硬质合金(硬质合金)是由高熔点金属(W,Mo,Ti,V,Ta等)的碳化物,氮化物,硼化物或硅化物组成的合金的总称。分为铸造和烧结两大类。该铸造合金具有高脆性和低韧性,并且几乎没有实用价值。广泛使用的烧结合金通常由碳化钨或碳化钛和钴粉烧结而成,具有高硬度,耐磨性和热硬度。硬质合金主要用于制造高速切削和加工硬质材料,近年来,在模具行业中碳化物的使用也在增加,因此讨论和研究硬质合金的热处理具有现实意义。

1.硬质合金的特点

硬质合金是通过粉末冶金的方法由难熔金属硬质化合物和金属结合相制成的。常用的硬质化合物是碳化物。作为切削工具的硬质合金,常用的WC,TiC,TaC,NbC等,粘结剂为Co,硬质合金的强度主要取决于Co的含量。因为硬质合金中的硬质合金具有高熔点(例如,Ti C的熔点为3140℃),高硬度(例如,TiC的硬度为3200 HV),良好的化学稳定性和良好的热稳定性,硬度和耐磨性高。性别和化学稳定性远高于高速工具钢。
常用的硬质合金硬质相主要是WC,具有良好的耐磨性。尽管某些碳化物的硬度与WC相近,但它们的耐磨性却不相同。 WC具有较高的屈服强度(6000 MPa),因此更耐塑性变形。 WC的导热系数也很好,导热系数是工具的重要性能指标。 WC的热膨胀系数较低,约为钢的1/3。它的弹性模量是钢的3倍,抗压强度也比钢高。另外,WC在室温下具有良好的抗腐蚀和抗氧化性,良好的电阻性和高的弯曲强度。

碳化钨产品的热处理1

图1 WC-Co合金的准平衡图

2.热处理和合金组织

已经研究了具有不同C / W比的5%与35% WC的WC-Co合金的键合相。结论如下:在缓慢冷却的条件下,合金中会产生γ相或(γ+ WC)相。当存在(γ+η)相时。但是,由于(γ+η)相不稳定,因此在退火后(γ+η)相将转变为稳定的(γ+ WC)相。根据测试结果,绘制出图1所示的准平衡相图(实线是稳定系统的相图,虚线是局部相图,说明了准稳定的η特性相)。
典型的硬质合金的退火(缓慢冷却)主要取决于碳含量:当C / W> 1时,自由碳沉淀在WC-Co相边界上;当碳含量大于1时,自由碳析出。当C / W <1时,合金的显微组织在两种情况下均具有:一个处于三相区域(WC +γ+η)。不可避免地,在合金缓慢冷却之后出现η相。如果在胶凝相中存在如此大量的η相,则出现支化晶粒,并且小晶粒分布不均。如果η相的晶粒较大,则晶粒之间的距离较长,因此有信息表明η相为较高温度。
在另一种情况下,当合金处于两相(WC +γ)区域时,低碳合金退火后,W合金将从Co相中以Co3W的形式析出。反应过程可以由下式表示。 Co面心立方→Co面心立方+ Co3W因此,这种低碳两相WC-Co合金在退火后将转变为三相(WC +γ+ CoW)结构。图2显示了两相WC-Co合金在不同退火温度下W的溶出曲线。该曲线是将两相合金转变为三相(WC +γ+ CoW)合金的临界温度曲线:在曲线温度以上,退火会生成两相微结构合金;在低于曲线的温度下退火会产生包含Co3W的三相结构。

3.热处理工艺对硬度合金力学性能的影响

(1)对强度的影响由于WC在Co中的不同温度下具有不同的固溶度,因此提供了通过固溶体温度淬火和随后的时效使粘合剂相发生沉淀硬化的可能性。淬火可以抑制WC的沉淀和Co(Co密密的六角形,Co面心立方)的均质转变。据报道,淬火后含40%钴的合金的强度可增加约10%,但淬火后含10%钴的合金的强度降低。考虑到工程中常用的硬质合金中钴的含量通常为10%至37%,因此热处理对合金强度的影响非常小。因此有人敢断言淬火不是增加W-Co合金强度的方法。退火还会导致合金强度降低,如表1和3所示。碳化钨的性能随所含Co量和晶粒厚度而变化,如图4所示。

碳化钨产品的热处理2

图2钨在WC-10%Co两相合金中的固溶曲线

碳化钨产品的热处理3

图3 800℃退火对WC-10%Co含量抗弯强度的影响

表2硬质合金典型热处理工艺

碳化钨产品的热处理4

图4 WC硬质合金的性能随Co含量和晶粒尺寸的变化而变化

碳化钨产品的热处理5

图5 WC-Co合金粘结剂相的硬度与时效时间的关系

碳化钨产品的热处理6

图6 WC-Co合金的硬度与时效时间的关系

4.硬质合金涂层

为了进一步改善硬质合金的耐磨性,可以将诸如TiC或TiN的硬质材料气相沉积在其表面上。涂层材料应满足以下要求:
1在低温和高温下应具有较高的硬度。
2.具有良好的化学稳定性。
3应有透气性且无气孔。
4待加工材料的摩擦系数应低。
5与工具主体牢固结合。 6经济且易于生产。在当今世界,硬质合金也是切削工具的主要材料。它还正在扩大其在模具,测量工具和其他领域的应用份额。
综上所述,它主要用于以下几个方面:
1进行连续切割。
2仿形车削,刀深不变。
3要求间歇性车辆低强度行驶。

4钢或灰口铸铁的高速端面铣削。

涂层硬质合金的优点很多,总结如下:
1通用性好。
2.可以提高工件切割面的精度。
3在相同的刀具寿命下,切削速度大大提高。
4在相同的切削速度下,可以延长刀具寿命。
(1)涂层材料大多数国外制造商在涂层刀片上使用TiC涂层,然后再使用TiN涂层。 TiC-TiN复合涂层和Ti(C•N)固溶体涂层逐渐增加。近年来,还开发了许多新的复合涂料。
TiC是目前理想的涂料,其优点是高温硬度,高强度,良好的抗氧化性和耐月牙洼磨损;它的缺点是热膨胀系数大,车身大,抗侧磨损性差。与TiC涂层相比,TiN涂层具有以下优点:涂层刀片在切割时具有形成凹坑的趋势低,并且其热膨胀系数接近于基材,并且对热冲击的敏感性低。并且不太可能形成肿瘤。防侧磨损好,并且易于沉积和控制。缺点是与基材的粘附力较弱。 TiC-TiN复合涂层和Ti(C•N)固溶体涂层是1970年代开发的新型涂层,已成功应用于生产中。
复合涂层硬涂层具有广阔的前景。
(2)镀膜工艺国内外生产TiC镀膜刀片的工艺和设备相似。共同的特点是将经过处理的硬质合金刀片放在沉积反应室中,然后将H2用作载体将TiCl4和甲烷引入反应室。沉积反应。反应温度大致控制在约1000℃。加热方法几乎总是与高频感应加热相同,并且沉积压力大部分为负压。尽管可以在常压下沉积高质量的涂层,但是使用负压沉积更有效,并且涂层更加均匀和致密。尤其是在沉积叶片的数量很大时,使用负压沉积的优势特别明显。
(3)涂层厚度国内外生产的涂层刀片的TiC涂层厚度通常为5〜8μm。 TiN涂层的厚度在8〜12μm的范围内。 (4)涂层基体的涂层性能受基体组成的影响很大,涂层后的叶片基体应满足以下要求:1具有良好的韧性和抗塑性变形性。 2具有较高的硬度。 3其化学成分必须与涂料相匹配,并且相互之间的附着力应牢固。 4在高沉积温度下不会损坏。 5膨胀系数类似于涂层材料的膨胀系数。 6具有良好的导热性。在加工钢材时,应选择WiC-TC-Co或WC-TiC-TaC-Co合金;在加工铸铁或有色金属时,应选择WC-Co合金。不同的加工材料,对涂层合金基体的要求也不同,这意味着涂层也应个性化,任何热处理工艺都不是灵丹妙药,只要在特定条件下发挥其最大功效即可。

5.硬质合金在模具生产中的应用

(1)在切削工具领域,硬质合金即使在800-1000°C的高温下也能保持出色的切削性能。适用于高温下的快速切割,对提高经济效益具有实际意义。因此,它正在逐步取代高速工具钢。制作工具。 2017年,它不仅在车床,刨床,镗刀,三刃铣刀,模切刀和立铣刀中得到广泛使用,而且随着智能制造和工业4.0的不断推广。更广阔的前景展望工具材料无疑是硬质合金的世界。
(2)在模具领域,各种拉丝模和拉丝模基本上由硬质合金制成。用于制造拉链齿的级进模使用YG8和YG15硬质合金制造大直径拉拔模和YG20C硬模。用于多位置渐进模头的合金。非磁性模式通常由YG15和YG20硬质合金制成。 YG8氮离子注入拉丝模的使用寿命增加了一倍以上。简而言之,硬质合金在模具中的应用变得越来越普遍。它也用于量具和其他工具行业,因此将不进行详细描述。

六,结论

对硬质合金进行适当的热处理后,虽然可以提高一点硬度,但考虑到较长的热处理时间和对弯曲强度的不利影响,因此热处理应具有一定的特异性。表面涂层为硬质合金的使用提供了新途径,并且涂层基材,材料,工艺和厚度也应个性化。

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