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      新型硬質(zhì)合金—添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金

      2009年05月18日 10:54 8018次瀏覽 來源:   分類: 硬質(zhì)合金

        1  概述
        高速鋼只能承受600℃以下的溫度。高速鋼刀具受耐熱性的限制,切削速度不能過高,只在20~25m/min左右,故其切削效率尚處于較低的水平。高速鋼的硬度僅為HRC62~65,不能切削淬硬鋼和冷硬鑄鐵。硬質(zhì)合金刀具材料的問世,使切削加工水平出現(xiàn)了一個飛躍。硬質(zhì)合金刀具能實現(xiàn)高速切削與硬切削。

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        硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物粉末(WC、TiC等),用鈷或鎳等金屬作粘結(jié)劑壓坯、燒結(jié)而成的粉末冶金制品。其中,高硬度、耐高溫的碳化物比高速鋼耍多得多,故能承受很高的切削濕度,允許采用很高的切削速度。但由于硬質(zhì)臺金的可加工性差,且較脆,過去主要只用于車刀和面銑刀,近年來已擴展到整體和鑲齒的鉆頭、鉸刀、立銑刀、三面刃銑刀和螺紋、齒輪刀具等。WC、TiC的常溫硬度分別為HV1780和3200,熔點分別為2900℃和3200℃。這些性能劉切削難加工材料和提高加工效率非常有用。
        德國是世界上首先生產(chǎn)硬質(zhì)合金的國家,1923年用粉末冶金法研制成功鎢鈷合金(WC+Co),1931年又制成鎢鈦鈷類合金(WC+TiC+Co)。到20世紀30年代中后期,美國、日本、英國、瑞典均能生產(chǎn)硬質(zhì)合金。第二次世界大戰(zhàn)期間,硬質(zhì)合金刀具已開始應(yīng)用。戰(zhàn)后50年來,硬質(zhì)合金作為刀具,模具和耐磨件材料,得到突飛猛進的發(fā)展。品種繁多,質(zhì)量不斷提高。在刀具方面,硬質(zhì)合金成為與高速鋼并駕齊驅(qū)的最主要的刀具材料。與高速鋼相比,硬質(zhì)合金的種類和牌號非常多,因此對它的合理選擇和應(yīng)用應(yīng)給予足夠的重視。
        在20世紀50年代初、中期,我國引進前蘇聯(lián)技術(shù),建成了株洲硬質(zhì)合金廠;后來又建成了自貢硬質(zhì)合金廠。當時,作為刀具材料的產(chǎn)品比較單調(diào),只有切削鋼材的鎢鈦鈷系列—YT5、YT14、YT15、YT30和切削鑄鐵與有色金屬的鎢鈷系列—YG8、YG6、YG3。隨著科技事業(yè)的發(fā)展,各種難加工材料不斷涌現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用,用上述普通硬質(zhì)合金牌號作為刀具切削各種難加工材料已不能滿足全部要求,于是我國硬質(zhì)合金工業(yè)大力發(fā)展研制技術(shù),生產(chǎn)出多種新型硬質(zhì)合金。第一是采用高純度的原料,如采用雜質(zhì)含量低的鎢精礦及高純度的三氧化鎢等;第二是采用先進工藝,如以真空燒結(jié)代替氫氣燒結(jié),以石蠟工藝代替橡膠工藝,以噴霧或真空干燥工藝代替蒸汽干燥工藝;第三是改變合金的化學(xué)組分;第四是調(diào)整合金的結(jié)構(gòu);第五是采用表面涂層技術(shù)。
        新型硬質(zhì)合金分為五大類,即
        (1)添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金;
        (2)細晶粒與超細晶粒硬質(zhì)合金;
        (3)Ti(C,N)基與TiC基硬質(zhì)合金;
        (4)表面涂層硬質(zhì)合金;
        (5)添加稀土元素硬質(zhì)合金。
        本文介紹添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金。其余四類將陸續(xù)閘述。

        2  添加鉭、鈮硬質(zhì)合金的類別與性能
        硬質(zhì)合金中添加TaC、NbC后,能夠有效提高常溫硬度、高溫強度和高溫硬度,細化晶粒,提高抗擴散和抗氧化磨損的能力,從而提高了耐磨性。此外還能增強抗塑性變形的能力。因此,切削性能得以改善。通常使用添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金,是為了提高硬質(zhì)合金的耐磨陛、抗沖擊能力和使用中的通用性。
        添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金分為兩大類:
        (1)WC+Ta(Nb)C+Co類  即在在YC類合金的基礎(chǔ)上又加入了TaC、NbC。如株洲硬質(zhì)合金廠研制的YG6A和YG8N就屬于這類合金(表1)。YG6A和YG8N的耐磨性與抗沖擊性均優(yōu)于YG6和YG8。這類合金主要用于加工鑄鐵和有色金屬。
        (2)WC+TiC+Ta(Nb)C+Co類  即在YT類合金的基礎(chǔ)上又加入了TaC、NbC,用以加工鋼料。個別牌號也能加工鑄鐵。這類合金品種繁多,但歸納起來可分為三種:①通用類:TiC含量為4~10%,TaC、NbC含量為4~8%,Co含量為6~8%,綜合性能較好,適用范圍寬,既可加工鋼材,又可以加工鑄鐵和有色金屬,但其單項性能指標并不比普通的YT、YG合金強。YWl、YW2、YW3等牌號就是通用類合金(見表1)。②銑削牌號類:TiC含量~般少于10%,TaC含量高達10~14%,Co含量亦達10%,主要用于銑刀。添加較多的TaC后,能有效地提高合金的抗機械沖擊和抗熱裂的性能;配以較高的含Co量,抗彎強度亦高。株洲硬質(zhì)合金廠的YS30、YS25、YDS15及自貢硬質(zhì)合金廠的YT798屬于此類合金(表1),③高碳化鈦添加TaC、NbC類:TiC含量一般在10%以上(個別的有低于10%者),直到30%。添加TaC、NbC約5%以下,可用以替代各個等級的YT類普通合金,耐磨性能顯著提高。株洲硬質(zhì)合金廠的YT30+TaC和自貢硬質(zhì)合金廠的YT712、YT715等都屬于這類合金(表1)。

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        注:除YT798、YT712、YT715為自貢硬質(zhì)合金廠產(chǎn)品外,其余牌號均為株洲硬質(zhì)合金廠產(chǎn)品,但YW1、YW2兩廠都生產(chǎn)。
        除添加加TaC、NbC外,有些新型埂質(zhì)合金還添加了Cr3C2、VC和W粉、Nb粉等。Cr3C2和VC的加入,可以抑制合金晶粒長大,W粉和Nb粉則可強化粘結(jié)相。
        株洲硬質(zhì)合金廠和自貢硬質(zhì)合金廠近年在引進外國設(shè)備與技術(shù)后,又分別建立了添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金新系列,如表2、表3所示。

      新聞圖片20094181049301242614970984_6501.jpg

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        *YC25S 亦屬于銑削牌號。
        添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金牌號最多,令人眼花繚亂。然而根據(jù)P,M,K的國際類別與級別,是不難理解和選用的。
        3  切削實驗
        作者用普通未加Ta,Nb的硬質(zhì)合金YT15(P10)切削高強度鋼60Si2Mn(調(diào)質(zhì),HRC39~42),與P10+Ta,Nb硬質(zhì)合金作對比,切削用量αp=1mm,f=0.2mm/r,刀具幾何參數(shù)γ0=4°,α0=8°,κr=45°,rE=0.8mm,λs=-4°。其刀具磨損曲線及T-ν曲線如圖l、圖2所示。

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        T-ν曲線的Taylor方程如下:
        ν=174.7/T0.12 m/min   (YT15)
        ν=176.2/T0.11 m/min  (P10+Ta,Nb)
        作者又用未添加Ta的P01硬質(zhì)合金切削60Si2Mn高強度鋼,與YT30(P01)+TaC硬質(zhì)合金作對比,αp=0.5mm,f=0.2mm/r,ν=115m/min,刀具幾何參數(shù)同上。其刀具磨損曲線見圖3。
        由圖1~3可見,在添加Ta,Nb后,硬質(zhì)合金刀片的耐磨性與使用壽命均有顯著的提高。

       

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      責(zé)任編輯:劉征

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