材料科学
超细硬质合金混合料的制备与制粒技术①
张立1② Schubert W.D.2 黄伯云1
(1.中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙,410083)
(2.Institute of Chemical Technologies and Analy tics,Vienna University of Technology,
Getreidem arkt9/164-CT,A-1060Vienna,Austria)
摘 要 超细硬质合金因为具有较好的综合性能,其应用领域正在不断扩大,因此超细
硬质合金的研究是当前硬质合金研究领域的一大热点。原料、工艺与设备是超细硬质
合金制备过程中的三个关键点,如果没有较好地解决超细硬质合金制备过程中的工艺
问题,即使采用最先进的设备也无法生产出性能优异的合金。本文介绍了作者新近开
发的超细硬质合金混合料的制备与制粒技术,采用这种技术可以制备平均粒度小于0.
3mm的球形料粒,而且成球率大于90%,因而较好地解决了超细硬质合金混合料的模
压成形问题。
关键词 超细硬质合金 湿磨介质 制粒技术 模压成形 生产工艺
1 前 言
近十年来,国际上在硬质合金超细原料与超细硬质合金的研究方面取得了令人瞩目的进展[1～3]。目前,一些世界著名的硬质合金生产企业,像Sand-vik AB[4],Konrad Friedrichs KG[5],Widia Valenite GmbH[2,3],Kennametal Inc.,M itsubishi M aterials Corporation,Sumitomo Electric Carbide Inc.,Toshi-ba Tungaloy Co.Ltd等,已能以工业规模生产合金晶粒度为0.2μm左右的纳米硬质合金(按照1999年Sandvik公司公布的硬质合金分类标准[4],合金晶粒度在0.1μm～0.3μm的硬质合金属于纳米硬质合金)。2000年,亚微、超细、纳米硬质合金的世界总产量达11500～12500吨,占硬质合金世界总产量的大约40%[2,3]。然而,我国在超细硬质合金的生产技术方面与世界著名的硬质合金公司相比尚存在较大差距。
要获得组织结构均匀,具有较好综合性能的超细硬质合金,第一个要解决的问题是原料问题,其次是混合料的制备、制粒以及成形技术问题。如果没有较好地解决超细硬质合金制备过程中的工艺问题,即使采用最先进的设备也无法生产出性能优异的合金[2,3]。事实上,混合料的制备、制粒与制粒料的成形性能三者之间是密切相关的。本文将对作者新近开发的超细硬质合金混合料的制备与制粒技术进行介绍。
2 研究思路与知识背景
超细颗粒在液体介质中的分散包括以下3个过程[6]:(a)超细颗粒在液体介质中的润湿;(b)团聚体在机械力的作用下被分散成独立的原生粒子或较小的团聚体;(c)将一次颗粒或较小的团聚体稳定,阻止再次发生团聚。
超细颗粒因具有巨大的表面积和较高的表面能,产生团聚的倾向是很大的。因此,在超细硬质合金的湿磨过程中,若不采取适当的措施阻止原生粒子(一次颗粒)的再次团聚,混合料的破碎与混合效
第20卷第3期Vol.20 No.3
硬 质 合 金
CE MEN TED CARBIDE
2003年9月
Sep.2003
①
②作者简介:张立,女(1965-),高级工程师,博士研究生,主要从事难熔金属与硬质合金的研究。
国家留学基金委资助。
率将大受影响。使原生粒子或较小的团聚体在悬浮液中稳定的手段主要有:
(1)离子稳定[7]
在液体中加入某些电解质,这些电解质电解后产生的离子对原生粒子产生选择性吸附,使粒子带正电荷或负电荷。两个带有同种电荷的粒子在布朗运动过程中会产生排斥作用,阻止凝聚发生。
(2)表面活性剂稳定[8]
表面活性剂在粒子外围形成一薄壳层,这一薄壳层增大了两粒子之间的距离,减少了范德华引力的相互作用,从而使分散体系得以稳定。在实践过程中,通过选择适当的表面活性剂,使粒子在悬浮液中稳定常常非常有效。
(3)高分子稳定[9]
高分子能够在粒子表面形成一吸附层,减少范德华力的作用,同时,这种高分子聚合物在粒子表面吸附还会产生一种新的排斥力-空间位阻斥力。吸附了高分子的粒子在相互接近时会产生两种情况: (a)吸附层被压缩而不发生相互渗透;(b)吸附层能
发生相互渗透与相互重叠。
这两种情况都将导致体系能量升高,自由能增大。第一种情况由于高分子失去结构熵而产生熵斥力位能;第二种情况由于重叠区域浓度升高而产生渗透斥力位能和混合斥力位能。因此,吸附高分子的原生粒子如果再发生团聚将非常困难。
湿磨过程中,随着湿磨时间的延长,粉末不断被破碎,使得散布在研磨介质中的原生粒子与较小的粉末团聚体数量不断增加,湿磨介质的粘度发生变化。在湿磨早期阶段,湿磨介质与粉末各为体系,分散明显,相互之间的作用不明显;随着湿磨时间的延长,粉末粒度不断减小,湿磨料浆可以被看作是悬浮液。此时,如果因湿磨介质而产生的静电排斥力不足以阻止粉末颗粒的再次团聚和料浆粘度的增加,就会降低研磨球与粉末碰撞的速度,减少撞击粉末的能量和频率,使研磨效率降低[10,11]。在一定的工艺条件下,如果湿磨过程中粉末颗粒之间受到的静电斥力作用较大,则粉末在湿磨介质中保持悬浮的倾向就会大于其团聚的倾向,有利于提高研磨效率。极性液体能够在粉末颗粒周围形成相似的电极电位层,使粉末颗粒之间产生排斥力。然而,在不同的湿磨介质中,粉末颗粒之间所产生的排斥力是不同的,因此湿磨介质的选择对制备超细硬质合金混合料是
非常重要的,在这一方面,人们往往对其重要性没有引起足够地重视。
3 实验过程
选择WC-20Co-1Y2O3硬质合金作为研究对象,其选择原因,本文作者在《热压固结与传统液相烧结对WC-20Co-1Y2O3硬质合金组织结构与性能的影响》(待发表)一文中已作详细介绍。
3.1 WC粉
WC粉由奥地利的Wolfram Bergbau-u.Hǜtten-GmbH提供。费氏粒度FSSS为0.51μm,总碳为6.09%,其扫描电镜形貌见图1。
3.2 Co粉
Co粉由德国的H.C.Starck GmbH提供。费氏粒度FSSS为0.93μm,Scott密度为14.3g/inch3,其扫描电镜形貌见图2。
3.3 Y2O3粉
Y2O3粉由德国的H.C.Starck Gm bH提供。单颗粒尺寸为(15～20)nm,聚集体尺寸约为100nm。
图1 原料WC粉的形貌
图2 原料Co粉的形貌
·
130
·硬 质 合 金 第20卷
由图1和图2可知,原料WC粉和Co粉的粒度分布是很均匀的,但是这两种原料都存在团聚现象。因为超细粉末的团聚现象一般都比较严重,因此在湿磨过程中,只有完全破坏并分散这种团聚,才能保证粉末组元之间的有效混合,这是获得组织结构均匀的合金的前提条件之一。
为了较好地控制超细混合料制备过程中的增氧,在湿磨混料过程中加入成型剂。基于上面已谈到的湿磨介质对超细混合料制备过程中的重要性,我们对湿磨介质进行了严格地筛选。最后优选出了一种由两种以上的有机溶液组成的混合介质,这种混合介质可以保证成型剂在介质中的溶解度不受温度的影响,即能保证室温下成型剂在其中的溶解度为100%,此外,采用这种混合介质,混合料的质量对空气湿度的变化不敏感(这一点,对我国南方地区的硬质合金生产企业来讲,非常重要)。
在欧洲、美国、日本等比较发达的国家与地区,硬质合金企业通常采用喷雾制粒工艺对合金混合料进行制粒。喷雾制粒的设备投资比较大,而且不适合于小批量生产。在我们的实验中,我们采用了一种三维运动的制粒机对混合料进行制粒。
4 实验结果
4.1 出料时混合料状态观察
在同样的液固比与球料比条件下,采用混合湿磨介质与采用单一的常规湿磨介质制备的混合料相比,混合介质制备的混合料呈现均匀的胶体状况,料浆的粘度均匀,不存在单一湿磨介质制备的混合料浆常呈现的局部团聚、粘度不均匀现象。在料浆冲洗过程中发现,采用混合介质,硬质合金研磨球上粘附的料很容易从球上冲洗下来,研磨球表面光洁明亮,而采用单一研磨介质很难达到这种效果。
4.2 制粒时间对料粒状况的影响
在我们的实验条件下,发现当制粒时间为30分钟时,混合料成粒比例达90%以上,继续延长制粒时间,发现球粒直径增长速度很慢,即继续延长制粒时间,粒子大小对制粒时间不敏感,这将有利于工艺的稳定与质量控制。
4.3 制粒料形貌观察
在光学显微镜下观察了制粒时间为45分钟时制粒料的形貌,见图3
。
图3 制粒料的形貌与大小
在同样的放大倍数下,我们同时拍摄了用于定量金相分析的标尺照片,见图3的下半部分。由图3可见,料粒为球形,图中最大料粒的尺寸约为0. 3mm。由图中箭头所指的已破损的料粒形貌可以看出,料粒内的粉末是以微小的粉末团粒形式存在。从破损的料粒形貌来看,这种制粒料在成型过程中应该是容易变形的。获得粒度较小的球形制粒料对生产形状复杂、表面质量要求较高的产品非常重要,因为料粒太粗,容易产生麻面。要说明的是,采用本文所介绍的混合料的制备与制粒技术,通过选择混合料过筛时筛网的尺寸,可以调整制粒料的粒度。
混合料的制粒性能与湿磨介质的性能密切相关。因为本文所介绍的混合介质的组元之间能产生相互作用,同时,混合介质与成形剂之间也能产生相互作用,因此这种混合介质能产生表面活性剂稳定与高分稳定的作用。此外,因为这种混合介质是由多种极性物质混合而成,其内部具有大小不同的静电排斥力,能够形成多层次的电极电位层,有利于粉末的分散。采用这种湿磨混合介质,可以较好地阻止湿磨过程中颗粒的团聚,获得较好的研磨与分散效果,因而使混合料的制粒性能大大改善。
致谢
本文第一作者衷心感谢国家留学基金委对本人2002年3月至2003年2月在维也纳技术大学学习一年期间给予的经济资助。
·
131
·
第3期 张立等:超细硬质合金混合料的制备与制粒技术
参考文献
1 W .D .Schubert ,A .Bock ,B .Lux .General aspects and limits of conventional ultrafine WC powder manufacture and hardme t -al production .I nterna tio nal Journal of Refractory metals and Hard materials ,1995,13(5):281-296
2 G .G ille ,B .Szesny ,K .Dreyer ,et al .Submicron and ultrafine g rained hardme tals for microdrills and metal cutting inserts .15th I nternatio nal Plansee Seminar ,2001,V ol .2,733-7673 G .G ille ,B .Szesny ,K .Dreyer ,et al .Submicron and ultrafine g rained hardmetals for microdrills and metal cutting inser ts .In -ternational Journal of Refractory metals and Hard materials ,2002,20(1):3-22
4 http ://w ww .sandvik .com
5 http ://w ww .friedrichs -carbide .co m
6 T h .F .T adro s .Industrial applications of dispersions .Ad -vances in Colloid and Interface Science ,1993,46:1-477 R .O .James .Characterization of co lloids in aqueous sy stems .Advances in Ceramics ,1987,21:349-410
8 R .E .Johnson ,W .H .M arrison .Ceramic powder dispersion in nonaqueous sy stems .Advances in Ceramics ,1987,21:323-348
9 D .H .N apper .Polymeric Stabilization of Co lloidal Disper -sion .New York :Academic Press ,Inc .,1983,1
10 M .D .Sacks ,C .S .Khadilkar .Milling and suspension be -havio r of Al 2O 3in menthanol and methy l isobuty l keto ne .Jour -nal of the American Ceramic Society ,1983,66(7):488-49411 M .J .Wa tso n ,H .M .Chan .Effects of milling liquid on the reaction -bonded aluminum ox ide process .Journal of the Amer -ican Ceramic Society ,1998,81(8):2050-2060(收稿日期 2003—04—04)
Technology of Milling and Granulation of Ultrafine Cemented Carbide
Zhang Li 1 Schubert W .D .2
,Huang Baiy un 1
(1.State Key Laboratory for Powder M etallurgy ,Central South University ,Changsha ,Hunan ,410083,People 's Republic of China )(2.Institute of Chemical Technologies and Analy tics ,Vienna University of Technology ,
Getreidemarkt 9/164-CT ,A -1060Vienna ,Austria )
ABSTRAC T
Ultrafine cemented carbides have become one of the focus of the research of cemented carbide because of their unique co mprehen -sive proper ties and increasing application fields .Raw materials ,productio n techno logies and equipments are the three key issues in the production of ultrafine cemented carbides .How ever ,without optimized production technologies ,advanced equipments are not sufficient to provide hig h perfo rmance ultrafine cemented carbide .In this paper ,technolog y of milling and granulatio n of ultrafine cemented car -bide developed by the authors recently is introduced .With this technology ,the granulated ball -shape par ticles with average diame ter of less than 0.3mm can be obtained ,among the granulated particles more than 90%is in the shape of ball ,and thus the difficulties in -pressing par ts with complicated geometries and shapes can be solv ed .
KEY W ORDS ultrafine cemented carbide ,w et milling liquid ,g ranulatio n ,pressing ,production technology
硬质合金耐磨零件的热压
传统用于烧结性能不良、粘结剂含量低的牌号的大零件,特别是对于无粘结剂陶瓷,热压工艺是硬质合金工艺中昂贵的、几乎“最后采取”的工艺。在电加热的石墨模中,将压制和烧结结合起来,整个烧结阶段过
程中一直保持压力,导致收缩完全按轴向(压制)方向进行。因此模具可按最终零件尺寸制得,而无需考虑牌号成分、不会出现放射状收缩。
(佘建芳 供稿)
·132·硬 质 合 金 第20卷
硬质合金刀具的涂层技术 [ 摘要]切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来 的材料表面改性技术。采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命, 使刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率。主 要介绍涂层硬质合金刀具涂层材料的特点、要求，涂层制备技术，分 析化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD)，单、复合涂层 制备方法及优缺点。 [关键字] 硬质合金涂层刀具;化学气相沉积法;物理气相沉积法; 现状及发展 引言 现代化的金属切削加工要求刀具具有高切削速度、高进给速度、 高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性。因此, 高水平、稳 定的刀具涂层技术越来越受到机械加工企业的青睐。。涂层技术是提 高切削效率, 降低加工成本的有效途径。刀具基体与硬质薄膜表层相 结合, 由于基体保持了良好的韧性和较高的强度, 硬质薄膜表层又 具有高耐磨性和低摩擦因数, 从而使刀具的性能显著提高, 而且, 随着涂层技术设备的日趋集成化、模块化和智能化, 涂层费用已比初 期下降1/2~ 2/3, 涂层刀具在刀具总量中所占的比例将会越来越大。 表面涂层硬质合金在基体硬质合金上, 用（CVD）化学气相沉积, 或（PVD）物理气相沉积等方法, 涂覆耐磨的TiC、TiN、Al2O3等薄 层, 形成表面涂层硬质合金。涂层硬质合金刀片均为可转位形式, 刚
机夹方法装夹在刀杆或刀体上使用。具有以下优点: 1) 表面涂层材 料具有很高的硬度和耐磨性, 故与未涂层刀片相比, 涂层硬质合金 可采用较高的切削速度, 或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀 具耐用度。2)涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小, 故切削力有一定减小, 比未涂层刀片约降低 5%左右。润滑薄膜具有良好的固 相润滑性能, 可有效地改善加工质量, 也适合于干式切削加工。3) 用涂层刀片加工, 已加工表面质量较好。 4) 涂层技术作为刀具制造的最终工序, 对刀具精度几乎没有影响, 并可进行重复涂层工艺。5)由于综合性能好, 涂层刀片有较好的通用性。一种牌号的刀片经常有较宽的适用范围。涂层切削刀具所带来的益处: 可大幅度提高切削刀具寿命; 有效地提高切削加工效率; 明显提高被加工工件的表面质量; 有效地减少刀具材料的消耗,降低加工成本; 减少冷却液的使用, 降低成本, 利于环境保护。 1 涂层材料的发展现状与趋势 1.1 涂层材料的特点 涂层的特点是涂层薄膜与刀具基体相结合, 提高刀具的耐磨性 而不降低基体的韧性, 从而降低刀具与工件的摩擦因数, 延长刀具 的使用寿命。此外, 由于涂层自身的热传导系数比刀具基体和加工材料低得多, 可以有效减少摩擦所产生的热量, 形成热屏蔽, 改变热 量的散失途经, 从而降低刀具与工件、刀具与切屑之间的热冲击和力冲击, 有效地改善了刀具的使用性能。 刀具涂层所起的作用表现为: 1) 在刀具与被切削材料之间形成
硬质合金的焊接方法 硬质合金的性能主要有密度、矫顽力、硬度、抗弯强度。为改善现有硬质合金的质量，要进一步发展新技术、新工艺、新设备和新材料。在新的工艺和新的设备方面，最近发展起来的有喷雾干燥，搅拌球磨等。在改进现有和寻找新材料方面，主要有涂层硬质合金、细晶硬质合金。 那么硬质合金的焊接方法包括以下几点： 1、焊接式切削刀具结构应具有足够的刚性足够的刚性是以最大允许的外形尺寸以及采用较高强度的钢号和热处理来保证. 2、硬质合金刀片应固定牢靠硬质合金焊接刀片应有足够的固定牢靠程度,它是靠刀槽及焊接质量来保证的,故要根据刀片形状及刀具几何参数选择刀片镶槽形状. 3、认真检查刀杆。 在将硬质合金刀片焊接至刀杆上以前须要对刀片,刀杆进行必要的检查,首先应检查刀片支承面不能有严重弯曲.硬质合金焊接面不得有严重渗碳层,同时还应将硬质合金刀片表面及刀杆镶槽中的污垢进行清除,以保证焊接牢靠. 4、合理选用焊料 为了保证焊接强度,应选择合适的焊料.在焊接过程中,应保证良好的湿润性和流动性,并排除气泡,使焊接与合金焊接面充分接触,无缺焊现象. 5、正确选择焊接用熔剂 建议采用工业硼砂,在使用前应在烘干炉中进行脱水处理,然后进行碾碎,过筛去除机械杂物,待用. 6、选用网状补偿垫片 在焊接高钛低钴细颗粒合金及焊接长而薄的合金刀片时,为减少焊接应力,建议采用厚度为0.2--0.5mm的薄片或网孔径2--3mm的网状补偿垫片进行焊接. 7、正确采用刃磨方法 由于硬质合金刀片脆性较大,对裂纹形成敏感性强,所以刀具在刃磨过程中应避免过热或急冷,同时还要选择合适粒度的砂轮及合理的磨削工艺,避免产生刃磨裂纹,影响刀具使用寿命. 8、正确安装刀具 在安装刀具时,刀头伸出刀架的长度应尽量小,否则,容易引起刀具震动,从而损坏合金片. 9、正确重磨、研磨刀具 刀具使用达到正常磨钝时,必须进行重磨,重磨后的刀具,一定要用油石对刃口及刀尖圆角进行研磨,这样会提高刀具的使用寿命及安全可靠性.
钨钢焊接技术分析 钨钢是具有高硬度和高强度的工具材料，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损耐用的特性，同时也具有很高的脆性，其抗冲击韧性不如一般常用合金钢材，因钨钢的提炼、制取及生产烧结工艺复杂，又因钨是稀有贵金属，属战略战备物资，是以其价格比常用合金钢材贵许多。鉴于此，人们着眼于成本的考虑，常将钨钢与其它常用钢材通过焊接的方法制成钨钢合金工具或是钨钢合金刀具和耐磨零件等。 钨钢与钢的焊接主要用于机械加工的刀具、刃具、模具、采掘工具和以耐磨作为主要性能的各种零部件，特点是可以节省大量的贵重金属，降低生产成本，提高零部件的使用寿命。钨钢工具和钨钢刀具在各工业部门已经得到广泛的应用，并收到了显著的效果，能显著提高生产效率和产品质量。一. 钨钢的焊接特点 钨钢主要用于制造刀具、量具、模具、采掘工具以及整体刀具等双金属结构。切削部分为钨钢，基体为碳素钢或低合金钢，通常为中碳钢。这类工件在工作时受到相当大的应力作用，特别是压缩弯曲、冲击或交变载荷，要求接头强度高、质量可靠。钨钢具有高硬度和耐磨性好的特点，但也存在脆性高、韧性差等缺点。大部分钨钢工具是用焊接的办法镶嵌在中碳钢或低合金钢基体上使用，焊接工艺与钨钢的使用性能密切相关，焊接性能的好坏直接影响到钨钢的使用效果。一般焊接性特点 钨钢含有较高含量的碳化物和合金元素，虽然可以进行焊接加工，但焊接时容易出现淬硬组织和裂纹。必须采取有效的工艺措施，才能获得满意的焊接接头。目前生产中钨钢与钢焊接常用的焊接方法有氧－乙炔火焰钎焊、真空钎焊、电弧焊、惰性气体保护焊、摩擦焊、等离子弧焊、真空扩散焊和电子束焊等。 钨钢与钢焊接时有如下的特点。 ①线膨胀系数与钎焊裂纹的关系钨钢的尺寸比较小，一般是固定在一个比较厚大的钢支撑材料上使用。钎焊是把钨钢和基体金属连接在一起的有效焊接方法。钨钢的线膨胀系数（4.1～7.0×10-6/℃）与普通钢的线膨胀系数（12×10－6℃－1）相比差别很大，钨钢只有钢的1/3～1/2左右。加热时钨钢和钢都自由膨胀，但冷却时钢的收缩量比钨钢大得多。此时焊缝处于受压力状态，而在钨钢表面上则承受拉应力。如果残余应力大于钨钢的抗拉强度时，钨钢的表面就可能产生裂纹。这是钨钢钎焊时产生裂纹的最主要原因之一。 ②硬度与裂纹敏感性的关系钨钢的硬度与耐磨性和焊接裂纹敏感性成正比，钨钢的硬度越高，钎焊时产生裂纹的可能性越大。而且，一般精加工或超精加工所用的钨钢，在钎焊时容易发生裂纹。根据不同牌号的钨钢的硬度和强度大小可以判断钨钢的焊接裂纹敏感性，由差到好的排列顺序如下 YG类 YG3X，YG3，YG4，YG6X，YG6，YG8，YG11，YG15 YT类 YT60，YT30，YW1，YT15（YW2），YT14，YT5 以上两类钨钢，从左至右表明硬度和耐磨性逐渐降低，而强度和韧性增加，钎焊裂纹发生的可能性减小。 ③焊接残余应力的影响焊接区域的残余应力是一种潜在的危害，尽管焊接后钨钢工件上不一定能马上发现裂纹，但在随后的刃磨、保管或使用过程中却容易产生裂纹，造成工具报废。
年产2000吨硬质合金混合料、400立项 投资融资项目 可行性研究报告 (典型案例〃仅供参考) 广州中撰企业投资咨询有限公司
地址：中国〃广州
目录 第一章年产2000吨硬质合金混合料、400项目概论 (1) 一、年产2000吨硬质合金混合料、400项目名称及承办单位 (1) 二、年产2000吨硬质合金混合料、400项目可行性研究报告委托编制单位 (1) 三、可行性研究的目的 (1) 四、可行性研究报告编制依据原则和范围 (2) （一）项目可行性报告编制依据 (2) （二）可行性研究报告编制原则 (2) （三）可行性研究报告编制范围 (4) 五、研究的主要过程 (5) 六、年产2000吨硬质合金混合料、400产品方案及建设规模 (6) 七、年产2000吨硬质合金混合料、400项目总投资估算 (6) 八、工艺技术装备方案的选择 (6) 九、项目实施进度建议 (6) 十、研究结论 (7) 十一、年产2000吨硬质合金混合料、400项目主要经济技术指标 (9) 项目主要经济技术指标一览表 (9) 第二章年产2000吨硬质合金混合料、400产品说明 (15) 第三章年产2000吨硬质合金混合料、400项目市场分析预测 (15) 第四章项目选址科学性分析 (15) 一、厂址的选择原则 (16) 二、厂址选择方案 (16) 四、选址用地权属性质类别及占地面积 (17) 五、项目用地利用指标 (17) 项目占地及建筑工程投资一览表 (18)
六、项目选址综合评价 (19) 第五章项目建设内容与建设规模 (19) 一、建设内容 (20) （一）土建工程 (20) （二）设备购臵 (20) 二、建设规模 (21) 第六章原辅材料供应及基本生产条件 (21) 一、原辅材料供应条件 (21) （一）主要原辅材料供应 (21) （二）原辅材料来源 (21) 原辅材料及能源供应情况一览表 (22) 二、基本生产条件 (23) 第七章工程技术方案 (24) 一、工艺技术方案的选用原则 (24) 二、工艺技术方案 (25) （一）工艺技术来源及特点 (25) （二）技术保障措施 (25) （三）产品生产工艺流程 (25) 年产2000吨硬质合金混合料、400生产工艺流程示意简图 (26) 三、设备的选择 (26) （一）设备配臵原则 (26) （二）设备配臵方案 (27) 主要设备投资明细表 (28) 第八章环境保护 (28) 一、环境保护设计依据 (29) 二、污染物的来源 (30) （一）年产2000吨硬质合金混合料、400项目建设期污染源 (30)
刀具涂层有哪些 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方 法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物（也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼 等超硬材料刀片上）而制备的。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩 散和化学反应，从而减少了基体的磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳 定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具寿命提高3~5倍 以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。 现状 涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。切削加工中 使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、 成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。 类别 涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具，涂层硬质合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料（金刚 石或立方氮化硼）刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀 片上的涂层是硬度较基体低的材料，目的是为了提高刀片表面的断裂韧度（可提高10%以 上），可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围。 新型涂层技术
Ti-Al-X-N新型涂层技术是利用气相沉积方法在高强度工具基体表面涂覆几微米高硬度、高耐磨性难熔Ti-Al-X-N涂层，从而达到减少刀具磨损，延长寿命，提高切削速度的目的。它是高档数控机床与基础制造装备国家重大专项课题取得的重要成果。 涂层方法 生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积（PVD) 法和化学气相沉积（CVD) 法。前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5μm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10μm，并且设备简单，涂层均匀。因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层（η相），导致刀片脆性破裂。 近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。国外还用PVD/CVD 相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法（等离子体化学气相沉积法）。即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下（涂覆温度已可降至180℃~200℃），使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼（CBN）超硬涂层特别有效。涂层材料 涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低，以及与基体附着牢固等要求。显然，单一的涂层材料很难满足上述各项要求。所以硬质涂层材料已由最初只能涂单一的TiC、TiN、Al2O3，进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段。新开发的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多层涂层与TiC、TiN、Al2O3等涂层的复合，加上新型的抗塑性变形基体，在改善涂层的韧性、涂层与基体
1.硬质合金 ?硬质合金是一种高生产率的工具材料，具有高硬度、高强度、耐磨损及良好的红硬 性等优异性能。用来制作刀具、模具、量具、采掘工具以及耐磨作为主要性能的各种零部件，在机械加工、地质勘探、矿山开采等工业领域得到广泛应用。 ?硬质合金价格昂贵且韧性差，使其难以生产较大尺寸、形状复杂的制品。而且许多 零件在使用时并不需要整体都用硬质合金制造，所以将硬质合金与韧性较好、强度较高、加工性能优异、廉价的钢连接起来具有重要的使用价值。 ?钎焊法是目前硬质合金与钢的主要焊接方法，近十年来，一些新的焊接方法如烧结 扩散焊、钨极惰性气体保护焊、激光焊等也在积极研究探索之中，将有可能在硬质合金的焊接中得到广泛的应用。 2.钎焊性 ?Ⅰ硬质合金的钎焊性是较差的。这是因为硬质合金的含碳量较高，未经清理的表面 往往含有较多的游离碳，从而妨碍钎料的润湿。此外，硬质合金在钎焊的温度下容易氧化形成氧化膜，也会影响钎料的润湿。因此，钎焊前的表面清理对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。 ?Ⅱ硬质合金钎焊中的另一个问题是接头易产生裂纹。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。 3.钎焊材料 硬质合金通常采用纯铜、铜锌和银铜钎料。 ?ⅰ纯铜：纯铜对各种硬质合金均有良好的润湿性，但需在氢的还原性气氛中钎焊才 能得到最佳效果。同时，由于钎焊温度高，接头中的应力较大，导致裂纹倾向增大。 采用纯铜钎焊的接头抗剪强度约为150MPa，接头塑性也较高，但不适用于高温工作。 ?ⅱ铜锌钎料：铜锌钎料是硬质合金最常用的钎料。为提高钎料的润湿性和接头的 强度，在钎料中常添加Mn、Ni、Fe等合金元素。例如B-Cu58ZnMn中就加有w(Mn)4％，使硬质合金钎焊接头的抗剪强度在室温达到300～320MPa：在320°C 时仍能维持220—240MPa。在B—Cu58ZnMn的基础上加入少量的Co，可使钎焊接头的抗剪强度达到350MPa，并且具有较高的冲击韧度和疲劳强度，显著提高了刀具和凿岩工具的使用寿命 ?ⅲ银铜钎料：银铜钎料的熔点较低，钎焊接头产生的热应力较小，有利于降低硬质 合金钎焊时的开裂倾向。为改善钎料的润湿性并提高接头的强度和工作温度，钎料中还常添加Mn、Ni等合金元素。例如B-Ag50CuZnCdNi钎料对硬质合金的润湿性极好，钎焊接头具有良好的综合性能。 4.焊前准备 ?①焊前应先检查硬质合金是否有裂纹、弯曲或凸凹不平等缺陷。钎焊面必须平整， 如果是球形或矩形的硬质合金钎焊面也应符合一定的几何形状，保证合金与基体之间有良好的接触，才能保证钎焊质量。 ?②对硬质合金进行喷砂处理，没有喷砂设备的情况下，可用手拿住硬质合金，在旋 转着的绿色碳化硅砂轮上磨去钎焊面上的氧化层和黑色牌号字母。如不去除硬质合
h 硬丽 硬质合金 謬第 硬质合金涂 第一！ -
硬质材料包括硬质合金f并包括组成硬质合金的碳化磚粉、碳化起.碳化帆、碳化错、碳化钛这些硬质粉末”以及金刚石（C）f PcD （多晶钻），cBN （立方氮化硼）f和Si3N4 氮化硅。 PcD （多晶钻）是一种使用金刚石微粒和化学粘合剂混合之后,在高温高压环境下沉积为相干结构的人造材料。 cBN （立方氮化硼）是来自PcBN的多晶体。PcBN是一种由cBN微 粒和陶瓷或金属触媒粘合剂在高温高压下沉积而成的聚合体。 Si3 N4氮化硅是一种具有高抗碎性能的陶瓷材料。 硬质合金和碳-氮化合物一尽管高速钢对于如钻孔. 拉削这样的应用仍然非常重要■但大多数的金属切削都是通过
硬质合金工具完成的。对于那些非常难于加工的材料,硬质合金现在正逐渐由碳氮化合物、陶瓷制品和超硬材料所替代。渗碳的（或烧结的）硬质合金和碳氮化合物,被世界上大多数一致认为是硬金属, 是一系列通过粉末;台金技术制成的非常硬的.耐火. 耐磨的合金。微小的硬质合金或者氮化物颗粒在处于烧结題液体时被金属粘结剂”胶结"o个体硬金属的成分和属性与那些黄铜和高速钢是不同的。所有的硬金属都是金属陶瓷,是由陶瓷颗粒和金属粘结剂化合而成。 第一节硬质合金 ? “碳化磚”是非常硬的硬质合金颗粒,特别是碳化锯在 工能力。早期 富铁基质的出现 的硬质合金在用于工业用途时过于脆弱■但是不久发现将
碳化锯粉末与大约10%的金属,如铁、银或钻,允许压坯在大约1500°CT 烧结,在这个过程中生成的产品具有低孔隙率、非常高的硬度,而且相当大的强度。这些性质的组合使得材料理想的适合用来作为切削金属的加工刀具。 ?硬质合金的变化是由铜焊接硬质合金嵌入变成夹具嵌入,以及涂敷技术的迅速发展。 硬质合金刀具材料的制法： 一种是经过压锻和烧结至精确的形状和尺寸。 另外的一个进步是高温真空固态渗粘法(HIP)的应用。此方法实际上允许通过高压下的惰性气体将硬质合金中所有的残余孔隙度都挤出来＞应用的温度大约是烧结温度。通过此方法刚度、抗裂强度和抗
2010年第44卷 5 21 CVD涂层技术对硬质合金材料形成脱碳层( 相层)影响分析 宋洪刚,曾祥才,高见,袁晓光,吴春涛 成都工具研究所 摘要:采用CVD技术对硬质合金材料涂层时,温度超过1000 很容易在基体材料表面形成脱碳层。先进行900 以下的中温TiCN、TiN涂层作为保护层,再进行高温涂层,能有效降低脱碳层的厚度。本文分析了脱碳层对基体材料抗弯强度的影响,并对不同涂层刀片的切削性能进行了对比分析。 关键词:CVD;硬质合金;脱碳层;抗弯强度 中图分类号:TG113.12;TG17 文献标志码:A InfluenceofCVDMethodonDecarburizedLayerFormedonCementedCarbideSubstrate SongHonggang,ZengXiangcai,GaoJian,YuanXiaoguang,WuChuntao Abstract:Whenthecoatingsdepositedontothecementedcarbidesubstratebychemicalvapord epositionmethod,itisquieteasytoformadecarburizedlayeronthesurfaceofthesubstrateifthet emperatureisabove1000 .Inordertodecreasethethick nessofthedecarburizedlayer,aTiCNorTiNcoatingisfirstlydepositedonthecarbidematerials asabufferlayertoprotectthesubstratebelowthetemperatureof900 ,andthentheothercoatings areprocessedatahightemperature.Thepaperinvestigatestheinfluenceofdecarburizedlayero nthebendingstrengthofthesubstratematerial,andcomparativeanalysestheturningperfor manceofthecarbidetipscoveredbydifferentcoatings. Keywords:CVD;cementedcarbide;decarburizedlayer;bendingstrength 1 引言 用化学气相沉积(CVD)涂层技术在硬质合金工具、模具基体上沉积TiC、TiCN等涂层时,由于基体和涂层之间各元素的扩散和化学反应,容易在基体材料表面形成一层脱碳层( 相层,W3Co3C或W6Co6C)。虽然少量很薄的点状、短线状相层(小于0 2 m)对提高涂层和基体之间的结合强度和耐磨损性能有利,但由于脱碳层硬度高、脆性大,能大幅降低涂层制品的抗弯强度和韧性,从而影响涂层制品的使用性能。特别是用于精加工的螺纹刀片,由于脱碳层的影响,往往更容易引起刀尖崩刃。所以在CVD技术沉积涂层的过程中,应尽量减少脱碳层的产生。 2 试验方法(1)CVD涂层工艺设计 本试验所选用的硬质合金材料为成都工具研究所生产的CP2型B8N2-3刀片和标准试验条。选用以下四种CVD涂层方案。 GY1HT(TiC+TiCN+TiC+TiCN)为高温涂层,每层涂层时间为20min。TiN为900 中温涂层,涂层时间为40min;GY2第一层中温TiN涂层时间为20-40min,再升温按
表4-4，五国十厂PVD 涂层硬质合金刀具材料分类分组对照表 注：上表摘自各公司样本和刊物，没有取得各公司的认可。 作 业 ISO 分类 分组代号 株洲 钻石 自贡 764 山特 维克 肯纳 公司 伊斯卡 公司 三菱 公司 东芝 公司 住友 公司 山高 公司 黛杰 公司 车 削 P P01 JC5003 P10 YBM252 KC5010 KC5510 1C507 VP10MF CP200 JC5003 P20 YBM252 GC1020 GC4125 GC1025 1C507 1C570 1C308 1C908 VP15TF VP20MF CP250 JC5015 P30 1C354 1C308 1C908 1C328 1C3028 VP15TF VP20MF GH330 AH120 CP500 JC5015 P40 GC1020 GC2145 1C328 1C3028 1C354 AH120 CP500 M M01 EH510Z M10 YBG202 GC1005 GC1025 KC5010 KC5510 1C507 1C907 VP10MF EH510Z CP200 JC5003 M20 YBG202 YBG302 YBM351 GC1020 GC1025 GC4125 1C507 1C907 1C1028 VP15TF VP20MF GH330 EH520Z CP200 CP500 JC5015 M30 YBG202 YBG302 YBM351 GC1020 GC2035 KC5025 KC5525 KC710 1C328 1C3028 1C1028 VP15TF VP20MF AH120 CP500 JC5015 M40 YBG302 YBM351 GC2145 1C328 1C3028 K K01 AH110 EH10Z JC5003 K10 KC5010 KC5510 1C507 1C907 GH110 AH110 EH10Z EH20Z CP200 JC5003 JC5015 K20 GC1020 1C308 1C908 VP15TF AH120 EH20Z CP200 CP250 JC5015 K30 GC4125 1C328 1C3028 1C1028 VP15TF CP500 S S01 VP05RT AH110 JC5003 S10 YBG102 GC1005 GC1025 KC5410 KC5010 KC5510 VP05RT VP10RT AH120 EH510Z CP200 CP250 CP500 JC5015 S20 YBG202 GC4125 KC5025 KC5525 VP10RT VP15TF EH20Z EH520Z CP250 CP500 S30 YBG202 VP15TF 铣 削 P P01 JC5003 P10 YBG202 KC792M KC715M ACZ310 JC5003 JC5030 P15 YBG202 YBG302 P20 YBG202 YBG302 GC1025 KC522M KC525M 1C950 1C908 VP15TF ACZ310 ASZ330 F25M JC5015 JC5030 JC5040 P25 YBG202 YBG302 P30 YBG302 YBG402 YBM351 KC725M 1C250 VP15TF VP30RT GH330 AH330 AH120 AH740 ACZ330 ACZ350 F25M F30M JC5015 JC5040 P40 YBG302 YBG402 YBM351 KC735M 1C328 1C928 VP30RT AH120 ACZ350 F40M T60M JC5040 P50 YBG402 YBM351
硬质合金的焊接工艺现状与展硬质 合金的焊接工艺现状与展望 高频感应钎焊，硬质合金钎焊，高频感应加热设备硬质合金是一种以难熔金属化合物（WC、TaC、TiC、NbC等）为基体，以过渡族金属（Co，Fe, Ni）为粘结相，通过粉末冶金方法制备的金属陶瓷工具材料，它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小以及化学性质较为稳定等优点，广泛应用于切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领 域【1】。 硬质合金的材质脆硬、韧性差而且价格高，这些因素使其难以被制成大尺寸、形状复杂的构件加以应用，而硬质合金与钢体材质的焊接是弥补其不足的
主要方法，合适可靠的焊接技术正在不断拓展它的应用范围。因此，欲更好更合理地应用硬质合金，必须了解它的性能特点，根据其用途的不同而选择合适的焊接工艺。 1硬质合金的焊接性 由于与硬质合金相焊的基体材料一般是碳素钢，硬质合金与之相比具有较小的热膨胀系数和较低的热导率，因此焊接时容易出现以下问题： 1）焊接裂纹 硬质合金的热膨胀系数较小，一般为钢的1/2? 1/3，硬质合金和钢材焊后由于不能同步收缩，会在焊缝区形成很高的残余应力，且在硬质合金上多为拉应力，由此导致硬质合金开裂。焊接应力是钎焊硬质合金时出现裂纹以及接头低应力断裂的主要原因【2】。 2）焊缝脆化 主要是在焊缝区形成M6C型复合碳化物n相， 其中M包含W、Fe、Co、Ni等元素，主要原因是硬
质合金与钢进行焊接时，硬质合金中的碳向钢侧扩散，使硬质合金中含碳量降低而形成n 相【3】。焊缝脆化导致接头的抗弯强度低。 3）气孔、夹渣及氧化 这主要是出现在钎焊接头中。当加热温度过高时，造成钎缝氧化及焊料成分的严重烧损；而加热温度偏低，则钎料流动性不好，形成虚焊，且焊缝内留有大量气孔和夹渣，以至严重降低焊缝强度 【4,5】。 2硬质合金的焊接方法与工艺要素 由于硬质合金与碳素钢之间的物理性能相差较大，目前钎焊和扩散焊仍然是可行而又实用焊接方法。此外一些新的焊接方法如钨极惰性气体保护电弧焊仃IG),电子束焊(EBW)，激光焊(LBW) 等也在积极的研究探索之中，将有可能在硬质合金的焊接中得到应用。 2.1钎焊
材料科学 超细硬质合金混合料的制备与制粒技术① 张立1② Schubert W.D.2 黄伯云1 (1.中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙,410083) (2.Institute of Chemical Technologies and Analy tics,Vienna University of Technology, Getreidem arkt9/164-CT,A-1060Vienna,Austria) 摘 要 超细硬质合金因为具有较好的综合性能,其应用领域正在不断扩大,因此超细 硬质合金的研究是当前硬质合金研究领域的一大热点。原料、工艺与设备是超细硬质 合金制备过程中的三个关键点,如果没有较好地解决超细硬质合金制备过程中的工艺 问题,即使采用最先进的设备也无法生产出性能优异的合金。本文介绍了作者新近开 发的超细硬质合金混合料的制备与制粒技术,采用这种技术可以制备平均粒度小于0. 3mm的球形料粒,而且成球率大于90%,因而较好地解决了超细硬质合金混合料的模 压成形问题。 关键词 超细硬质合金 湿磨介质 制粒技术 模压成形 生产工艺 1 前 言 近十年来,国际上在硬质合金超细原料与超细硬质合金的研究方面取得了令人瞩目的进展[1～3]。目前,一些世界著名的硬质合金生产企业,像Sand-vik AB[4],Konrad Friedrichs KG[5],Widia Valenite GmbH[2,3],Kennametal Inc.,M itsubishi M aterials Corporation,Sumitomo Electric Carbide Inc.,Toshi-ba Tungaloy Co.Ltd等,已能以工业规模生产合金晶粒度为0.2μm左右的纳米硬质合金(按照1999年Sandvik公司公布的硬质合金分类标准[4],合金晶粒度在0.1μm～0.3μm的硬质合金属于纳米硬质合金)。2000年,亚微、超细、纳米硬质合金的世界总产量达11500～12500吨,占硬质合金世界总产量的大约40%[2,3]。然而,我国在超细硬质合金的生产技术方面与世界著名的硬质合金公司相比尚存在较大差距。 要获得组织结构均匀,具有较好综合性能的超细硬质合金,第一个要解决的问题是原料问题,其次是混合料的制备、制粒以及成形技术问题。如果没有较好地解决超细硬质合金制备过程中的工艺问题,即使采用最先进的设备也无法生产出性能优异的合金[2,3]。事实上,混合料的制备、制粒与制粒料的成形性能三者之间是密切相关的。本文将对作者新近开发的超细硬质合金混合料的制备与制粒技术进行介绍。 2 研究思路与知识背景 超细颗粒在液体介质中的分散包括以下3个过程[6]:(a)超细颗粒在液体介质中的润湿;(b)团聚体在机械力的作用下被分散成独立的原生粒子或较小的团聚体;(c)将一次颗粒或较小的团聚体稳定,阻止再次发生团聚。 超细颗粒因具有巨大的表面积和较高的表面能,产生团聚的倾向是很大的。因此,在超细硬质合金的湿磨过程中,若不采取适当的措施阻止原生粒子(一次颗粒)的再次团聚,混合料的破碎与混合效 第20卷第3期Vol.20 No.3 硬 质 合 金 CE MEN TED CARBIDE 2003年9月 Sep.2003 ① ②作者简介:张立,女(1965-),高级工程师,博士研究生,主要从事难熔金属与硬质合金的研究。 国家留学基金委资助。
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500——600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加
入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40——60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10——20倍，其红硬性比硬质合金高2——6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93——95HRC，
硬质合金与钢的焊接 硬质合金是种高生产率的工具材料，是将高熔点、高硬度的金属碳化物粉末与黏结剂混合，用粉末冶金法压制成各种所需形状的工件。硬质合金与钢的焊接主要用于机械加工的刀具、刃具、模具、采掘工具和以耐磨作为主要性能的各种零部件，特点是可以节省大量的贵重金属，降低生产成本，提高零部件的使用寿命。 硬质合金工具在各工业部门已经得到广泛的应用，并收到了显著的效果。 1. 硬质合金的分类、用途及性能 硬质合金是金属碳化物粉末与钴的混合物，常用的金属碳化物是碳化钨、碳化钛、碳化铌和碳化钒等，均可使硬质合金具有高硬度和高耐磨性。硬质合金的黏结剂主要是金属钴或金属镍等，能保证硬质合金具有一定的强度和韧性。 1.1 硬质合金的分类及用途 （1）常用硬质合金的分类、成分及用途 我国常用硬质合金的分类、化学成分、使用性能及用途见表1。我国生产的硬质合金分为YT和YG两大类。YT类是由碳化钛、碳化钨和钴等组成，主要成分为WC、TiC和Co，多用于制作切削钢材的刀具。YG类是碳化钨和钴的合金，主要成分是WC和Co，多用于制造切削铸铁件、淬火钢、不锈钢等的刀具，以及用于制造各种硬质合金量具、模具、地质采矿和石油钻井用的采掘工具等。此外，还有YW类加入少量碳化钽或碳化铌等贵重金属碳化物的钛钨钴类硬质合金，用做切削特殊耐热合金材料的刀具。
表1 常用硬质合金的分类、化学成分使用性能及用途
（2）用于各类工具的硬质合金 另一种分类方法是将用于切削、采掘等用途的各类硬质合金分为金属瓷硬质合金和钢结硬质合金两类。 ①金属瓷硬质合金将难熔的金属碳化物粉末（如WC、TiC等）和黏结剂（如Co、Ni等）混合，加压成形，经烧结而成的粉末冶金材料。例如生产中应用最广泛的钨钴类硬质合金（YG3、YG6、YG8等）和钨钴钛类硬质合金（YT5、YT15、YT30等）。这类硬质合金的刀具耐高温、耐磨损，广泛用于制造量具、模具，也用于制造钎头、钻头等。
收稿日期:2005年3月 涂层硬质合金刀具磨损机理的研究 贾庆莲 乔彦峰 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 摘 要:通过高速切削试验,观察了涂层刀片的磨损过程,描述了其磨损形态,分析了涂层刀片磨损率不同的原因,提出了涂层硬质合金刀具的磨损机理模型以及涂层硬质合金刀具的磨损类型。 关键词:T i N 涂层, 硬质合金刀具, 磨损机理, 高速切削 S tudy on Wearing Mechanism of C oated C emented C arbide Tool Jia Qinglian Qiao Yanfeng Abstract:Based on experiments of hi gh speed cutting,the wear process and wear appearance of the coated cemented carbide tools are studied.T he causes of different quanti ties of wear in the experiments are analyzed.T he model of wear mechanism of the coated cemented carbide tools and the wear styles of the coated cemented carbide tools such as di ffuse wear,plastic distortion wear and fatigue flake are presented. Keywords:TiN coating, cemented carbide tools, wearing mechanism, high -speed cutting 1 引言 用化学气相沉积法(CVD 法)在WC 基硬质合金表面涂覆一薄层高硬度的难熔金属化合物(如TiC 、TiN),所制备的涂层硬质合金具有高耐磨性的表层 和足够韧性的基体。在高速切削条件下,涂层硬质合金刀具的切削性能较佳,其原因之一是由于刀具表面的涂层材料向基体材料一方的/渗透0作用,使刀具上涂层材料已磨穿区的抗扩散磨损能力提高;原因之二是由于刀具刃口涂层材料被磨损的滞后性,即在继续切削过程中,刃口涂层材料起到了有效的机械支承作用,提高了涂层刀片的耐磨性。一般情况下,涂层硬质合金的低速切削性能较差,这是因为在低速切削条件下,涂层的磨损会以磨损率很高的脆性疲劳剥落磨损为主。 2 高速切削试验 试验中以TiC 涂层硬质合金刀片在无级变速车床上加工材料为38Cr Ni3Mo VA 的工件,切削用量为: f =012m m/r,a p =2mm,v =70~300m/min 。由试验可知,在较高切削速度范围内,涂层刀片的磨损过程大致可划分为三个阶段(见图1)。 (1)初磨阶段 自切削开始至刀具表面涂层材料被磨穿前的这个阶段称为初磨阶段。由于涂层刀片表面存在残余拉应力,其表面不平度约为2~4L m,在刀具)切屑(或工件)间的强烈摩擦下,表面涂层材料沿切屑流 动(或主运动)方向发生塑性滑移。其后果必导致前、后刀面的涂层材料发生塑性断裂,即塑性疲劳剥落磨损,前、后刀面的涂层在图1a 所示R 、F 处被磨穿。 图1 磨损特征 (2)正常磨损阶段 大量观察表明,在正常磨损阶段,前、后刀面涂层磨穿区均离刃口一定距离(见图1b)。也就是说,刀片刃口的涂层完整性尚好。为便于分析,将前、后刀面磨损面划分为六个区(见表1)。 表1 磨损区域划分 区域 特征 ?前刀面近主刃处未磨穿区ò前刀面已磨穿区 ó前刀面远离主刃处未磨穿区?后刀面近主刃处未磨穿区?后刀面已磨穿区 ? 后刀面远离主刃处未磨穿区 据观察,已被磨穿的ò、?区磨损面呈均匀的晶粒状,未磨穿的前刀面?、ó区,后刀面?、?区均呈/脊沟0状浅擦痕,深度为1~3L m,其方向平行于切屑流动方向(或主运动方向)。据分析,可以认为磨 损面上的脊沟是涂层材料沿切屑流动方向的塑性滑移所形成。
硬质合金的焊接特点 硬质合金主要制造刀具、量具、模具、采掘工具已经整体刀具等双金属结构。切削部分为硬质合金，基体为碳素钢或低合金钢，通常为中碳钢。这类工件在工作时受到了相当大的应力作用，特别是压缩弯曲、冲击或交变载荷，要求接头强度高、质量可靠。硬质合金具有高硬度和耐磨性好的特点，但也存在脆性高、韧性差等缺点。 大部分硬质合金工具是采用焊接的方法相切在中碳钢或低合金钢基体上使用，焊接工艺与硬质合金的使用性能密切相关，焊接性能好坏直接影响到硬质合金的使用效果。 一般焊接的特点 硬质合金含有较高含量的碳化物和合金元素，虽然可以进行焊接加工，但焊接时容易出现组织和裂纹。必须采用有限的工艺措施，才能获得满意的焊接接头。生产中硬质合金与钢的焊接常用的方法有;氧 硬质合金与钢焊接时如有下的特点 线膨胀系数与焊接裂纹的关系 硬质合金的尺寸较小，一般是固定在一个比较厚大的钢支撑材料上使用。钎焊是把硬质合金和基体金属连接在一起的焊接方法。硬质合金的线膨胀系数（401~7.0*10）与普通钢的线膨胀系数相比差别很大，硬质合金只有钢为，线膨胀系数的差异是嵌缝冷却时产生很大应力，导致裂纹产生。 加热时硬质合金和钢都自由膨胀，但冷却时钢的收缩量比硬质合金大得多，此时焊缝处于手压应力的状态，而在硬质合金表面上则承受拉应力。如果残余应力大于硬质合金抗拉强度或抗裂性要求是，硬质合金的表面就可能产生裂纹，这是硬质合金钎焊是产生裂纹的最主要原因之一。 硬度与裂纹敏感性的关系 硬质合金的硬度与耐磨性和焊接裂纹敏感性成正比，硬质合金的硬度越高，钎焊时产生裂纹的可能性越大，而且一般精加工或超精加工所用的硬质合金，在钎焊时容易发生裂纹，根据不同牌号的硬质合金的硬度和强度大小可以判断硬质合金的焊接裂纹敏感性，其由差到好的排列顺讯如下：
压制过程中的几个基本知识点 1、压制过程中粉末的位移与变形 1.1 位移 粉末装填在刚性模具中时，由于表面不规则，以及相互间的摩擦，颗粒间相互搭架而形成拱桥孔洞的现象叫做“拱桥效应”。当施加压力时，拱桥效应被破坏，粉末受到压力的作用而发生相对的位移，其位移情况如下图。 1.2 变形 粉末在发生位移的同时也发生着变形，变形主要有弹性变形、塑性变形和脆性断裂，基本情况图下图。 2、单位压制压力计算 单位压制压力=总压制压力/产品的受压面积，以硬质合金的B型 （20mm×6.5mm×5.25mm）试样为例： 注：①单位为KN/mm2；②收缩系数以1.2为例，不同的粉末取不 同的收缩系数值；③通常情况下，收缩系数随着压制压力的增加而下降， 增加压制单重亦可使得收缩系数的下降。 图压制压力与压坯密度的关系3、弹性后效
粉末冶金类产品在去除压制压力，将压坯脱模以后，由于弹性内应力的松弛作用而引起压坯体积膨胀的现象，称之为弹性后效，其定量的表示式如下： %1000 01?-=L L L δ 式中：δ——压坯高度或直径方向的弹性后效值； L0——压坯脱模前的高度或直径； L1——压坯脱模后的高度或直径。 一般来说，高度方向上的弹性后效要比直径方向上的大得多（即弹性后效具有明显的方向性），脱模的一瞬间是弹性后效最为显著的时刻，是压坯最容易出现分层、裂纹的时刻。弹性后效是导致压坯出现分层、裂纹废品的主要原因。其影响因素有以下几点。 ① 混合料成分的影响：硬度高的粉末在压制时所产生的弹性后效大，弹性后效值随着粉末的硬度提高而提高。WC-Co 合金混合料的弹性后效值一般比WC-TiC-Co 合金混合料的低。高钴合金混合料的弹性后效值比低钴混合料的低，粉末氧化物和杂质含量高也会使得弹性后效值提高。 ② 粉末物理性能的影响：粉末粒度细，颗粒粗糙程度降低，颗粒间结合强度降低，会增加压坯的弹性后效。混合料的料粒干燥过度变硬时，也会使得弹性后效增加。 ③ 压制压力和压制速度的影响：随着压制压力或压制速度提高，弹性后效值提高。同时弹性后效还与压坯的直径大小有关，直径越大，弹性后效值越大，因为压制速度过快，压坯中的气体来不及溢出，弹性后效值增加。 ④ 成形剂的影响：橡胶、PEG 等做成形剂的压坯强度比石蜡做成形剂的压坯强度大，弹性后效低，成形剂加量不足时，将使得压坯强度降低，弹性后效值增加。 简而言之，一切提高粉末颗粒间结合强度（压坯强度）的因素，都会导致弹性后效值降低。一切提高粉末颗粒间接触应力的因素，都会导致弹性后效值提高。 4、压制过程中的几个参数 4.1 压缩比 模腔中粉末装填高度与压坯高度的比值称为压缩比。影响压缩比的主要因素是粉末的装填密度，装填在模腔中的粉末的密度稍大于粉末的松装密度，与振实密度较为接近。粉末粒度或混合料料粒越细，其松装密度越小，装填体积大，要压制期望密度压坯时的压缩比也越大。 通常情况下，硬质合金混合料的压缩比在2.5~4.0范围内，喷雾料一般在3.5~4.0，机械制粒为2.5~3.0。 4.2 收缩系数 压坯尺寸与烧结后尺寸的比值称为线收缩系数。它与压制密度有关，在一定范围内，压坯密度越大，收缩系数越小。通常以不出现分层、裂纹、未压好、钴池时最大密度压坯尺寸和烧结后实际测定的尺寸来确定收缩系数。由于压坯密度分布的不均匀性，实际上采用平均线收缩系数。平均线收缩系数可由体收缩系数求得：