硬质合金的性能特点,硬质合金的分类和热处理知识讲解
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2024-03-18
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硬质合金是指将一种或多种难熔金属硬碳化物和黏结剂金属,通过粉末冶金工艺生产的一类合金材料。即将高硬度、难熔的碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)等和钴(Co)、镍(Ni)等黏结剂金属,经制粉、配料(按一定比例混合)、压制成形,再通过高温烧结制成。
一、硬质合金的性能特点
1.硬度高、红硬性高、耐磨性好的硬质合金,在室温下的硬度可达86~93 HRA,在900~1000温度下仍然有较高的硬度,故硬质合金刀具在使用时,其切削速度、耐磨性及寿命均比高速钢显著提高。
2.抗压强度比高速钢高,但抗弯强度只有高速钢的1/3~1/2,韧性差,约为淬火钢的30%~50%。
二、硬质合金的分类
1.钨钴类硬质合金(K类硬质合金)
主要成分为碳化钨及钴。其牌号用YG+数字表示,数字表示含钴量的百分数。例如YG8表示钨钴类硬质合金,含钴量为8%。
2.钨钴钛类硬质合金(P类硬质合金)
主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。其牌号用YT+数字表示,数字表示碳化钛的百分数。例如YT5表示钨钴钛类硬质合金,含碳化钛5%。
硬质合金中,碳化物含量越多,钴含量越少,则合金的硬度、热硬性及耐磨性越高,合金的强度和韧性越低。含钴量相同时,YT类硬质合金由于碳化钛的加入,合金具有较高的硬度及耐磨性,同时,合金的表面会形成一层氧化薄膜,切削不易粘刀,具有较高的热硬性;但其强度和韧性比YG类硬质合金低。
3.钨钛钽(铌)类硬质合金(M类硬质合金)
以碳化钽或碳化铌取代YT类硬质合金中的一部分碳化钛制成。
由于加入碳化钽(碳化铌),显著提高了合金的热硬性,常用来加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。
牌号用YW+顺序号表示。如YW1、YW2等。
三、硬质合金的热处理
硬质合金的制作是将碳化钨与钴以一定的比例混合,加压成各种形状,然后半烧结。此烧结过程通常是在真空炉里进行。将其置于真空炉里完成烧结,此时之温度大约为摄氏一千三百至一千五百度之间。
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。
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硬质合金是指将一种或多种难熔金属硬碳化物和黏结剂金属,通过粉末冶金工艺生产的一类合金材料。即将高硬度、难熔的碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)等和钴(Co)、镍(Ni)等黏结剂金属,经制粉、配料(按一定比例混合)、压制成形,再通过高温烧结制成。
一、硬质合金的性能特点
1.硬度高、红硬性高、耐磨性好的硬质合金,在室温下的硬度可达86~93 HRA,在900~1000温度下仍然有较高的硬度,故硬质合金刀具在使用时,其切削速度、耐磨性及寿命均比高速钢显著提高。
2.抗压强度比高速钢高,但抗弯强度只有高速钢的1/3~1/2,韧性差,约为淬火钢的30%~50%。
二、硬质合金的分类
1.钨钴类硬质合金(K类硬质合金)
主要成分为碳化钨及钴。其牌号用YG+数字表示,数字表示含钴量的百分数。例如YG8表示钨钴类硬质合金,含钴量为8%。
2.钨钴钛类硬质合金(P类硬质合金)
主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。其牌号用YT+数字表示,数字表示碳化钛的百分数。例如YT5表示钨钴钛类硬质合金,含碳化钛5%。
硬质合金中,碳化物含量越多,钴含量越少,则合金的硬度、热硬性及耐磨性越高,合金的强度和韧性越低。含钴量相同时,YT类硬质合金由于碳化钛的加入,合金具有较高的硬度及耐磨性,同时,合金的表面会形成一层氧化薄膜,切削不易粘刀,具有较高的热硬性;但其强度和韧性比YG类硬质合金低。
3.钨钛钽(铌)类硬质合金(M类硬质合金)
以碳化钽或碳化铌取代YT类硬质合金中的一部分碳化钛制成。
由于加入碳化钽(碳化铌),显著提高了合金的热硬性,常用来加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。
牌号用YW+顺序号表示。如YW1、YW2等。
三、硬质合金的热处理
硬质合金的制作是将碳化钨与钴以一定的比例混合,加压成各种形状,然后半烧结。此烧结过程通常是在真空炉里进行。将其置于真空炉里完成烧结,此时之温度大约为摄氏一千三百至一千五百度之间。
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。
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