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硬质合金刀具材料基础知识都在这里,钨钢合金锯片

浏览:30 - 发布日期:2019-10-25 【

  硬质合金是运用最遍及的一类高速加工(HSM)刀具材料,此类材料是通过粉末冶金工艺消费的,由硬质碳化物(一般为碳化钨WC)颗粒和质地较软的金属别离剂组成。为您推荐钨钢合金锯片。目前,有数百种不同成分的WC基硬质合金,它们中大部分都选用钴(Co)作为别离剂,镍(Ni)和铬(Cr)也是常用的别离剂元素,别的还能够增加其他一些合金元素。为什么有如此之多的硬质合金商标?刀具制作商如何为某种特定的切削加工挑选正确的刀具材料?为了答复这些问题,首先让我们理解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。

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  硬度与耐性。为您推荐钨钢合金锯片


  WC-Co硬质合金在兼具硬度和耐性方面具有独特优势。碳化钨(WC)自身具有很高的硬度(逾越刚玉或氧化铝),而且在工作温度升高时其硬度也很少降落。但是,它缺少足够的耐性,而这关于切削刀具是必不可少的功能。为了使用碳化钨的高硬度,并改进其耐性,人们使用金属别离剂将碳化钨别离在一起,然后使这种材料既具有远远逾越高速钢的硬度,一起又能够承受在大多数切削加工中的切削力。此外,它还能承受高速加工所发生的切削高温。


  平常,几乎全部的WC-Co刀具和刀片都选用了涂层,因此,基体材料的效果好像显得不太重要了。但实践上,正是WC-Co材料的高弹性系数(权衡刚度的指标,WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍)为涂层供给了不变形的基底。WC-Co基体还能供给所需求的耐性。这些功能都是WC-Co材料的底子特性,但也能够在消费硬质合金粉体时,通过调整材料成分和微观结构而定制材料功能。因此,刀具功能与特定加工的适配性在很大水平上取决于开始的制粉工艺。


  制粉工艺


  碳化钨粉是通过对钨(W)粉中止渗碳处置而获得的。碳化钨粉的特性(特别是其粒度)首要取决于质料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时刻。化学操控也至关重要,碳含量必需坚持稳定(挨近分量比为6.13%的理论配比值)。为了通过后续工序来操控粉体粒度,能够在渗碳处置之前增加少数的钒和/或铬。不同的下游工艺条件和不同的终究加工用途需求选用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合,通过这些组合的改变,能够发生各种不同的碳化钨粉。例如,碳化钨粉消费商ATI Alldyne公司共消费23种标准商标的碳化钨粉,而根据用户恳求定制的碳化钨粉种类可达标准商标碳化钨粉的5倍以上。


  在将碳化钨粉与金属别离剂一起中止混合碾磨以消费某种商标硬质合金粉料时,能够选用各种不同的组合方法。最常用的钴含量为3%-25%(分量比),而在需求加强刀具抗腐蚀性的情况下,则需求参加镍和铬。此外,还能够通过增加其他合金成分,进一步改进金属别离剂。例如,在WC-Co硬质合金中增加钌,可在不下降其硬度的前提下明显前进其耐性。增加别离剂的含量也能够前进硬质合金的耐性,但却会下降其硬度。


  减小碳化钨颗粒的尺度能够前进材料的硬度,但在烧结工艺中,碳化钨的粒度必需坚持不变。烧结时,碳化钨颗粒通过溶解再分出的进程别离和长大。在实践烧结进程中,为了构成一种完好密实的材料,金属别离剂要变成液态(称为液相烧结)。通过增加其他过渡金属碳化物,包括碳化钒(VC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和碳化铌(NbC),能够操控碳化钨颗粒的长大速度。这些金属碳化物一般是在将碳化钨粉与金属别离剂一起中止混合碾磨时参加,尽管碳化钒和碳化铬也能够在对碳化钨粉中止渗碳时构成。


  使用收回的废旧硬质合金材料也能够消费商标碳化钨粉料。废旧硬质合金的收回和再使用在硬质合金职业已有很长前史,是该职业整个经济链的一个重要组成部分,它有助于下降材料本钱、节省自然资源和防止对抛弃材猜中止无害化处置。废旧硬质合金普通可通过APT(仲钨酸铵)工艺、锌收回工艺或通过粉碎后中止再使用。这些“再生”碳化钨粉一般具有更好的、可预测的致密性,因为其表面积比直接通过钨渗碳工艺制成的碳化钨粉更小。


  碳化钨粉与金属别离剂混合碾磨的加工条件也是至关重要的工艺参数。两种最常用的碾磨技术是球磨和超微碾磨。这两种工艺都能使碾磨的粉料均匀混合,并能减小颗粒尺度。为使以后限制的工件具有足够的强度,能坚持工件外形,并使操作者或机械手能拿起工件中止操作,在碾磨时一般还需求增加一种有机别离剂。这种别离剂的化学成分能够影响限制成工件的密度和强度。为了有利于操作,最好增加高强度的别离剂,但这样会引起限制密度较低,并或许会产僵硬块,构成在终究废品中存在缺陷。


  完成碾磨后,一般会对粉猜中止喷雾枯燥,发生由有机别离剂凝聚在一起的安闲活动团块。通过调整有机别离剂的成分,能够根据需求定制这些团块的活动性和装料密度。通过挑选出较粗或较细的颗粒,还能够进一步定制团块的粒度分布,以保证其在装入模腔时具有良好的活动性。


  工件制作


  硬质合金工件可选用多种工艺方法成型。根据工件的尺度、外形杂乱程度和消费批量,大部分切削刀片都是选用顶压和底压式刚性模具模压成型。在每一次限制时,为了坚持工件分量和尺度的不合性,必需保证流入模腔的粉料量(质量和体积)都完好相同。粉料的活动性首要通过团块的尺度分布和有机别离剂的特性来操控。通过在装入模腔的粉料上施加10-80ksi(千磅/平方英尺)的成型压力,就能够构成模压工件(或称“坯件”)。


  即便在极高的成型压力下,坚固的碳化钨颗粒也不会变形或破碎,而有机别离剂却被压入碳化钨颗粒之间的缝隙之中,然后起到固定颗粒位置的效果。压力越高,碳化钨颗粒的别离就越紧密,工件的限制密度就越大。商标硬质合金粉料的模压特性或许各不相同,取决于金属别离剂的含量、碳化钨颗粒的尺度和外形、构成团块的水平,以及有机别离剂的成分和增加量。为了供给有关商标硬质合金粉料限制特性的量化信息,一般由粉料消费商来规划构建模压密度与成型压力的对应关系。这种信息可保证供给的粉料与刀具制作商的模压工艺谐和不合。


  大尺度硬质合金工件或具有高长宽比的硬质合金工件(如立铣刀和钻头的刀杆)一般选用在一个柔性料袋中平衡限制商标硬质合金粉料来制作。当然平衡限制法的消费周期比模压法要长一些,但刀具的制构本钱较低,因此该方法更适宜小批量消费。


  这种工艺方法是将粉料装入料袋中,并将袋口密封,然后将装满粉料的料袋置于一个腔室中,通过液压装置施加30-60ksi的压力中止限制。限制成的工件一般要在烧结之前加工成特定的几许外形。料袋的尺度被加大,以适应压紧进程中的工件收缩,并为磨削加工供给足够的余量。因为工件在限制成型后要中止加工,因此对装料不合性的恳求不像模压法那样严峻,但是,仍然希望能保证每一次装入料袋的粉料量相同。假设粉料的装料密渡过小,就或许引起装入料袋的粉料缺少,然后构成工件尺度偏小而不得不作废。假设粉料的装料密渡过大,装入料袋的粉料过多,工件在限制成型后就需求加工去除更多的粉料。尽管去除的多余粉料和作废的工件都能够收回再用,但这样做毕竟会下降消费功率。


  硬质合金工件还能够使用挤出模或注射模中止成型加工。挤出成型工艺更适宜轴对称外形工件的大批量消费,而注射成型工艺一般用于杂乱外形工件的大批量消费。在这两种成型工艺中,商标硬质合金粉末悬浮在有机别离剂中,别离剂赋予硬质合金混合料像牙膏那样的均匀不合性。然后,混合料或者通过一个孔被挤出成型,或者被注入一个模腔中成型。商标硬质合金粉料的特性抉择了混合猜中粉末与别离剂的最佳比例,并对混合料通过挤出孔或注入模腔的活动性具有重要影响。


  当工件通过模压法、平衡限制法、挤出模或注射模成型法成型后,在终究烧结阶段之前,需求从工件中去除有机别离剂。烧结能够去除工件中的孔隙,使其变得完好(或底子上)密实。在烧结时,限制成型的工件中的金属别离剂变成液体,但在毛细效果力和颗粒联络的共同效果下,工件仍然能够坚持其外形。


  在烧结后,工件的几许外形坚持不变,但尺度会减少。为了在烧结后得到所恳求的工件尺度,在规划刀具时就需求思索其收缩率。在规划用于制作每种刀具的商标硬质合金粉料时,都必需保证其在恰当压力下压紧时具有正确的收缩率。


  几乎在全部情况下,都需求对烧结后的工件中止烧结后处置。对切削刀具最底子的处置方法是刃磨切削刃。许多刀具在烧结后还需求对其几许外形和尺度中止磨削加工。有些刀具需求磨削顶部和底部;另一些刀具则需求中止外周磨削(需求或无需刃磨切削刃)。磨削发生的全部硬质合金磨屑都能够收回再使用。


  工件涂层


  在许多情况下,废品工件需求中止涂层。涂层能够供给光滑性和增加硬度,还能为基体供给分散屏障,使其露出于高温下时可防止氧化。硬质合金基体关于涂层的功能至关重要。除了定制基体粉料的首要特性以外,还能够通过化学挑选和改动烧结方法定制基体的表面特性。通过钴的搬迁,可在刀片表面最外层20-30μm厚度内富集相关于工件其他部位更多的钴,然后赋予基体表层更好的强耐性,使其具有较强的抗变形才干。


  刀具制作商基于自己的制作工艺(如脱蜡方法、加热速度、烧结时刻、温度和渗碳电压),或许会对运用的商标硬质合金粉料提出一些特别恳求。有些刀具制作商或许是在真空炉中烧结工件,而另一些刀具制作商则或许运用热等静压(HIP)烧结炉(它是在工艺循环临近完毕时才对工件加压,以消弭任何残留孔隙)。在真空炉中烧结的工件或许还需求通过别的的工序中止热等静压处置,以前进工件密度。有些刀具制作商或许会选用较高的真空烧结温度,以前进具有较低钴含量混合料的烧结密度,但这种方法或许会使其显微结构变得粗大。为了坚持细微的晶粒尺度,能够选用碳化钨颗粒尺度较小的粉料。为了与特定的消费设备相匹配,脱蜡条件和渗碳电压对硬质合金粉猜中碳含量的上下也有不同的恳求。


  全部这些要素都会对烧结出的硬质合金刀具的显微结构和材料功能发生至关重要的影响,因此,在刀具制作商与粉料供给商之间需求中止亲密的交流,以保证根据刀具制作商的消费工艺定制商标硬质合金粉料。因此,有数百种不同的硬质合金粉料商标也就屡见不鲜了。例如,ATI Alldyne公司消费的不同粉料商标就逾越600种,其间每一种商标都是针对意图用户和特定用途而特地规划的。


  商标分类


  不同种类的碳化钨粉、混合料成分和金属别离剂含量、晶粒长大遏止剂的类型和用量等的组合改变,构成了形形色色的硬质合金商标。这些参数将抉择硬质合金的显微结构及其特性。某些特定的功能组合已成为一些特定加工用途的首选,然后使对多种硬质合金商标中止分类具有了含义。


  两种最常用的、面向加工用途的硬质合金分类系统分别为C商标系统和ISO商标系统。尽管这两种系统都不能完好反映影响硬质合金商标挑选的材料特性,但它们供给了一个评论的起点。关于每种分类法,许多制作商都有它们自己的特别商标,由此发生了形形色色、形形色色的各种硬质合金商标。


  硬质合金商标还能够依照成分来分类。碳化钨(WC)商标可分为三种底子类型:单纯型、微晶型和合金型。单纯型商标首要由碳化钨和钴别离剂构成,但其间也或许含有少数晶粒长大遏止剂。微晶型商标由碳化钨和增加了几千分之一碳化钒(VC)和(或)碳化铬(Cr3C2)的钴别离剂构成,其晶粒尺度可抵达1μm以下。合金型商标则是由碳化钨和含有百分之几碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和碳化铌(NbC)的钴别离剂构成,这些增加物又称为立方碳化物,因为其烧结后的显微结构出现出不均匀的三相结构。


  (1)单纯型硬质合金商标


  用于金属切削加工的此类商标一般含有3%-12%的钴(分量比)。碳化钨晶粒的尺度范围一般在1-8μm之间。与其他商标一样,减小碳化钨的粒度能够前进其硬度和横向断裂强度(TRS),但会下降其耐性。单纯型商标的硬度一般在HRA89-93.5之间;横向断裂强度一般在175-350ksi之间。此类商标的粉猜中或许含有大量收回再用的质料。


  单纯型商标在C商标系统中可分为C1-C4,在ISO商标系统中可按K、N、S和H商标系列中止分类。具有中间特性的单纯型商标能够归类为通用商标(如C2或K20),可用于车削、铣削、刨削和镗削加工;晶粒尺度较小或钴含量较低、硬度较高的商标能够归类为精加工商标(如C4或K01);晶粒尺度较大或钴含量较高、耐性较好的商标能够归类为粗加工商标(如C1或K30)。


  用单纯型商标制作的刀具可用于切削加工铸铁、200和300系列不锈钢、铝和其他有色金属、高温合金和淬硬钢。此类商标还能使用于非金属切削领域(如作为岩石和地质钻探东西),这些商标的晶粒尺度范围在1.5-10μm(或更大),钴含量为6%-16%。单纯型硬质合金商标的另一种非金属切削类用途是制作模具和冲头,这些商标一般具有中等巨细的晶粒尺度,钴含量为16%-30%。

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  (2)微晶型硬质合金商标


  此类商标一般含有6%-15%的钴。在液相烧结时,增加的碳化钒和(或)碳化铬能够操控晶粒长大,然后获得粒度小于1μm的细晶粒结构。这种微细晶粒商标具有非常高的硬度和500ksi以上的横向断裂强度。高强度与足够的耐性相别离,使此类商标的刀具能够选用更大的正前角,然后能通过切削而不是推挤金属材料来减小切削力和发生较薄的切屑。


  通过在商标硬质合金粉料的消费中对各种原材猜中止严峻的质量审定,以及对烧结工艺条件实施严峻的操控,防止在材料显微结构中构成非正常的大晶粒,就能获得恰当的材料功能。为了坚持晶粒尺度细微且均匀不合,只要在能对质料和收回工艺中止全面操控,以及实施遍及质量检测的情况下,才干运用收回的再生粉料。


  微晶型商标可在ISO商标系统中可按M商标系列中止分类,除此以外,在C商标系统和ISO商标系统中的其他分类方法与单纯型商标相同。微晶商标可用于制作切削较软工件材料的刀具,因为这种刀具的表面能够加工得非常润滑,并能坚持极点尖锐的切削刃。


  微晶商标刀具还能用于加工镍基超级合金,因为这种刀具能够承受高达1200℃的切削温度。关于高温合金和其他特别材料的加工,选用微晶商标刀具和含钌的单纯商标刀具,能够一起前进其耐磨性、抗变形才干和耐性。微晶商标还适宜制作会发生剪切应力的旋转刀具(如钻头)。有一种钻头选用复合商标的硬质合金制作,在同一支钻头的特定部位,材猜中的钴含量各不相同,然后根据加工需求优化了钻头的硬度和耐性。


  (3)合金型硬质合金商标


  此类商标首要用于切削加工钢件,其钴含量一般为5%-10%,晶粒尺度范围为0.8-2μm。通过增加4%-25%的碳化钛(TiC),能够减小碳化钨(WC)分散到钢屑表面的倾向。通过增加不逾越25%的碳化钽(TaC)和碳化铌(NbC),能够改进刀具的强度、抗月牙洼磨损才干和耐热冲击性。增加此类立方碳化物还能前进刀具的红硬性,在重载切削或切削刃会发生高温的其他加工中,有助于防止刀具发作热变形。此外,碳化钛在烧结进程中能供给成核位置,改进立方碳化物在工件中的分布均匀性。


  普通来说,合金型硬质合金商标的硬度范围为HRA91-94,横向断裂强度为150-300ksi。与单纯型商标相比,合金型商标的耐磨料磨损功能较差,且强度较低,但其耐粘结磨损的功能更好。合金型商标在C商标系统中可分为C5-C8,在ISO商标系统中可按P和M商标系列中止分类。具有中间特性的合金型商标能够归类为通用商标(如C6或P30),可用于车削、攻丝、刨削和铣削加工。硬度最高的商标能够归类为精加工商标(如C8和P01),用于精车和镗削加工。这些商标一般具有较小的晶粒尺度和较低的钴含量,以获得所需求的硬度和耐磨性。不过,通过增加较多的立方碳化物也能获得类似的材料特性。耐性最好的商标能够归类为粗加工商标(如C5或P50)。这些商标一般具有中等巨细的粒度和高钴含量,立方碳化物的增加量也较少,以通过遏止裂纹扩展而获得所需求的耐性。在断续车削加工中,通过选用上述刀具表面具有较高钴含量的富钴商标,还能够进一步前进切削功能。


  碳化钛含量较低的合金型商标用于切削加工不锈钢和可锻铸铁,但也可用于加工有色金属(如镍基超级合金)。这些商标的晶粒尺度一般小于1μm,钴含量为8%-12%。硬度较高的商标(如M10)可用于车削加工可锻铸铁;而耐性较好的商标(如M40)可用于铣削和刨削钢件,或者用于车削不锈钢或超级合金。


  合金型硬质合金商标还能用于非金属切削类用途,首要用于制作耐磨零件。这些商标的粒度一般为1.2-2μm,钴含量为7%-10%。在消费这些商标时,一般会参加很大比例的收回质料,然后在耐磨零件的使用中获得较高的本钱效益。耐磨零件需求具有很好的耐腐蚀性和较高的硬度,在消费此类商标时,能够通过增加镍和碳化铬来获得这些功能。


  为了满足刀具制作商在技术性和经济性上的双重恳求,硬质合金粉料是要害要素。针对刀具制作商的加工设备和工艺参数而规划的粉料可保证废品工件的功能,并引起出现了数百种硬质合金商标。硬质合金材料可循环使用的特性以及可直接与粉料供给商协作的才干,使刀具制作商能够有效操控其产质量量和材料本钱。