观结构而定制材料性能。
因此,刀具性能与特定加工的适配性在很大程度上取决于最初的制粉工艺。
制粉工艺碳化钨粉是通过对钨(W)粉进行渗碳处理而获得的。
碳化钨粉的特性(尤其是其粒度)主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。
化学控制也至关重要,碳含量必须保持恒定(接近重量比为6.13%的理论配比值)。
为了通过后续工序来控制粉体粒度,可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。
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硬质合金刀具材料基础知识文章来源:中国刀具信息网添加人:阿刀硬质合金是使用最广泛的一类高速加工(HSM)刀具材料,此类材料是通过粉末冶金工艺生产的,由硬质碳化物(通常为碳化钨WC)颗粒和质地较软的金属结合剂组成。
目前,有数百种不同成分的WC基硬质合金,它们中大部分都采用钴(Co)作为结合剂,镍(Ni)和铬(Cr)也是常用的结合剂元素,另外还可以添加其他一些合金元素。
为什么有如此之多的硬质合金牌号?刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料?为了回答这些问题,首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。
硬度与韧性WC-Co硬质合金在兼具硬度和韧性方面具有独到优势。
碳化钨(WC)本身具有很高的硬度(超过刚玉或氧化铝),而且在工作温度升高时其硬度也很少下降。
但是,它缺乏足够的韧性,而这对于切削刀具是必不可少的性能。
为了利用碳化钨的高硬度,并改善其韧性,人们利用金属结合剂将碳化钨结合在一起,从而使这种材料既具有远远超过高速钢的硬度,同时又能够承受在大多数切削加工中的切削力。
此外,它还能承受高速加工所产生的切削高温。
如今,几乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂层,因此,基体材料的作用似乎显得不太重要了。
但实际上,正是WC-Co材料的高弹性系数(衡量刚度的指标,WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍)为涂层提供了不变形的基底。
WC-Co基体还能提供所需要的韧性。
这些性能都是WC-Co材料的基本特性,但也可以在生产硬质合金粉体时,通过调整材料成分和微观结构而定制材料性能。
因此,刀具性能与特定加工的适配性在很大程度上取决于最初的制粉工艺。
制粉工艺碳化钨粉是通过对钨(W)粉进行渗碳处理而获得的。
碳化钨粉的特性(尤其是其粒度)主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。
化学控制也至关重要,碳含量必须保持恒定(接近重量比为6.13%的理论配比值)。
为了通过后续工序来控制粉体粒度,可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。
不同的下游工艺条件和不同的最终加工用途需要采用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合,通过这些组合的变化,可以产生各种不同的碳化钨粉。
例如,碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种标准牌号的碳化钨粉,而根据用户要求定制的碳化钨粉品种可达标准牌号碳化钨粉的5倍以上。
在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料时,可以采用各种不同的组合方式。
最常用的钴含量为3%-25%(重量比),而在需要增强刀具抗腐蚀性的情况下,则需要加入镍和铬。
此外,还可以通过添加其他合金成分,进一步改良金属结合剂。
例如,在WC-Co硬质合金中添加钌,可在不降低其硬度的前提下显著提高其韧性。
增加结合剂的含量也可以提高硬质合金的韧性,但却会降低其硬度。
减小碳化钨颗粒的尺寸可以提高材料的硬度,但在烧结工艺中,碳化钨的粒度必须保持不变。
烧结时,碳化钨颗粒通过溶解再析出的过程结合和长大。
在实际烧结过程中,为了形成一种完全密实的材料,金属结合剂要变成液态(称为液相烧结)。
通过添加其他过渡金属碳化物,包括碳化钒(VC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和碳化铌(NbC),可以控制碳化钨颗粒的长大速度。
这些金属碳化物通常是在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨时加入,尽管碳化钒和碳化铬也可以在对碳化钨粉进行渗碳时形成。
利用回收的废旧硬质合金材料也可以生产牌号碳化钨粉料。
废旧硬质合金的回收和再利用在硬质合金行业已有很长历史,是该行业整个经济链的一个重要组成部分,它有助于降低材料成本、节约自然资源和避免对废弃材料进行无害化处置。
废旧硬质合金一般可通过APT(仲钨酸铵)工艺、锌回收工艺或通过粉碎后进行再利用。
这些“再生”碳化钨粉通常具有更好的、可预测的致密性,因为其表面积比直接通过钨渗碳工艺制成的碳化钨粉更小。
碳化钨粉与金属结合剂混合碾磨的加工条件也是至关重要的工艺参数。
两种最常用的碾磨技术是球磨和超微碾磨。
这两种工艺都能使碾磨的粉料均匀混合,并能减小颗粒尺寸。
为使以后压制的工件具有足够的强度,能保持工件形状,并使操作者或机械手能拿起工件进行操作,在碾磨时通常还需要添加一种有机结合剂。
这种结合剂的化学成分可以影响压制成工件的密度和强度。
为了有利于操作,最好添加高强度的结合剂,但这样会导致压制密度较低,并可能会产生硬块,造成在最后成品中存在缺陷。
完成碾磨后,通常会对粉料进行喷雾干燥,产生由有机结合剂凝聚在一起的自由流动团块。
通过调整有机结合剂的成分,可以根据需要定制这些团块的流动性和装料密度。
通过筛选出较粗或较细的颗粒,还可以进一步定制团块的粒度分布,以确保其在装入模腔时具有良好的流动性。
工件制造硬质合金工件可采用多种工艺方法成型。
根据工件的尺寸、形状复杂水平和生产批量,大部分切削刀片都是采用顶压和底压式刚性模具模压成型。
在每一次压制时,为了保持工件重量和尺寸的一致性,必须保证流入模腔的粉料量(质量和体积)都完全相同。
粉料的流动性主要通过团块的尺寸分布和有机结合剂的特性来控制。
通过在装入模腔的粉料上施加10-80ksi(千磅/平方英尺)的成型压力,就可以形成模压工件(或称“坯件”)。
即便在极高的成型压力下,坚硬的碳化钨颗粒也不会变形或破碎,而有机结合剂却被压入碳化钨颗粒之间的缝隙之中,从而起到固定颗粒位置的作用。
压力越高,碳化钨颗粒的结合就越紧密,工件的压制密度就越大。
牌号硬质合金粉料的模压特性可能各不相同,取决于金属结合剂的含量、碳化钨颗粒的尺寸和形状、形成团块的程度,以及有机结合剂的成分和添加量。
为了提供有关牌号硬质合金粉料压制特性的量化信息,通常由粉料生产商来设计构建模压密度与成型压力的对应关系。
这种信息可确保提供的粉料与刀具制造商的模压工艺协调一致。
大尺寸硬质合金工件或具有高长宽比的硬质合金工件(如立铣刀和钻头的刀杆)通常采用在一个柔性料袋中均衡压制牌号硬质合金粉料来制造。
虽然均衡压制法的生产周期比模压法要长一些,但刀具的制造成本较低,因此该方法更适合小批量生产。
这种工艺方法是将粉料装入料袋中,并将袋口密封,然后将装满粉料的料袋置于一个腔室中,通过液压装置施加30-60ksi的压力进行压制。
压制成的工件通常要在烧结之前加工成特定的几何形状。
料袋的尺寸被加大,以适应压紧过程中的工件收缩,并为磨削加工提供足够的余量。
由于工件在压制成型后要进行加工,因此对装料一致性的要求不像模压法那样严格,但是,仍然希望能保证每一次装入料袋的粉料量相同。
如果粉料的装料密度过小,就可能导致装入料袋的粉料不足,从而造成工件尺寸偏小而不得不报废。
如果粉料的装料密度过大,装入料袋的粉料过多,工件在压制成型后就需要加工去除更多的粉料。
尽管去除的多余粉料和报废的工件都可以回收再用,但这样做毕竟会降低生产效率。
硬质合金工件还可以利用挤出模或注射模进行成型加工。
挤出成型工艺更适合轴对称形状工件的大批量生产,而注射成型工艺通常用于复杂形状工件的大批量生产。
在这两种成型工艺中,牌号硬质合金粉末悬浮在有机结合剂中,结合剂赋予硬质合金混合料像牙膏那样的均匀一致性。
然后,混合料或者通过一个孔被挤出成型,或者被注入一个模腔中成型。
牌号硬质合金粉料的特性决定了混合料中粉末与结合剂的最佳比例,并对混合料通过挤出孔或注入模腔的流动性具有重要影响。
当工件通过模压法、均衡压制法、挤出模或注射模成型法成型后,在最终烧结阶段之前,需要从工件中去除有机结合剂。
烧结可以去除工件中的孔隙,使其变得完全(或基本上)密实。
在烧结时,压制成型的工件中的金属结合剂变成液体,但在毛细作用力和颗粒联系的共同作用下,工件仍然能够保持其形状。
在烧结后,工件的几何形状保持不变,但尺寸会缩小。
为了在烧结后得到所要求的工件尺寸,在设计刀具时就需要考虑其收缩率。
在设计用于制造每种刀具的牌号硬质合金粉料时,都必须保证其在适当压力下压紧时具有正确的收缩率。
几乎在所有情况下,都需要对烧结后的工件进行烧结后处理。
对切削刀具最基本的处理方式是刃磨切削刃。
许多刀具在烧结后还需要对其几何形状和尺寸进行磨削加工。
有些刀具需要磨削顶部和底部;另一些刀具则需要进行外周磨削(需要或无需刃磨切削刃)。
磨削产生的所有硬质合金磨屑都可以回收再利用。
工件涂层在许多情况下,成品工件需要进行涂层。
涂层能够提供润滑性和增加硬度,还能为基体提供扩散屏障,使其暴露于高温下时可防止氧化。
硬质合金基体对于涂层的性能至关重要。
除了定制基体粉料的主要特性以外,还可以通过化学选择和改变烧结方法定制基体的表面特性。
通过钴的迁移,可在刀片表面最外层20-30μm厚度内富集相对于工件其余部位更多的钴,从而赋予基体表层更好的强韧性,使其具有较强的抗变形能力。
刀具制造商基于自己的制造工艺(如脱蜡方法、加热速度、烧结时间、温度和渗碳电压),可能会对使用的牌号硬质合金粉料提出一些特殊要求。
有些刀具制造商可能是在真空炉中烧结工件,而另一些刀具制造商则可能使用热等静压(HIP)烧结炉(它是在工艺循环临近结束时才对工件加压,以消除任何残留孔隙)。
在真空炉中烧结的工件可能还需要通过另外的工序进行热等静压处理,以提高工件密度。
有些刀具制造商可能会采用较高的真空烧结温度,以提高具有较低钴含量混合料的烧结密度,但这种方法可能会使其显微结构变得粗大。
为了保持细小的晶粒尺寸,可以选用碳化钨颗粒尺寸较小的粉料。
为了与特定的生产设备相匹配,脱蜡条件和渗碳电压对硬质合金粉料中碳含量的高低也有不同的要求。
所有这些因素都会对烧结出的硬质合金刀具的显微结构和材料性能产生至关重要的影响,因此,在刀具制造商与粉料提供商之间需要进行密切的沟通,以确保根据刀具制造商的生产工艺定制牌号硬质合金粉料。
因此,有数百种不同的硬质合金粉料牌号也就不足为奇了。
例如,ATI Alldyne 公司生产的不同粉料牌号就超过600种,其中每一种牌号都是针对目标用户和特定用途而专门设计的。
牌号分类不同种类的碳化钨粉、混合料成分和金属结合剂含量、晶粒长大抑制剂的类型和用量等的组合变化,构成了形形色色的硬质合金牌号。
这些参数将决定硬质合金的显微结构及其特性。
某些特定的性能组合已成为一些特定加工用途的首选,从而使对多种硬质合金牌号进行分类具有了意义。
两种最常用的、面向加工用途的硬质合金分类体系分别为C牌号体系和ISO牌号体系。
尽管这两种体系都不能完全反映影响硬质合金牌号选择的材料特性,但它们提供了一个探讨的起点。
对于每种分类法,许多制造商都有它们自己的特殊牌号,由此产生了形形色色、五花八门的各种硬质合金牌号硬质合金牌号还可以按照成分来分类。
碳化钨(WC)牌号可分为三种基本类型:单纯型、微晶型和合金型。
单纯型牌号主要由碳化钨和钴结合剂构成,但其中也可能含有少量晶粒长大抑制剂。