金屬陶瓷(硬質(zhì)合金).ppt

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1、硬質(zhì)合金,1.1 硬質(zhì)合金的發(fā)展歷史 硬質(zhì)合金是用粉末冶金生產(chǎn)由難熔金屬化合物和粘接金屬構(gòu)成的組合材料。 現(xiàn)在硬質(zhì)合金的發(fā)明者是德國(guó)人施勒特爾，他于1923年首先用粉末冶金方法生產(chǎn)硬質(zhì)合金。他在專(zhuān)利中所提出的工藝，今天仍在WC-Co硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝中使用。1926年，德國(guó)克虜伯(Krupp)公司首先進(jìn)行硬質(zhì)合金的工業(yè)生產(chǎn)，并以“維迪阿” ( Widia)的商標(biāo)(意為象金剛石）在市場(chǎng)銷(xiāo)售。隨后很快傳到歐美及日本等國(guó)。 硬質(zhì)合金的發(fā)展情況見(jiàn)表1。值得指出的是，自1953年有人首先采用可轉(zhuǎn)位刀片以來(lái)，由于使用這種刀片不用焊接，可隨時(shí)調(diào)換刀片，刀桿可長(zhǎng)期使用，經(jīng)濟(jì)效果顯著，推廣迅速，這

2、是硬質(zhì)合金工業(yè)的重大進(jìn)展之一。六十年代末期，西德克虜伯公司成功研制了涂層硬質(zhì)合金，用此,表1 硬質(zhì)合金的發(fā)展情況,制成的刀片的使用壽命可比標(biāo)準(zhǔn)的可轉(zhuǎn)位刀片高出好幾倍，而且切削速也可以提高2530%，從此獲得了廣泛的應(yīng)用，這是硬質(zhì)合金生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中的又一個(gè)重大進(jìn)展。此外，六十年代末期引入硬質(zhì)合金生產(chǎn)領(lǐng)域的熱靜壓技術(shù)，以及七十年代移植到硬質(zhì)合金生產(chǎn)領(lǐng)域的噴霧干燥技術(shù)，使硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝又向前邁進(jìn)了一大步。 我國(guó)硬質(zhì)合金工業(yè)是從20世紀(jì)50年代初建設(shè)株洲硬質(zhì)合金廠開(kāi)始的，50多年來(lái)，從無(wú)到有，不斷發(fā)展，取得了令世人矚目的成就，但整體技術(shù)水平特別是高附加值制品的生產(chǎn)與世界先進(jìn)水平比較仍存在較大差

3、距。,1.2 粉末冶金方法及其應(yīng)用 20世紀(jì)初研制了一種粉末經(jīng)壓制成型并經(jīng)燒結(jié)而制成零件或毛坯，這種方法稱(chēng)粉末冶金法。,粉末冶金的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面： （1）減摩材料 應(yīng)用最早的是含油軸承。 （2）結(jié)構(gòu)材料 它是用碳鋼或合金鋼的粉末為原料，采用粉末冶金方法制造結(jié)構(gòu)零件。這種制品的精度較高、表面光潔，不需或少需切削加工即為成品零件。 可用于制造液壓泵齒輪、電鉆齒輪、凸輪等。,（3）高熔點(diǎn)材料 一些高熔點(diǎn)的金屬和金屬化合物如W、Mo、WC、TiC等，用熔煉和鑄造方法生產(chǎn)比較困難，可用粉末冶金方法生產(chǎn)，如各種金屬陶瓷、鎢絲及Mo、TA、Nb等難熔金屬和高溫合金。,（4）特殊電磁性能材料

4、 如多孔過(guò)濾材料，假合金材料等 缺點(diǎn)：由于設(shè)備和模具的限制，粉末冶金還只能生產(chǎn)尺寸有限和形狀不很復(fù)雜的制品，燒結(jié)零件的韌性較差，生產(chǎn)效率不高，成本較高。,1.3 硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)用 1.3.1硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn) （1）高硬度、耐磨性好、高熱硬性 （2）抗壓強(qiáng)度、彈性模量高 抗壓強(qiáng)度高可達(dá)6000MPa，但抗彎強(qiáng)度 低，只有高速鋼的1/31/2。彈性模 量很高，韌性很差。 硬質(zhì)合金焊接刀片 （3）耐蝕性和抗氧化性良好，熱膨脹因數(shù)比鋼低 缺點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度低、脆性大、導(dǎo)熱性差 加工：采用電加工（電火花、線切割）和專(zhuān)門(mén)的砂輪磨削,1.3.2硬質(zhì)合金的分類(lèi)、編號(hào),(1)

5、 鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金 由碳化鎢和鈷組成,常用代號(hào)有YG3、YG6、YG8等。代號(hào)中“YG”為“硬”、“鈷”兩字的漢語(yǔ)拼音字首，后面的數(shù)字表示鈷的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)100）。 例如，YG8，表示平均WCo8，其余為碳化鎢的鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金。 WC 刀具,（2）鎢鈷鈦類(lèi)硬質(zhì)合金 由碳化鎢、碳化鈦和鈷組成，常用代號(hào)有YT5、YT15、YT30等。代號(hào)中“YT”為“硬”、“鈦”兩字的漢語(yǔ)拼音字首，后面的數(shù)字表示碳化鈦的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)100）。 硬質(zhì)合金中，碳化物含量越多，鈷含量越少，則硬質(zhì)合金的硬度、熱硬性及耐磨性越高，但強(qiáng)度及韌性越低。 例如，YT15，表示平均WTi15，

6、其余為碳化鎢和鈷含量的鎢鈦鈷類(lèi)硬質(zhì)合金。 TIC 刀具,（3）通用硬質(zhì)合金 主要成分是碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（或碳化鈮）及鈷。這類(lèi)硬質(zhì)合金又稱(chēng)通用硬質(zhì)合金或萬(wàn)能硬質(zhì)合金。 其牌號(hào)由“YW”（“硬”、“萬(wàn)”兩字漢語(yǔ)拼音字首）加順序號(hào)組成，如 YW1。 鎢鈦鉭刀具,1.3.3 硬質(zhì)合金的應(yīng)用 硬質(zhì)合金主要用于制造切削刀具、冷作模具、量具和耐磨零件。鎢鈷類(lèi)合金刀具主要用來(lái)切削加工產(chǎn)生斷續(xù)切屑的脆性材料；鎢鈷鈦類(lèi)合金主要用來(lái)切削加工韌性材料；通用硬質(zhì)合金既可切削脆性材料，又可切削韌性材料。硬質(zhì)合金也用于冷拔模、冷沖

7、模、冷擠壓模及冷鐓模。,硬質(zhì)合金應(yīng)用推薦,1.3.4 鋼結(jié)硬質(zhì)合金 是近年來(lái)發(fā)展的一種新型硬質(zhì)合金，是以一種或幾種碳化物（WC、TiC）等為硬化相，以合金鋼（高速鋼、鉻鉬鋼）粉末為粘結(jié)劑，經(jīng)配料、壓型、燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金具有與鋼一樣的可加工能力，可以鍛造、焊接和熱處理。 缺點(diǎn)：脆性大、韌性低、難以加工成型，制約了工程結(jié)構(gòu)陶瓷發(fā)展及其應(yīng)用。,,1.4 燒結(jié)成型 硬質(zhì)合金燒結(jié)成型就是將粉末壓制成坯料，再進(jìn)燒結(jié)爐加熱到一定溫度（燒結(jié)溫度），并保持一定的時(shí)間（保溫時(shí)間），然后冷卻下來(lái)，從而得到所需性能的硬質(zhì)合金材料 。 硬質(zhì)合金燒結(jié)過(guò)程可以分為四個(gè)基本階段： 1：脫除成形劑及預(yù)燒

8、階段，在這個(gè)階段燒結(jié)體發(fā)生如下變化： 成型劑的脫除，燒結(jié)初期隨著溫度的升高，成型劑逐漸分解或汽化，排除出燒結(jié)體，與此同時(shí)，成型劑或多或少給燒結(jié)體增碳，增碳量將隨成型劑的種類(lèi)、數(shù)量以及燒結(jié)工藝的不同而改變。 粉末表面氧化物被還原，在燒結(jié)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(jié)時(shí)，碳氧反應(yīng)還不強(qiáng)烈。粉末顆粒間的接觸應(yīng)力逐漸消除，粘結(jié)金屬粉末開(kāi)始產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶，表面擴(kuò)散開(kāi)始發(fā)生，壓塊強(qiáng)度有所提高。,2：固相燒結(jié)階段（800--共晶溫度） 在出現(xiàn)液相以前的溫度下，除了繼續(xù)進(jìn)行上一階段所發(fā)生的過(guò)程外，固相反應(yīng)和擴(kuò)散加劇，塑性流動(dòng)增強(qiáng)，燒結(jié)體出現(xiàn)明顯的收縮。 3：液相燒結(jié)階段（

9、共晶溫度--燒結(jié)溫度） 當(dāng)燒結(jié)體出現(xiàn)液相以后，收縮很快完成，接著產(chǎn)生結(jié)晶轉(zhuǎn)變，形成合金的基本組織和結(jié)構(gòu)。 4：冷卻階段（燒結(jié)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(chǎn)生某些變化，可以利用這一特點(diǎn)，對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行熱處理以提高其物理機(jī)械性能。,1.5 發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前硬質(zhì)合金刀具材料牌號(hào)正向著兩個(gè)相反的方向發(fā)展，一方面，通用型牌號(hào)的適用面越來(lái)越廣，通用性越來(lái)越強(qiáng)。另一方面，專(zhuān)用型牌號(hào)越來(lái)越具有針對(duì)性，更加適應(yīng)被加工材料和切削條件，從而達(dá)到提高切削效率的目的。 如：美國(guó)Kennametal公司推出的新的KU系列(KU10T、KU25T、KU30T)牌號(hào)就具有非常廣泛

10、的通用性。其中，KU10T和KU25T采用了具有高韌性的和高耐磨性的硬質(zhì)合金基體，并配以高含鋁量的TiN+TiAlN復(fù)合PVD涂層；而KU30T則采用了韌性極好的富鈷層梯度硬質(zhì)合金基體，配以TiN+TiCN+TiN復(fù)合CVD涂層。新的KU系列牌號(hào)可廣泛適用于鋼、不銹鋼、鑄鐵、非鈦合金、高溫合金和硬材料的車(chē)削、鏜孔、切槽、切斷和螺紋加工。該公司新推出的KC5510和KC5525則是專(zhuān)為高效率加工高溫合金而設(shè)計(jì)的牌號(hào)，晶粒細(xì)化的高鈷硬質(zhì)合金基體，配以高性能的TiAlNPVD涂層，使刀片具有極強(qiáng)的抗熱變形能力，可以比其它PVD涂層刀具提高兩倍以上的切削速度。日本Tungaloy超硬工具株式會(huì)社推出的

11、T6000系列牌號(hào)(T6020、T6030)，則是專(zhuān)為不銹鋼車(chē)削加工開(kāi)發(fā)的CVD牌號(hào)。ISCAR公司推出的專(zhuān)用于高速銑削加工灰鑄鐵和球墨鑄鐵的DO-TEC涂層牌號(hào)(DT7150)，采用了Al2O3-MTCVD內(nèi)涂層加TiAlNPVD外涂層的復(fù)合涂層技術(shù)，具有極高的耐磨性及抗剝落性。,金剛石CVD涂層刀具的性能又有了進(jìn)一步的提高，產(chǎn)品覆蓋了可轉(zhuǎn)位刀具和整體硬質(zhì)合金刀具。廈門(mén)金鷺特種材料有限公司展出了新開(kāi)發(fā)的“青霜”系列超細(xì)結(jié)晶金剛石涂層立銑刀。與通常的金剛石涂層相比，“青霜”系列金剛石涂層為超細(xì)結(jié)晶，平均粒度1m，涂層表面更加光滑，刀具壽命可提高20倍以上。日本OSG公司也展出了適用于石墨電極和

12、銅電極加工的超微粒結(jié)晶金剛石涂層銑刀，結(jié)晶粒度為1m，涂層厚度620m，使刀具的刃口更加鋒利，減少切削中的粘結(jié)，降低了工件表面的粗糙度。美國(guó)SGS刀具公司則推出了非晶體的金剛石(AmorphousDiamond)涂層立銑刀，用以加工最具磨損特性的材料。刀具表面是沿著刀具曲面精確形成的晶瑩光滑的厚度約為1m的非晶體金剛石薄膜，其最顯著的特點(diǎn)是使刀具在具有金剛石極高的抗磨損能力(表面硬度達(dá)6090GPa)的同時(shí)，又具有光滑的刀具表面，降低了刀具表面與工件的摩擦，從而大大降低了切削溫度。此外，非晶體金剛石涂層的另一大特點(diǎn)是對(duì)刀具基體材質(zhì)沒(méi)有特殊要求，可在任何材質(zhì)的刀具基體表面涂覆，其涂覆溫度僅為150。據(jù)介紹SGS非晶體金剛石刀具可比AlTiN涂層刀具的壽命長(zhǎng)6倍。,Thats all Thank you!,