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硬質(zhì)合金刀具材料性質(zhì)
發(fā)布日期:2013-03-09
作者:株洲三鑫

隨著(zhù)科技的發(fā)展,對硬質(zhì)刀具的實(shí)用也越來(lái)越廣泛,而對于硬質(zhì)刀具的研究上,也會(huì )越來(lái)越先進(jìn),在材料的選擇,合金成為了最主要的因素。刀具的發(fā)展方向將是發(fā)展和應用新的刀具材料;進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù),在高韌性高強度的基體上沉積更高硬度的涂層,更好地解決刀具材料硬度與強度間的矛盾;進(jìn)一步發(fā)展可轉位刀具的結構;提高刀具的制造精度,減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別,并使刀具的使用實(shí)現最佳化。


硬質(zhì)合金的介紹

1、硬質(zhì)合金刀具的種類(lèi)
按晶粒大小區分,硬質(zhì)合金可分為普通硬質(zhì)合金、細晶粒硬質(zhì)合金和超細晶粒硬質(zhì)合金。按主要化學(xué)成分區分,硬質(zhì)合金可分為碳化鎢基硬質(zhì)合金和碳化鈦基硬質(zhì)合金。碳化鎢基硬質(zhì)合金包括鎢鈷類(lèi)(YG)、鎢鈷鈦類(lèi)(YT)和添加稀有碳化類(lèi)(YW)三類(lèi),它們各有優(yōu)缺點(diǎn),主要成分為碳化鎢(WC)、碳化鈦(Tic)、碳化鈮(NbC)等常用的金屬粘接相是Co。碳化鈦基硬質(zhì)合金是以Tic為主要成分的硬質(zhì)合金,常用的金屬粘接相Mo和Ni。


2、硬質(zhì)合金刀具的歷史
刀具的發(fā)展在人類(lèi)進(jìn)步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前28~前20世紀,就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰國后期(公元前三世紀),由于掌握了滲碳技術(shù),制成了銅質(zhì)刀具。當時(shí)的鉆頭和鋸,與現代的扁鉆和鋸已有些相似之處。
然而,刀具的快速發(fā)展是在18世紀后期,伴隨蒸汽機等機器的發(fā)展而來(lái)的。1783年,法國的勒內首先制出銑刀。1792年,英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明最早的文獻記載是在1822年,但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。
1923年,德國的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進(jìn)10%~20%的鈷做粘結劑,發(fā)明了碳化鎢和鈷的新合金,硬度僅次于金剛石,這是世界上人工制成的第一種硬質(zhì)合金。用這種合金制成的刀具切削鋼材時(shí),刀刃會(huì )很快磨損,甚至刃口崩裂。1929年美國的施瓦茨科夫在原有成分中加進(jìn)了一定量的碳化鎢和碳化鈦的復式碳化物,改善了刀具切削鋼材的性能。這是硬質(zhì)合金發(fā)展史上的又一成就。
近二十年來(lái),涂層硬質(zhì)合金也問(wèn)世了。1969年瑞典研制成功了碳化鈦涂層刀具,刀具的基體是鎢鈦鈷硬質(zhì)合金或鎢鈷硬質(zhì)合金,表面碳化鈦涂層的厚度不過(guò)幾微米,但是與同牌號的合金刀具相比,使用壽命延長(cháng)了3倍,切削速度提高25%~50%。20世紀70年代已出現第四代涂層工具,可用來(lái)切削很難加工的材料。

3、硬質(zhì)合金刀具的性能

硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下也基本保持不變,在1000℃時(shí)仍有很高的硬度。硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料,如車(chē)刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等,用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材,也可以用來(lái)切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料?,F在新型硬質(zhì)合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數百倍。

4、硬質(zhì)合金刀具的用途
硬質(zhì)合金還可用來(lái)制作鑿巖工具、采掘工具、鉆探工具、測量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯里、精密軸承、噴嘴、五金模具(如拉絲模具、螺栓模具、螺母模具、以及各種緊固件模具,硬質(zhì)合金的優(yōu)良性能逐步替代了以前的鋼鐵模具)。

5、硬質(zhì)合金刀具的選擇

在選擇刀具的角度時(shí),需要考慮多種因素的影響,如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)(粗、精加工)等,必須根據具體情況合理選擇。通常講的刀具角度,是指制造和測量用的標注角度在實(shí)際工作時(shí),由于刀具的安裝位置不同和切削運動(dòng)方向的改變,實(shí)際工作的角度和標注的角度有所不同,但通常相差很小制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性,必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學(xué)惰性,良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等),并不易變形。

通常當材料硬度高時(shí),耐磨性也高;抗彎強度高時(shí),沖擊韌性也高。但材料硬度越高,其抗彎強度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性,以及良好的可加工性,現代仍是應用最廣的刀具材料,其次是硬質(zhì)合金。

聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等;聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬,及合金、塑料和玻璃鋼等;碳素工具鋼和合金工具鋼現在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。

硬質(zhì)合金可轉位刀片現在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具,也可用于高速鋼刀具,如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴散和熱傳導的障壁,使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢,涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1~3倍以上
由于在高溫、高壓、高速下,和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件,其應用的難加工材料越來(lái)越多,切削加工的自動(dòng)化水平和對加工精度的要求越來(lái)越高。

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