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硬質(zhì)合金是由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。
硬質(zhì)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(yōu)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(zhì)合金廣泛用作刀具材料,如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等,用于切削鑄鐵、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。
中文名硬質(zhì)合金
外文名tungsten carbide、cemented carbide
拼 音yìng zhì hé jīn
工 藝通過粉末冶金工藝制成的合金材料
特 點硬度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕
應(yīng) 用各類車床刀具、鉆頭
硬質(zhì)合金具有很高的硬度、強度、耐磨性和耐腐蝕性,被譽為“工業(yè)牙齒”,用于制造切削工具、刀具、鈷具和耐磨零部件,廣泛應(yīng)用于軍工、航天航空、機械加工、冶金、石油鉆井、礦山工具、電子通訊、建筑等領(lǐng)域,伴隨下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,硬質(zhì)合金市場需求不斷加大。并且未來高新技術(shù)武器裝備制造、尖端科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及核能源的快速發(fā)展,將大力提高對高技術(shù)含量和高質(zhì)量穩(wěn)定性的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的需求。
2用途
1923年,德國的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進(jìn)10%~20%的鈷做粘結(jié)劑,發(fā)明了碳化鎢和鈷的新合金,硬度僅次于金剛石,這是世界上人工制成的第一種硬質(zhì)合金。用這種合金制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(jìn)了一定量的碳化鎢和碳化鈦的復(fù)式碳化物,改善了刀具切削鋼材的性能。這是硬質(zhì)合金發(fā)展史上的又一成就。
硬質(zhì)合金還可用來制作鑿巖工具、采掘工具、鉆探工具、測量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯里、精密軸承、噴嘴、五金模具(如拉絲模具、螺栓模具、螺母模具、以及各種緊固件模具,硬質(zhì)合金的優(yōu)良性能逐步替代了以前的鋼鐵模具)。
近二十年來,涂層硬質(zhì)合金也問世了。1969年瑞典研制成功了碳化鈦涂層刀具,刀具的基體是鎢鈦鈷硬質(zhì)合金或鎢鈷硬質(zhì)合金,表面碳化鈦涂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(jì)70年代已出現(xiàn)第四代涂層工具,可用來切削很難加工的材料。
硬質(zhì)合金是怎樣燒結(jié)而成的?
硬質(zhì)合金是將這種或多種難熔金屬的碳化物和粘接劑金屬,用粉末冶金方法制成的金屬材料。
3性能特點
硬質(zhì)合金焊接刀片
硬度高(86~93HRA,相當(dāng)于69~81HRC);
熱硬性好(可達(dá)900~1000℃,保持60HRC);
耐磨性好。
硬質(zhì)合金刀具比高速鋼切削速度高4~7倍,刀具壽命高5~80倍。制造模具、量具,壽命比合金工具鋼高 20~150倍??汕邢?0HRC左右的硬質(zhì)材料。
但硬質(zhì)合金脆性大,不能進(jìn)行切削加工,難以制成形狀復(fù)雜的整體刀具,因而常制成不同形狀的刀片,采用焊接、粘接、機械夾持等方法安裝在刀體或模具體上使用。
4材料性質(zhì)
編輯
硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物(WC、TiC)微米級粉末為主
硬質(zhì)合金刀具
要成分,以鈷(Co)或鎳(Ni)、鉬(Mo)為粘結(jié)劑,在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。
ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等,由于硬度和熔點特別高,統(tǒng)稱為硬質(zhì)合金。下面以碳化物為重點來說明硬質(zhì)含金的結(jié)構(gòu)、特征和應(yīng)用。
ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬與碳形成的金屬型碳化物中,由于碳原子半徑小,能填充于金屬晶格的空隙中并保留金屬原有的晶格形式,形成間隙固溶體。在適當(dāng)條件下,這類固溶體還能繼續(xù)溶解它的組成元素,直到達(dá)到飽和為止。因此,它們的組成可以在一定范圍內(nèi)變動(例如碳化鈦的組成就在TiC0.5~TiC之間變動),化學(xué)式不符合化合價規(guī)則。當(dāng)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(fā)生變化,使原金屬晶格轉(zhuǎn)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(dāng)前所知道的物質(zhì)中熔點最高的。大多數(shù)碳化物的硬度很大,它們的顯微硬度大于1800kg·mm2(顯微硬度是硬度表示方法之一,多用于硬質(zhì)合金和硬質(zhì)化合物,顯微硬度1800kg·mm2相當(dāng)于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(wěn)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(jìn)入金屬晶格的空隙中,形成間隙固溶體。它們與間隙型碳化物的性質(zhì)相似,能導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熔點高、硬度大,同時脆性也大。
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