㈠ 影響硬質合金燒結緻密化過程的因素有哪些
硬質合金的燒結為液相燒結,即再黏結相呈液相的條件下進行。將壓坯在真空爐中加熱到℃-1600℃。燒結時壓坯的線收縮率約為18%,體積收縮在50%左右,收縮量的准確值取決於粉末的粒度和合金的成分。
硬質合金的燒結是一個復雜的物理化學過程,這一過程包括增塑劑脫除、脫氣、固相燒結、液相燒結、合金化、緻密化、溶解析出等過程。壓坯在特定燒結條件下形成具有一定化學成分、組織結構、性能和形狀尺寸的製品。這些工藝條件依不同的燒結裝置具有較大的差異。
硬質合金真空燒結是在低於1atm(1atm=101325Pa)下進行燒結的工藝過程。在真空條件下燒結,大大降低了粉末表面吸附氣體和封閉孔隙內氣體對緻密化的阻礙作用,有利於擴散過程和緻密化的進行,避免了燒結過程中金屬與氣氛中某些元素的反應,可顯著改善液體黏結相與硬質相的濕潤性,但真空燒結要注意防止鈷的蒸發損失。 真空燒結一般可以分為四個階段,即增塑劑脫除階段、預燒階段、高溫燒結階段、冷卻階段。
增塑劑脫除階段是從室溫開始升溫到200℃左右,壓坯中粉末顆粒表面吸附的氣體在熱的作用下脫離顆粒表面,不斷從壓坯中逃逸出來。壓坯中的增塑劑受熱化逸出壓坯。保持較高的真空度有利於氣體的解除和逸出。不同種類增塑劑受熱變化的性能不盡相同,制定增塑
劑脫除工藝要根據具體情況進行試驗確定。一般增塑劑的氣化溫度在550℃以下。
預燒階段是指高溫燒結前進行預燒結,使粉末顆粒中的化合氧與碳發生還原反應,生成一氧化碳氣體離開壓坯,如果這種氣體在液相出現時不能排除,將成為封閉孔隙殘留在合金中,即使加壓燒結,也難以消除。另一方面,氧化存在會嚴重影響液相對硬質相的濕潤性,最終影響硬質合金的緻密化過程。在液相出現前,應充分得脫氣,並採用盡可能高得真空度。
高溫燒結階段是硬質合金壓坯發生緻密化得關鍵階段,而燒結溫度及燒結時間是壓坯實現緻密化、形成均勻得組織結構、獲得所要求性能的重要工藝參數。燒結溫度及燒結時間取決於合金成分、粉末粒度、混合料的研磨強度等因素,也受材質總體設計的制約。
冷卻階段是冷卻速度影響合金的黏結相成分及結構,產生內部應力。冷卻速度應處於受控制狀態。燒結熱等靜壓是一種新的燒結技術,也稱為低壓燒結,在完成脫氣,壓坯表面孔隙已經封閉,黏結相依舊是液相的條件下,用一定壓力的氣體加壓,促使產品緻密化。
㈡ 硬質合金的熱處理工藝是什麼呀
鋼結硬質合金常見的熱處理工藝有球化退火、淬火、回火。
1、球化退火模具鋼結硬質合金的基體是鋼,如同合金工具鋼的一樣,需經球化退火處理,方可機加工。球化退化的工藝為:加熱850~890℃,保溫4h,爐冷至730℃左右嗎,保溫6h,爐冷500℃以下出爐空冷,
2、淬火目的是使基體轉變為馬氏體,獲得較高的力學性能,由於導熱性差,需預熱,鋼結硬質合金中的硬質相碳化物對奧氏體晶粒長大起到阻止的作用,而基體中的合金碳化物溶解後,阻礙鐵和碳原子擴散,也對奧氏體晶粒的長大起到抑製作用,故鋼結硬質合金淬火加熱時過熱傾向小於合金工具鋼,淬火加熱溫度可以高一些,時間可長一些,通常對於WC型鋼結硬質合金,淬火溫度為1020~1050℃;對於TiC型鋼結硬質合金,淬火溫度為950~1000℃;以高速鋼為黏結相的G型鋼結硬質合金,淬火溫度為1200~1280℃。
3、鋼結硬質合金模具淬火後應及時回火,尤其是大型模具應及時,以消除淬火應力,防止模具開裂,同時回火可調整組織得到所需的力學性能,回火溫度常取180~200℃,保溫2h,要求高韌性時,可採用較高溫度回火如500~650℃,但需避開250~350℃脆性溫度區,在較高溫度回火時,因合金碳化物析出和殘余奧氏體轉變,會出現二次硬化現象,但過高溫度回火會使析出的碳化物鏈接而導致沖擊韌度降低。
㈢ 硬質合金
我在網路上找到過,記得還COPY在電腦上的,但是12月份我論文發表了後,就刪了哈,你去網路下,肯定能找到的.
現在只剩這一點點了: 在近年來的硬質合金回收利用實踐過程中,由於對環境保護的要求日益嚴格,一些回收工藝由於會帶來污染而停止使用。目前應用比較廣泛的是機械破碎法、鋅熔法和電化學選擇性電溶法。硬質合金的硬質相碳化鎢與粘結相鈷在一定的溫度下進行燒結形成了粉末冶金的組織結構。如何使緻密而堅硬的合金組織得以分解,重新使這些硬質相與粘結金屬分離開來是回收利用工藝所要解決的第一步也是關鍵的一步。對於硬質合金的解體,許多研究者採取了不同的思路,回收利用工藝路線也各不相同。對於這些工藝的評價,很難選擇那一種更合理、更經濟、更值得推廣應用,因為工藝路線的選擇首先的也是基本的原則就是再生製品的質量要高,工藝流程要簡捷,對環境不會產生二次污染,勞動條件要清潔安全。現將幾種常用的再生利用工藝作一簡單介紹。
一、高溫處理法
硬質合金是在一定的溫度下經過保護性氣體進行燒結製成的。如果在高出燒結溫度下而置於保護性氣氛對合金進行加熱,硬質合金的體積將發生膨脹,作為粘結金屬的鈷等將液化沸騰,合金的體積就將變得疏鬆而多孔堅硬的合金就變得極易破碎加工,經過破碎和研磨,就可以得到與原來的硬質合金相同的碳化鎢和粘結金屬混合物。高溫處理法的原理就在於利用特製的高溫爐,在遠大於硬質合金的燒結溫度(1800℃)使站結金屬從合金結構得以解體。這種工藝處理得到的硬質合金再生原料由於得到了高溫處理,原先所含的微量其他金屬和非金屬雜質以及有害氣體被清除出去。碳化鎢晶粒明顯長粗長大,晶內缺陷減少,合金結構和性能也得到了提高,因此具有較好的力學性能和較長的使用壽命。這種再生混合料適合於再制晶粒較粗、含鈷量較高的硬質合金。對於晶粒較細、含鈷量低的硬質合金種類不僅在高溫處理時的溫度要提高,以便於使硬質合金廢料有足夠的應力產生膨脹疏鬆現象,而且在製取中細晶粒的硬質合金時,相應要改變混合料的制備和燒結工藝。高溫處理法具有工藝流程短,設備配套簡單,回收的硬質合金混合料比較清潔,對環境的污染程度小、回收率較高的特點,但這一工藝能耗較高,在高溫過程中有一部分鈷會流失等,最大的問題是回收的混合料只宜製作粗大晶粒的碳化物合金。目前一些工業發達國家如日本、瑞典的一些廠家仍使用該法處理廢舊硬質合金。
二、破碎法
對於一些含鈷量不高的硬質合金來說由於硬度相對較低,可以用手工或機械的辦法破碎到一定細度後裝入濕磨機中研磨一段時間,達到一定的粒度用於再制硬質合金
這種方法工藝簡單、流程短、能耗低、不污染環境,但往往在硬質合金手工破碎時,會由於工具的金屬材料碎屑帶入破碎料中產生污染,此外,由於含鈷量較高的硬質合金不易破碎,機械破碎法受到很大限制;成分復雜的硬質合金混合料用此法也很難保證再生產品的質量。破碎法的工藝過程是:人工破碎,將其破碎成粉末狀(約200目)或使用大塊度硬質合金為撞擊球的球磨機破碎,然後在八角球磨機內加入酒精濕磨,然後進入硬質合金再制過程。有的企業採用急冷法進行破碎:先將廢舊硬質合金在馬弗爐內加熱到800℃以上立即放入水中急冷,致使硬質合金發生崩裂,然後進入機械破碎過程。這種方法在上個世紀90年代曾在河北省清河等地得到普及,全縣共有幾十家大小不等的再生利用廠用此法回收並再制硬質合金,再制硬質合金年產量逾千噸,總產值3億元以上,成為當地的支柱產業之一。目前,破碎法仍有一定的發展空間,採用比較先進清潔的破碎設備或採用高效並不破壞硬質合金微觀結構的方法處理硬質合金,破碎法仍需要改進。
三、鋅熔法處理硬質合金
鋅熔法的基本原理
鋅熔法處理硬質合金的機理是基於鋅與硬質合金中的粘結相金屬(鈷、鎳)可以形成低熔點合金,使粘結金屬從硬質合金中分離出來,與鋅形成鋅—鈷固溶體合金液,從而破壞了硬質合金的結構,緻密合金變成鬆散狀態的硬質相骨架。由於鋅不會與各種難熔合金金屬的碳化物發生化學反應,再利用在一定的溫度下鋅的蒸氣壓遠遠大於鈷的蒸氣壓,使鋅蒸發出來予以回收再利用。因此,鋅熔法獲得的碳化物粉末較好地保持了原有特性。經過鋅熔過程後,鈷或鎳被萃取到鋅熔體中,蒸餾鋅以後,鈷和碳化物保留,鋅回收後繼續用於再生過程。鋅熔法工藝流程
廢舊硬質合金與鋅塊按照1:1~2的比例共同裝入燒結熔融坩堝中抽真空,送電升溫至900~1000℃,保溫一定的時間後進行真空提取鋅,冷卻後將海綿狀的鈷粉和碳化鎢團塊卸出,經過球磨、破碎、調整合金成分,重新製作硬質合金。
鋅熔法的的主要特點
鋅熔法是上個世紀50年代由英國人發明的,其後,美國對這一工藝進行了改進和設備上的完善,70年代以後在許多國家得到了普及,在我國,許多回收利用廢舊硬質合金的廠家都掌握了這種方法。其主要優點在於這種方法工藝簡單、流程短、設備簡單、投資小,成本低,特別適合於處理含鈷量低於10%的廢硬質合金,適用於小型企業利用廢舊硬質合金再制硬質合金。但這種工藝也存在一些不利的方面:混合料中殘留的鋅含量較高是值得注意的一個問題;由於近年來為節省鈷的用量,新型硬質合金中多為碳化鈦—碳化鎢—鈷系列的合金,如果廢料不能分選清楚的話,將使回收的混合料中含有一定的鈦,從而局限了再生利用的產品選擇,鈦的增加使合金的脆性增加,對產品的壽命有一定影響;另外,在整個工藝過程中電耗較大,每噸硬質合金耗電高的約12000kWh,低的也在6000kWh以上;此外,在鋅熔過程和收鋅的過程中,設備是否合理是對鋅的回收效率有一定影響。再一個是環境保護問題,鋅的逸出會對操作者有一定的影響。
四、選擇性電化學溶解法
上個世紀80年代初期。國內貿易部物資再生利用研究所曾推出了選擇性電化學溶解法(簡稱電溶法)並先後在山東臨朐、河北清河等地進行了技術推廣應用取得了良好的經濟效益和社會效益。
㈣ 求硬質合金材料基礎知識,在線等
硬質合金是以高硬度難熔金屬的碳化物(WC、TiC)微米級粉末為主要成分,以鈷(Co)或鎳(Ni)、鉬(Mo)為粘結劑,在真空爐或氫氣還原爐中燒結而成的粉末冶金製品。
ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等,由於硬度和熔點特別高,統稱為硬質合金。下面以碳化物為重點來說明硬質含金的結構、特徵和應用。
ⅣA、ⅤA、ⅥA族金屬與碳形成的金屬型碳化物中,由於碳原子半徑小,能填充於金屬品格的空隙中並保留金屬原有的晶格形式,形成間充固溶體。在適當條件下,這類固溶體還能繼續溶解它的組成元素,直到達到飽和為止。因此,它們的組成可以在一定范圍內變動(例如碳化鈦的組成就在TiC0.5~TiC之間變動),化學式不符合化合價規則。當溶解的碳含量超過某個極限時(例如碳化鈦中Ti∶C=1∶1),晶格型式將發生變化,使原金屬晶格轉變成另一種形式的金屬晶格,這時的間充固溶體叫做間充化合物。
金屬型碳化物,尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬碳化物的熔點都在3273K以上,其中碳化鉿、碳化鉭分別為4160K和4150K,是當前所知道的物質中熔點最高的。大多數碳化物的硬度很大,它們的顯微硬度大於1800kg•mm2(顯微硬度是硬度表示方法之一,多用於硬質合金和硬質化合物,顯微硬度1800kg•mm2相當於莫氏一金剛石一硬度9)。許多碳化物高溫下不易分解,抗氧化能力比其組分金屬強。碳化鈦在所有碳化物中熱穩定性最好,是一種非常重要的金屬型碳化物。然而,在氧化氣氛中,所有碳化物高溫下都容易被氧化,可以說這是碳化物的一大弱點。
除碳原子外,氮原子、硼原子也能進入金屬晶格的空隙中,形成間充固溶體。它們與間充型碳化物的性質相似,能導電、導熱、熔點高、硬度大,同時脆性也大。
硬質合金的基體由兩部分組成:一部分是硬化相;另一部分是粘結金屬。
硬化相是元素周期表中過渡金屬的碳化物,如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭,它們的硬度很高,熔點都在2000℃以上,有的甚至超過4000℃。另外,過渡金屬的氮化物、硼化物、硅化物也有類似的特性,也可以充當硬質合金中的硬化相。硬化相的存在決定了合金具有極高硬度和耐磨性。
粘結金屬一般是鐵族金屬,常用的是鈷和鎳。
製造硬質合金時,選用的原料粉末粒度在1~2微米之間,且純度很高。原料按規定組成比例進行配料,加進酒精或其他介質在濕式球磨機中濕磨,使它們充分混合、粉碎,經乾燥、過篩後加入蠟或膠等一類的成型劑,再經過乾燥、過篩製得混合料。然後,把混合料制粒、壓型,加熱到接近粘結金屬熔點(1300~1500℃)的時候,硬化相與粘結金屬便形成共晶合金。經過冷卻,硬化相分布在粘結金屬組成的網格里,彼此緊密地聯系在一起,形成一個牢固的整體。硬質合金的硬度取決於硬化相含量和晶粒粒度,即硬化相含量越高、晶粒越細,則硬度也越大。硬質合金的韌性由粘結金屬決定,粘結金屬含量越高,抗彎強度越大。
1923年,德國的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進10%~20%的鈷做粘結劑,發明了碳化鎢和鈷的新合金,硬度僅次於金剛石,這是世界上人工製成的第一種硬質合金。用這種合金製成的刀具切削鋼材時,刀刃會很快磨損,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。這是硬質合金發展史上的又一成就。
硬質合金具有硬度高、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℃時仍有很高的硬度。硬質合金廣泛用作刀具材料,如車刀、銑刀、刨刀、鑽頭、鏜刀等,用於切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材,也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。現在新型硬質合金刀具的切削速度等於碳素鋼的數百倍。
硬質合金還可用來製作鑿岩工具、採掘工具、鑽探工具、測量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯里、精密軸承、噴嘴等。
常用的硬質合金以 WC為主要成分,根據是否加入其它碳化物而分為以下幾類:
( 1)鎢鈷類( WC+Co)硬質合金( YG)
它由 WC和 Co組成,具有較高的抗彎強度的韌性,導熱性好,但耐熱性和耐磨性較差,主要用於加工鑄鐵和有色金屬。細晶粒的 YG類硬質合金(如 YG3X、 YG6X),在含鈷量相同時,其硬度耐磨性比 YG3、 YG6高,強度和韌性稍差,適用於加工硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、硬青銅等。
( 2)鎢鈦鈷類( WC+TiC+Co)硬質合金( YT)
由於 TiC的硬度和熔點均比 WC高,所以和 YG相比,其硬度、耐磨性、紅硬性增大,粘結溫度高,抗氧化能力強,而且在高溫下會生成 TiO 2,可減少粘結。但導熱性能較差,抗彎強度低,所以它適用於加工鋼材等韌性材料。
(3) 鎢鉭鈷類( WC+TaC+Co)硬質合金( YA)
在 YG類硬質合金的基礎上添加 TaC(NbC),提高了常溫、高溫硬度與強度、抗熱沖擊性和耐磨性,可用於加工鑄鐵和不銹鋼。
近二十年來,塗層硬質合金也問世了。1969年瑞典研製成功了碳化鈦塗層刀具,刀具的基體是鎢鈦鈷硬質合金或鎢鈷硬質合金,表面碳化鈦塗層的厚度不過幾微米,但是與同牌號的合金刀具相比,使用壽命延長了3倍,切削速度提高25%~50%。20世紀70年代已出現第四代塗層工具,可用來切削很難加工的材料。
硬質合金是怎樣燒結而成的?
答硬質合金是將這種或多種難熔金屬的碳化物和粘接劑金屬,用粉末冶金方法製成的金屬材料。
主要生產國家
世界上有50多個國家生產硬質合金,總產量可達27000~28000t-,主要生產國有美國、俄羅斯、瑞典、中國、德國、日本、英國、法國等,世界硬質合金市場基本處於飽和狀態,市場競爭十分激烈。中國硬質合金工業是50年代末期開始形成的,60~70年代中國硬質合金工業得到了迅速發展,90年代初中國硬質合金總生產能力達6000t,硬質合金總產量達5000t,僅次於俄羅斯和美國,居世界第3位。
[編輯本段]硬質合金燒結成型
硬質合金燒結成型就是將粉末壓製成坯料,再進燒結爐加熱到一定溫度(燒結溫度),並保持一定的時間(保溫時間),然後冷卻下來,從而得到所需性能的硬質合金材料。
硬質合金燒結過程可以分為四個基本階段:
1:脫除成形劑及預燒階段,在這個階段燒結體發生如下變化:
成型劑的脫除,燒結初期隨著溫度的升高,成型劑逐漸分解或汽化,排除出燒結體,與此同時,成型劑或多或少給燒結體增碳,增碳量將隨成型劑的種類、數量以及燒結工藝的不同而改變。
粉末表面氧化物被還原,在燒結溫度下,氫可以還原鈷和鎢的氧化物,若在真空脫除成型劑和燒結時,碳氧反應還不強烈。粉末顆粒間的接觸應力逐漸消除,粘結金屬粉末開始產生回復和再結晶,表面擴散開始發生,壓塊強度有所提高。
2:固相燒結階段(800℃--共晶溫度)
在出現液相以前的溫度下,除了繼續進行上一階段所發生的過程外,固相反應和擴散加劇,塑性流動增強,燒結體出現明顯的收縮。
3:液相燒結階段(共晶溫度--燒結溫度)
當燒結體出現液相以後,收縮很快完成,接著產生結晶轉變,形成合金的基本組織和結構。
4:冷卻階段(燒結溫度--室溫)
在這一階段,合金的組織和相成分隨冷卻條件的不同而產生某些變化,可以利用這一特點,對硬質合金進行熱處理以提高其物理機械性能。
硬質合金常用牌號及用途介紹
牌號/相當標准ISO/ 物理機械性能(min):抗彎強度N/mm2;硬度HRA/用途。
1、 YG3x/ K01/ 1420;92.5/適於鑄鐵、有色金屬及合金、淬火鋼合金鋼小切削斷面高速精加工。
2、 YG6/ K20 /1900;90.5/適於鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料中等到切削速度下半精加工和精加工。
3、 YG6x /K15/ 1800;92.0/ 適於冷硬鑄鐵、球墨鑄鐵、灰鑄鐵、耐熱合金鋼的中小切 削斷面高速精加工、半精加工。
4、 YG6A/ K10/ 1800;92.0 /適於冷硬鑄鐵、球墨鑄鐵、灰鑄鐵、耐熱合金的中小切削斷面高速精加工。
5、 YG8/ K30/ 2200;90.0/ 適於鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料低速粗加工。
6、 YG8N/ K30/ 2100;90.5/適於鑄鐵、白口鑄鐵、球墨鑄鐵以及鉻 鎳不銹鋼等合金材料的高速切削。
7、 YG15/ K40/ 2500;87.0 /適於鑲制油井、煤炭開采鑽頭、地質勘探鑽頭。
8、 YG4C/ 1600;89.5/ 適於鑲制油井、煤炭開采鑽頭、地質勘 探鑽頭。
9、 YG8C/ 1800;88.5/適於鑲制油井、礦山開采鑽頭一字、十 字鑽頭、牙輪鑽齒、潛孔鑽齒。
10、 YG11C/ 2200;87.0 /適於鑲制油井、礦山開采鑽頭一字、十字鑽頭、牙輪鑽齒、潛孔鑽齒。
11、 YW1/ M10/ 1400;92.0 /適於鋼、耐熱鋼、高錳鋼和鑄鐵的中速 半精加工。
12、 YW2/ M20/ 1600;91.0 /適於耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工 鋼材中、低速粗加工和半精加工。
13、 GE1/ M30/ 2000;91.0 /適於非金屬材料的低速粗加工和鍾表 齒輪耐磨損零件。
14、 GE2 /2500;90.0 /硬質合金頂錘專用牌號。
15、 GE3/ M40/ 2600;90.0 /適於製造細徑微鑽、立銑刀、旋轉挫刀等。
16、 GE4/ 2600;88.0/ 適於列印針、壓缸及特殊用途的管、 棒、帶等。
17、 GE5 /2800;85.0 /適於軋輥、冷沖模等耐沖擊材料。
18、 YT30 P01 92.5 適合碳鋼、合金鋼的精加工,小斷面的精車,精鏜,精擴等
㈤ 硬質合金刀具常識及使用方法
1.硬質合金刀最正確的麽刀方法
硬質合金刀片硬度高、脆性大、導熱性差、熱收縮率大,通常應採用金剛石砂輪進行刃磨。
但因金剛石砂輪價格昂貴,磨損後不易修復,因此很多工廠仍採用普通砂輪進行刃磨。在刃磨過程中,由於硬質合金硬度較高,普通砂輪的磨粒極易鈍化,劇烈的摩擦使刀片表面產生局部高溫,形成附加熱應力,極易引起熱變形和熱裂紋,直接影響刀具使用壽命和加工質量。
因此,應採取必要措施防止刃磨裂紋的產生。通過加工實踐,總結出以下可有效防止或減少刃磨裂紋的工藝措施。
1 負刃刃磨法負刃刃磨法是指在刃磨刀具前,先在前刀面或後刀面上磨出一條負刃帶。硬質合金屬於硬脆材料,刃磨時因砂輪振動使刀具受到沖擊載荷,容易發生振裂;同時,磨削區的瞬間升溫與冷卻使熱應力可能超過硬質合金的強度極限而產生熱裂紋。
金機通提示採用負刃刃磨法可提高刀片強度,增強刀片抗振性和承受沖擊載荷的能力,並增大受熱面積,防止磨削熱大量導向刀片,從而減少或防止裂紋產生。2 用二硫化鉬浸潤砂輪在擾辯悶常溫狀態下,將粉狀二硫化鉬與無水乙醇製成混合溶液,然後在密閉容器內(防止乙醇揮發)將新的普通砂輪浸泡在混合溶液中,14小時後取出,自然乾燥18~20小時,使砂輪完全晾乾。
經上述處理的砂輪內部空隙中充滿二硫化鉬,對磨粒可起到潤滑作用,使砂輪排屑良好,不易堵塞。試緩彎驗證明,用二硫化鉬浸潤過的砂輪磨削硬質合金刀片時,磨削鋒利,磨粒不易鈍化,工件變形小,排屑順暢,磨屑形狀基本呈帶狀,可帶走大部分磨削熱,從而改善磨削效果,提高刀片成品率。
3 合理選用磨削用量若刃磨過程中摩擦力過大,可導致磨削溫度急劇上升,刀片易發生爆裂,因此合理選用磨削用量十分重要。金機通提示常用的合理磨削用量為:圓周速度v=10~15m/min,進給量f縱=0.5~1.0m/min,f橫=0.01~0.02mm/行程。
手工刃磨時,縱向和橫向進給量均不宜過大。4 其它工藝措施刀桿剛性不足、刀具夾持不穩、機床主軸跳動等均可能引起刃磨裂紋的產生,因此,由機床、砂輪、夾具和刀具組成的加工系統應具有足夠剛性,且應控制砂輪的軸向和徑向跳動。
造成硬質合金刀具產生刃磨裂紋的因素較多,只有選用合適的砂輪,同時採用合理的磨削工藝,才能有效避免裂紋產生,提高刃磨質量。
2.硬質合金刀具材料如何分類的
常用的硬質合金以 WC為主要成分,根據是否加入其它碳化物而分為以下幾類: 鎢鈷類( WC+Co)硬質合金( YG) 它由 WC和 Co組成,具有較高的抗彎強度的韌性,導熱性好,但耐熱性和耐磨性較差,主要用於加工鑄鐵和有色金屬。
細晶粒的 YG類硬質合金(如 YG3X、YG6X),在含鈷量相同時,其硬度耐磨性比 YG3、YG6高,強度和韌性稍差,適用於加工硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、硬青銅等。 鎢鈦鈷類( WC+TiC+Co)硬質合金灶芹( YT) 由於 TiC的硬度和熔點均比 WC高,所以和 YG相比,其硬度、耐磨性、紅硬性增大,粘結溫度高,抗氧化能力強,而且在高溫下會生成 TiO 2,可減少粘結。
但導熱性能較差,抗彎強度低,所以它適用於加工鋼材等韌性材料。
3.什麼地方使用硬質合金
硬質合金主要應用在金屬加工的刀具、刃具和地質鑽探、盾構施工的鑽頭和刀具中。
製造切削工具、刀具、鈷具和耐磨零部件,廣泛應用於軍工、航天航空、機械加工、冶金、石油鑽井、礦山工具、電子通訊、建築等領域。 硬質合金是由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝製成的一種合金材料。
硬質合金具有硬度高、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℃時仍有很高的硬度。
4.刀具刀頭
你好,焊接式切削刀具結構應具有足夠的剛性足夠的剛性是以最大允許的外形尺寸以及採用較高強度的鋼號和熱處理來保證.硬質合金刀具刀片應固定牢靠硬質合金刀具焊接刀片應有足夠的固定牢靠程度,它是靠刀槽及焊接質量來保證的,故要根據刀片形狀及刀具幾何參數選擇刀片鑲槽形狀.認真檢查刀桿。
在將硬質合金刀具刀片焊接至刀桿上以前須要對刀片,刀桿進行必要的檢查,首先應檢查刀片支承面不能有嚴重彎曲.硬質合金刀具焊接面不得有嚴重滲碳層,同時還應將硬質合金刀具刀片表面及刀桿鑲槽中的污垢進行清除,以保證焊接牢靠,為了保證焊接強度,應選擇合適的焊料.在焊接過程中,應保證良好的濕潤性和流動性,並排除氣泡,使焊接與合金焊接面充分接觸,無缺焊現象.。
5.不同的加工方式,如何選擇硬質合金刀片牌號
不同的加工方式,硬質合金刀片的選擇要根據被加工材料的不同而選擇的。
YG3:適用於鑄鐵,有色金屬的精加工。
YG6X、YG6A:適用於鑄鐵,有色金屬的精加工,半精加工,亦可用於錳鋼,淬火鋼加工。
YG6、YG8:適用於鑄鐵,輕合金的粗加工,亦可作鑄鐵,低合金鋼銑削加工。
YW1、YW3、YW4:適用於不銹鋼,普通合金鋼的精加工和半精加工。
YW2:適用於不銹鋼,低合金鋼的半精加工,主要用於火車輪箍加工。
YT15、YT05:適用於鋼,鑄鋼的精加工和半精加工,宜採用中等進給量和較高的切削速度。
YT14、YS25:適用於鋼,鑄鋼的精加工和半精加工,宜採用中等進給量。
YS25專用於鋼,鑄鋼的銑削速度。
YT5:適用於鋼,鑄鋼的重切削加工,在作業條件不好的中,低速度大進給量粗加工。
6.刀具知識
刀具的基本知識 刀具是機械製造中用於切削加工的工具,又稱切削工具。
廣義的切削工具既包括刀具,還包括磨具。 絕大多數的刀具是機用的,但也有手用的。
由於機械製造中使用的刀具基本上都用於切削金屬材料,所以「刀具」一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。
刀具的發展在人類進步的歷史上佔有重要的地位。中國早在公元前28~前20世紀,就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鑽、刀等銅質刀具。
戰國後期(公元前三世紀),由於掌握了滲碳技術,製成了銅質刀具。 當時的鑽頭和鋸,與現代的扁鑽和鋸已有些相似之處。
然而,刀具的快速發展是在18世紀後期,伴隨蒸汽機等機器的發展而來的。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。有關麻花鑽的發明最早的文獻記載是在1822年,但直到1864年才作為商品生產。
那時的刀具是用整體高碳工具鋼製造的,許用的切削速度約為5米/分。1868年,英國的穆舍特製成含鎢的合金工具鋼。
1898年,美國的泰勒和.懷特發明高速鋼。1923年,德國的施勒特爾發明硬質合金。
在採用合金工具鋼時,刀具的切削速度提高到約8米/分,採用高速鋼時,又提高兩倍以上,到採用硬質合金時,又比用高速鋼提高兩倍以上,切削加工出的工件表面質量和尺寸精度也大大提高。 由於高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴,刀具出現焊接和機械夾固式結構。
1949~1950年間,美國開始在車刀上採用可轉位刀片,不久即應用在銑刀和其他刀具上。1938年,德國德古薩公司取得關於陶瓷刀具的專利。
1972年,美國通用電氣公司生產了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年,瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法,生產碳化鈦塗層硬質合金刀片的專利。1972年,美國的邦沙和拉古蘭發展了物理氣相沉積法,在硬質合金或高速鋼刀具表面塗覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。
表面塗層方法把基體材料的高強度和韌性,與表層的高硬度和耐磨性結合起來,從而使這種復合材料具有更好的切削性能。 刀具按工件加工表面的形式可分為五類。
加工各種外表面的刀具,包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等;孔加工刀具,包括鑽頭、擴孔鑽、鏜刀、鉸刀和內表面拉刀等;螺紋加工工具,包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等;齒輪加工刀具,包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等;切斷刀具,包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外,還有組合刀具。
按切削運動方式和相應的刀刃形狀,刀具又可分為三類。通用刀具,如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鑽頭、擴孔鑽、鉸刀和鋸等;成形刀具,這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀,如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等;展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件,如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。
各種刀具的結構都由裝夾部分和工作部分組成。整體結構刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上;鑲齒結構刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。
刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內孔套裝在機床的主軸或心軸上,藉助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉力矩,如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。
帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄;圓錐柄靠錐度承受軸向推力,並藉助摩擦力傳遞扭矩;圓柱柄一般適用於較小的麻花鑽、立銑刀等刀具,切削時藉助夾緊時所產生的摩擦力傳遞扭轉力矩。
很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼製成,而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。 刀具的工作部分就是產生和處理切屑的部分,包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結構、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結構要素。
有的刀具的工作部分就是切削部分,如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等;有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準部分,如鑽頭、擴孔鑽、鉸刀、內表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑,校準部分的作用是修光已切削的加工表面和引導刀具。
刀具工作部分的結構有整體式、焊接式和機械夾固式三種。整體結構是在刀體上做出切削刃;焊接結構是把刀片釺焊到鋼的刀體上;機械夾固結構又有兩種,一種是把刀片夾固在刀體上,另一種是把釺焊好的刀頭夾固在刀體上。
硬質合金刀具一般製成焊接結構或機械夾固結構;瓷刀具都採用機械夾固結構。 刀具切削部分的幾何參數對切削效率的高低和加工質量的好壞有很大影響。
增大前角,可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形,減小切屑流經前面的摩擦阻力,從而減小切削力和切削熱。但增大前角,同時會降低切削刃的強度,減小刀頭的散熱體積。
在選擇刀具的角度時,需要考慮多種因素的影響,如工件材料、刀具材料、加工性質(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,是指製造和測量用的標注角度在實際工作時,由於刀具的安裝位置不同和切削運動方向的。
㈥ 硬質合金刀具材料都有哪些基礎知識
硬質合金是使用最廣泛的一類高速加工(HSM)刀具材料,此類材料是通過粉末冶金工藝生產的,由硬質碳化物(通常為碳化鎢WC)顆粒和質地較軟的金屬結合劑組成。目前,有數百種不同成分的WC基硬質合金,它們中大部分都採用鈷(Co)作為結合劑,鎳(Ni)和鉻(Cr)也是常用的結合劑元素,另外還可以添加其他一些合金元素。為什麼有如此之多的硬質合金牌號?刀具製造商如何為某種特定的切削加工選擇正確的刀具材料?為了回答這些問題,首先讓我們了解一下使硬質合金成為一種理想刀具材料的各種特性。
硬度與韌性:
WC-Co硬質合金在兼具硬度和韌性方面具有獨到優勢。碳化鎢(WC)本身具有很高的硬度(超過剛玉或氧化鋁),而且在工作溫度升高時其硬度也很少下降。但是,它缺乏足夠的韌性,而這對於切削刀具是必不可少的性能。為了利用碳化鎢的高硬度,並改善其韌性,人們利用金屬結合劑將碳化鎢結合在一起,從而使這種材料既具有遠遠超過高速鋼的硬度,同時又能夠承受在大多數切削加工中的切削力。此外,它還能承受高速加工所產生的切削高溫。
如今,幾乎所有的WC-Co刀具和刀片都採用了塗層,因此,基體材料的作用似乎顯得不太重要了。但實際上,正是WC-Co材料的高彈性系數(衡量剛度的指標,WC-Co的室溫彈性系數約為高速鋼的三倍)為塗層提供了不變形的基底。WC-Co基體還能提供所需要的韌性。這些性能都是WC-Co材料的基本特性,但也可以在生產硬質合金粉體時,通過調整材料成分和微觀結構而定製材料性能。因此,刀具性能與特定加工的適配性在很大程度上取決於最初的制粉工藝。
制粉工藝:
碳化鎢粉是通過對鎢(W)粉進行滲碳處理而獲得的。碳化鎢粉的特性(尤其是其粒度)主要取決於原料鎢粉的粒度以及滲碳的溫度和時間。化學控制也至關重要,碳含量必須保持恆定(接近重量比為6.13%的理論配比值)。為了通過後續工序來控制粉體粒度,可以在滲碳處理之前添加少量的釩和/或鉻。不同的下游工藝條件和不同的最終加工用途需要採用特定的碳化鎢粒度、碳含量、釩含量和鉻含量的組合,通過這些組合的變化,可以產生各種不同的碳化鎢粉。例如,碳化鎢粉生產商ATI Alldyne公司共生產23種標准牌號的碳化鎢粉,而根據用戶要求定製的碳化鎢粉品種可達標准牌號碳化鎢粉的5倍以上。
在將碳化鎢粉與金屬結合劑一起進行混合碾磨以生產某種牌號硬質合金粉料時,可以採用各種不同的組合方式。最常用的鈷含量為3%-25%(重量比),而在需要增強刀具抗腐蝕性的情況下,則需要加入鎳和鉻。此外,還可以通過添加其他合金成分,進一步改良金屬結合劑。例如,在WC-Co硬質合金中添加釕,可在不降低其硬度的前提下顯著提高其韌性。增加結合劑的含量也可以提高硬質合金的韌性,但卻會降低其硬度。
減小碳化鎢顆粒的尺寸可以提高材料的硬度,但在燒結工藝中,碳化鎢的粒度必須保持不變。燒結時,碳化鎢顆粒通過溶解再析出的過程結合和長大。在實際燒結過程中,為了形成一種完全密實的材料,金屬結合劑要變成液態(稱為液相燒結)。通過添加其他過渡金屬碳化物,包括碳化釩(VC)、碳化鉻(Cr3C2)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)和碳化鈮(NbC),可以控制碳化鎢顆粒的長大速度。這些金屬碳化物通常是在將碳化鎢粉與金屬結合劑一起進行混合碾磨時加入,盡管碳化釩和碳化鉻也可以在對碳化鎢粉進行滲碳時形成。
利用回收的廢舊硬質合金材料也可以生產牌號碳化鎢粉料。廢舊硬質合金的回收和再利用在硬質合金行業已有很長歷史,是該行業整個經濟鏈的一個重要組成部分,它有助於降低材料成本、節約自然資源和避免對廢棄材料進行無害化處置。廢舊硬質合金一般可通過APT(仲鎢酸銨)工藝、鋅回收工藝或通過粉碎後進行再利用。這些「再生」碳化鎢粉通常具有更好的、可預測的緻密性,因為其表面積比直接通過鎢滲碳工藝製成的碳化鎢粉更小。
碳化鎢粉與金屬結合劑混合碾磨的加工條件也是至關重要的工藝參數。兩種最常用的碾磨技術是球磨和超微碾磨。這兩種工藝都能使碾磨的粉料均勻混合,並能減小顆粒尺寸。為使以後壓制的工件具有足夠的強度,能保持工件形狀,並使操作者或機械手能拿起工件進行操作,在碾磨時通常還需要添加一種有機結合劑。這種結合劑的化學成分可以影響壓製成工件的密度和強度。為了有利於操作,最好添加高強度的結合劑,但這樣會導致壓制密度較低,並可能會產生硬塊,造成在最後成品中存在缺陷。
完成碾磨後,通常會對粉料進行噴霧乾燥,產生由有機結合劑凝聚在一起的自由流動團塊。通過調整有機結合劑的成分,可以根據需要定製這些團塊的流動性和裝料密度。通過篩選出較粗或較細的顆粒,還可以進一步定製團塊的粒度分布,以確保其在裝入模腔時具有良好的流動性。
工件製造:
硬質合金工件可採用多種工藝方法成型。根據工件的尺寸、形狀復雜水平和生產批量,大部分切削刀片都是採用頂壓和底壓式剛性模具模壓成型。在每一次壓制時,為了保持工件重量和尺寸的一致性,必須保證流入模腔的粉料量(質量和體積)都完全相同。粉料的流動性主要通過團塊的尺寸分布和有機結合劑的特性來控制。通過在裝入模腔的粉料上施加10-80ksi(千磅/平方英尺)的成型壓力,就可以形成模壓工件(或稱「坯件」)。
即便在極高的成型壓力下,堅硬的碳化鎢顆粒也不會變形或破碎,而有機結合劑卻被壓入碳化鎢顆粒之間的縫隙之中,從而起到固定顆粒位置的作用。壓力越高,碳化鎢顆粒的結合就越緊密,工件的壓制密度就越大。牌號硬質合金粉料的模壓特性可能各不相同,取決於金屬結合劑的含量、碳化鎢顆粒的尺寸和形狀、形成團塊的程度,以及有機結合劑的成分和添加量。為了提供有關牌號硬質合金粉料壓制特性的量化信息,通常由粉料生產商來設計構建模壓密度與成型壓力的對應關系。這種信息可確保提供的粉料與刀具製造商的模壓工藝協調一致。
大尺寸硬質合金工件或具有高長寬比的硬質合金工件(如立銑刀和鑽頭的刀桿)通常採用在一個柔性料袋中均衡壓制牌號硬質合金粉料來製造。雖然均衡壓製法的生產周期比模壓法要長一些,但刀具的製造成本較低,因此該方法更適合小批量生產。
這種工藝方法是將粉料裝入料袋中,並將袋口密封,然後將裝滿粉料的料袋置於一個腔室中,通過液壓裝置施加30-60ksi的壓力進行壓制。壓製成的工件通常要在燒結之前加工成特定的幾何形狀。料袋的尺寸被加大,以適應壓緊過程中的工件收縮,並為磨削加工提供足夠的餘量。由於工件在壓製成型後要進行加工,因此對裝料一致性的要求不像模壓法那樣嚴格,但是,仍然希望能保證每一次裝入料袋的粉料量相同。如果粉料的裝料密度過小,就可能導致裝入料袋的粉料不足,從而造成工件尺寸偏小而不得不報廢。如果粉料的裝料密度過大,裝入料袋的粉料過多,工件在壓製成型後就需要加工去除更多的粉料。盡管去除的多餘粉料和報廢的工件都可以回收再用,但這樣做畢竟會降低生產效率。
硬質合金工件還可以利用擠出模或注射模進行成型加工。擠出成型工藝更適合軸對稱形狀工件的大批量生產,而注射成型工藝通常用於復雜形狀工件的大批量生產。在這兩種成型工藝中,牌號硬質合金粉末懸浮在有機結合劑中,結合劑賦予硬質合金混合料像牙膏那樣的均勻一致性。然後,混合料或者通過一個孔被擠出成型,或者被注入一個模腔中成型。牌號硬質合金粉料的特性決定了混合料中粉末與結合劑的最佳比例,並對混合料通過擠出孔或注入模腔的流動性具有重要影響。
當工件通過模壓法、均衡壓製法、擠出模或注射模成型法成型後,在最終燒結階段之前,需要從工件中去除有機結合劑。燒結可以去除工件中的孔隙,使其變得完全(或基本上)密實。在燒結時,壓製成型的工件中的金屬結合劑變成液體,但在毛細作用力和顆粒聯系的共同作用下,工件仍然能夠保持其形狀。
在燒結後,工件的幾何形狀保持不變,但尺寸會縮小。為了在燒結後得到所要求的工件尺寸,在設計刀具時就需要考慮其收縮率。在設計用於製造每種刀具的牌號硬質合金粉料時,都必須保證其在適當壓力下壓緊時具有正確的收縮率。
幾乎在所有情況下,都需要對燒結後的工件進行燒結後處理。對切削刀具最基本的處理方式是刃磨切削刃。許多刀具在燒結後還需要對其幾何形狀和尺寸進行磨削加工。有些刀具需要磨削頂部和底部;另一些刀具則需要進行外周磨削(需要或無需刃磨切削刃)。磨削產生的所有硬質合金磨屑都可以回收再利用。
工件塗層:
在許多情況下,成品工件需要進行塗層。塗層能夠提供潤滑性和增加硬度,還能為基體提供擴散屏障,使其暴露於高溫下時可防止氧化。硬質合金基體對於塗層的性能至關重要。除了定製基體粉料的主要特性以外,還可以通過化學選擇和改變燒結方法定製基體的表面特性。通過鈷的遷移,可在刀片表面最外層20-30μm厚度內富集相對於工件其餘部位更多的鈷,從而賦予基體表層更好的強韌性,使其具有較強的抗變形能力。
刀具製造商基於自己的製造工藝(如脫蠟方法、加熱速度、燒結時間、溫度和滲碳電壓),可能會對使用的牌號硬質合金粉料提出一些特殊要求。有些刀具製造商可能是在真空爐中燒結工件,而另一些刀具製造商則可能使用熱等靜壓(HIP)燒結爐(它是在工藝循環臨近結束時才對工件加壓,以消除任何殘留孔隙)。在真空爐中燒結的工件可能還需要通過另外的工序進行熱等靜壓處理,以提高工件密度。有些刀具製造商可能會採用較高的真空燒結溫度,以提高具有較低鈷含量混合料的燒結密度,但這種方法可能會使其顯微結構變得粗大。為了保持細小的晶粒尺寸,可以選用碳化鎢顆粒尺寸較小的粉料。為了與特定的生產設備相匹配,脫蠟條件和滲碳電壓對硬質合金粉料中碳含量的高低也有不同的要求。
所有這些因素都會對燒結出的硬質合金刀具的顯微結構和材料性能產生至關重要的影響,因此,在刀具製造商與粉料提供商之間需要進行密切的溝通,以確保根據刀具製造商的生產工藝定製牌號硬質合金粉料。因此,有數百種不同的硬質合金粉料牌號也就不足為奇了。例如,ATI Alldyne公司生產的不同粉料牌號就超過600種,其中每一種牌號都是針對目標用戶和特定用途而專門設計的。
牌號分類:
不同種類的碳化鎢粉、混合料成分和金屬結合劑含量、晶粒長大抑制劑的類型和用量等的組合變化,構成了形形色色的硬質合金牌號。這些參數將決定硬質合金的顯微結構及其特性。某些特定的性能組合已成為一些特定加工用途的首選,從而使對多種硬質合金牌號進行分類具有了意義。
兩種最常用的、面向加工用途的硬質合金分類體系分別為C牌號體系和ISO牌號體系。盡管這兩種體系都不能完全反映影響硬質合金牌號選擇的材料特性,但它們提供了一個探討的起點。對於每種分類法,許多製造商都有它們自己的特殊牌號,由此產生了形形色色、五花八門的各種硬質合金牌號。
硬質合金牌號還可以按照成分來分類。碳化鎢(WC)牌號可分為三種基本類型:單純型、微晶型和合金型。單純型牌號主要由碳化鎢和鈷結合劑構成,但其中也可能含有少量晶粒長大抑制劑。微晶型牌號由碳化鎢和添加了幾千分之一碳化釩(VC)和(或)碳化鉻(Cr3C2)的鈷結合劑構成,其晶粒尺寸可達到1μm以下。合金型牌號則是由碳化鎢和含有百分之幾碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)和碳化鈮(NbC)的鈷結合劑構成,這些添加物又稱為立方碳化物,因為其燒結後的顯微結構呈現出不均勻的三相結構。
(1)單純型硬質合金牌號
用於金屬切削加工的此類牌號通常含有3%-12%的鈷(重量比)。碳化鎢晶粒的尺寸范圍通常在1-8μm之間。與其他牌號一樣,減小碳化鎢的粒度可以提高其硬度和橫向斷裂強度(TRS),但會降低其韌性。單純型牌號的硬度通常在HRA89-93.5之間;橫向斷裂強度通常在175-350ksi之間。此類牌號的粉料中可能含有大量回收再用的原料。
單純型牌號在C牌號體系中可分為C1-C4,在ISO牌號體系中可按K、N、S和H牌號系列進行分類。具有中間特性的單純型牌號可以歸類為通用牌號(如C2或K20),可用於車削、銑削、刨削和鏜削加工;晶粒尺寸較小或鈷含量較低、硬度較高的牌號可以歸類為精加工牌號(如C4或K01);晶粒尺寸較大或鈷含量較高、韌性較好的牌號可以歸類為粗加工牌號(如C1或K30)。
用單純型牌號製造的刀具可用於切削加工鑄鐵、200和300系列不銹鋼、鋁和其他有色金屬、高溫合金和淬硬鋼。此類牌號還能應用於非金屬切削領域(如作為岩石和地質鑽探工具),這些牌號的晶粒尺寸范圍在1.5-10μm(或更大),鈷含量為6%-16%。單純型硬質合金牌號的另一種非金屬切削類用途是製造模具和沖頭,這些牌號通常具有中等大小的晶粒尺寸,鈷含量為16%-30%。
(2)微晶型硬質合金牌號
此類牌號通常含有6%-15%的鈷。在液相燒結時,添加的碳化釩和(或)碳化鉻可以控制晶粒長大,從而獲得粒度小於1μm的細晶粒結構。這種微細晶粒牌號具有非常高的硬度和500ksi以上的橫向斷裂強度。高強度與足夠的韌性相結合,使此類牌號的刀具可以採用更大的正前角,從而能通過切削而不是推擠金屬材料來減小切削力和產生較薄的切屑。
通過在牌號硬質合金粉料的生產中對各種原材料進行嚴格的品質鑒定,以及對燒結工藝條件實施嚴格的控制,防止在材料顯微結構中形成非正常的大晶粒,就能獲得適當的材料性能。為了保持晶粒尺寸細小且均勻一致,只有在能對原料和回收工藝進行全面控制,以及實施廣泛質量檢測的情況下,才能使用回收的再生粉料。
微晶型牌號可在ISO牌號體系中可按M牌號系列進行分類,除此以外,在C牌號體系和ISO牌號體系中的其他分類方法與單純型牌號相同。微晶牌號可用於製造切削較軟工件材料的刀具,因為這種刀具的表面可以加工得非常光滑,並能保持極其鋒利的切削刃。
微晶牌號刀具還能用於加工鎳基超級合金,因為這種刀具能夠承受高達1200℃的切削溫度。對於高溫合金和其他特殊材料的加工,採用微晶牌號刀具和含釕的單純牌號刀具,能夠同時提高其耐磨性、抗變形能力和韌性。微晶牌號還適合製造會產生剪切應力的旋轉刀具(如鑽頭)。有一種鑽頭採用復合牌號的硬質合金製造,在同一支鑽頭的特定部位,材料中的鈷含量各不相同,從而根據加工需要優化了鑽頭的硬度和韌性。
(3)合金型硬質合金牌號
此類牌號主要用於切削加工鋼件,其鈷含量通常為5%-10%,晶粒尺寸范圍為0.8-2μm。通過添加4%-25%的碳化鈦(TiC),可以減小碳化鎢(WC)擴散到鋼屑表面的傾向。通過添加不超過25%的碳化鉭(TaC)和碳化鈮(NbC),可以改善刀具的強度、抗月牙窪磨損能力和耐熱沖擊性。添加此類立方碳化物還能提高刀具的紅硬性,在重載切削或切削刃會產生高溫的其他加工中,有助於避免刀具發生熱變形。此外,碳化鈦在燒結過程中能提供成核位置,改善立方碳化物在工件中的分布均勻性。
一般來說,合金型硬質合金牌號的硬度范圍為HRA91-94,橫向斷裂強度為150-300ksi。與單純型牌號相比,合金型牌號的耐磨料磨損性能較差,且強度較低,但其耐粘結磨損的性能更好。合金型牌號在C牌號體系中可分為C5-C8,在ISO牌號體系中可按P和M牌號系列進行分類。具有中間特性的合金型牌號可以歸類為通用牌號(如C6或P30),可用於車削、攻絲、刨削和銑削加工。硬度最高的牌號可以歸類為精加工牌號(如C8和P01),用於精車和鏜削加工。這些牌號通常具有較小的晶粒尺寸和較低的鈷含量,以獲得所需要的硬度和耐磨性。不過,通過添加較多的立方碳化物也能獲得類似的材料特性。韌性最好的牌號可以歸類為粗加工牌號(如C5或P50)。這些牌號通常具有中等大小的粒度和高鈷含量,立方碳化物的添加量也較少,以通過抑制裂紋擴展而獲得所需要的韌性。在斷續車削加工中,通過採用上述刀具表面具有較高鈷含量的富鈷牌號,還可以進一步提高切削性能。
碳化鈦含量較低的合金型牌號用於切削加工不銹鋼和可鍛鑄鐵,但也可用於加工有色金屬(如鎳基超級合金)。這些牌號的晶粒尺寸通常小於1μm,鈷含量為8%-12%。硬度較高的牌號(如M10)可用於車削加工可鍛鑄鐵;而韌性較好的牌號(如M40)可用於銑削和刨削鋼件,或者用於車削不銹鋼或超級合金。
合金型硬質合金牌號還能用於非金屬切削類用途,主要用於製造耐磨零件。這些牌號的粒度通常為1.2-2μm,鈷含量為7%-10%。在生產這些牌號時,通常會加入很大比例的回收原料,從而在耐磨零件的應用中獲得較高的成本效益。耐磨零件需要具有很好的耐腐蝕性和較高的硬度,在生產此類牌號時,可以通過添加鎳和碳化鉻來獲得這些性能。
為了滿足刀具製造商在技術性和經濟性上的雙重要求,硬質合金粉料是關鍵要素。針對刀具製造商的加工設備和工藝參數而設計的粉料可確保成品工件的性能,並導致出現了數百種硬質合金牌號。硬質合金材料可循環利用的特點以及可直接與粉料提供商合作的能力,使刀具製造商能夠有效控制其產品質量和材料成本。