硬質(zhì)合金刀具基礎(chǔ)知識

1、硬質(zhì)合金刀具材料基礎(chǔ)知識硬質(zhì)合金刀具材料基礎(chǔ)知識瀏覽：文章來源：中國刀具信息網(wǎng)添加人：阿刀添加時間：20110131硬質(zhì)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(chǎn)的，由硬質(zhì)碳化物（通常為碳化鎢WC）顆粒和質(zhì)地較軟的金屬結(jié)合劑組成。目前，有數(shù)百種不同成分的WC基硬質(zhì)合金，它們中大部分都采用鈷（Co）作為結(jié)合劑，鎳（Ni）和鉻（Cr）也是常用的結(jié)合劑元素，另外還可以添加其他一些合金元素。為什么有如此之多

2、的硬質(zhì)合金牌號？刀具制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(zhì)合金成為一種理想刀具材料的各種特性。硬度與韌性WCCo硬質(zhì)合金在兼具硬度和韌性方面具有獨到優(yōu)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，而這對于切削刀具是必不可少的性能。為了利用碳化鎢的高硬度，并改善其韌性，人們利用金屬結(jié)合劑將碳化鎢結(jié)合在一起，從而使

3、這種材料既具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高速鋼的硬度，同時又能夠承受在大多數(shù)切削加工中的切削力。此外，它還能承受高速加工所產(chǎn)生的切削高溫。如今，幾乎所有的WCCo刀具和刀片都采用了涂層，因此，基體材料的作用似乎顯得不太重要了。但實際上，正是WCCo材料的高彈性系數(shù)（衡量剛度的指標(biāo)，WCCo的室溫彈性系數(shù)約為高速鋼的三倍）為涂層提供了不變形的基底。WCCo基體還能提供所需要的韌性。這些性能都是WCCo材料的基本特性，但也可以在生產(chǎn)硬質(zhì)合金粉體時，通過調(diào)整材

4、料成分和微觀結(jié)構(gòu)而定制材料性能。因此，刀具性能與特定加工的適配性在很大程度上取決于最初的制粉工藝。制粉工藝碳化鎢粉是通過對鎢（W）粉進(jìn)行滲碳處理而獲得的。碳化鎢粉的特性（尤其是其粒度）主要取決于原料鎢粉的粒度以及滲碳的溫度和時間?；瘜W(xué)控制也至關(guān)重要，碳含量必須保持恒定（接近重量比為6.13％的理論配比值）。為了通過后續(xù)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采用特定的碳化鎢粒度

5、、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(chǎn)生各種不同的碳化鎢粉。例如，碳化鎢粉生產(chǎn)商ATIAlldyne公司共生產(chǎn)23種標(biāo)準(zhǔn)牌號的碳化鎢粉，而根據(jù)用戶要求定制的碳化鎢粉品種可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)牌號碳化鎢粉的5倍以上。在將碳化鎢粉與金屬結(jié)合劑一起進(jìn)行混合碾磨以生產(chǎn)某種牌號硬質(zhì)合金粉料時，可以采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(qiáng)刀具抗腐蝕性的情況下，則需要加入鎳就越大。牌號硬質(zhì)合金粉料的模壓特性可

6、能各不相同，取決于金屬結(jié)合劑的含量、碳化鎢顆粒的尺寸和形狀、形成團(tuán)塊的程度，以及有機(jī)結(jié)合劑的成分和添加量。為了提供有關(guān)牌號硬質(zhì)合金粉料壓制特性的量化信息，通常由粉料生產(chǎn)商來設(shè)計構(gòu)建模壓密度與成型壓力的對應(yīng)關(guān)系。這種信息可確保提供的粉料與刀具制造商的模壓工藝協(xié)調(diào)一致。大尺寸硬質(zhì)合金工件或具有高長寬比的硬質(zhì)合金工件（如立銑刀和鉆頭的刀桿）通常采用在一個柔性料袋中均衡壓制牌號硬質(zhì)合金粉料來制造。雖然均衡壓制法的生產(chǎn)周期比模壓法要長一些，但刀具

7、的制造成本較低，因此該方法更適合小批量生產(chǎn)。這種工藝方法是將粉料裝入料袋中，并將袋口密封，然后將裝滿粉料的料袋置于一個腔室中，通過液壓裝置施加30－60ksi的壓力進(jìn)行壓制。壓制成的工件通常要在燒結(jié)之前加工成特定的幾何形狀。料袋的尺寸被加大，以適應(yīng)壓緊過程中的工件收縮，并為磨削加工提供足夠的余量。由于工件在壓制成型后要進(jìn)行加工，因此對裝料一致性的要求不像模壓法那樣嚴(yán)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

8、小，就可能導(dǎo)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，工件在壓制成型后就需要加工去除更多的粉料。盡管去除的多余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(chǎn)效率。硬質(zhì)合金工件還可以利用擠出?；蜃⑸淠＿M(jìn)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(chǎn)，而注射成型工藝通常用于復(fù)雜形狀工件的大批量生產(chǎn)。在這兩種成型工藝中，牌號硬質(zhì)合金粉末懸浮在有機(jī)結(jié)合劑中，結(jié)合劑賦予硬

9、質(zhì)合金混合料像牙膏那樣的均勻一致性。然后，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(zhì)合金粉料的特性決定了混合料中粉末與結(jié)合劑的最佳比例，并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(dāng)工件通過模壓法、均衡壓制法、擠出模或注射模成型法成型后，在最終燒結(jié)階段之前，需要從工件中去除有機(jī)結(jié)合劑。燒結(jié)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(jié)時，壓制成型的工件中的金屬結(jié)合劑變成液體，但在毛細(xì)作用力和顆

10、粒聯(lián)系的共同作用下，工件仍然能夠保持其形狀。在燒結(jié)后，工件的幾何形狀保持不變，但尺寸會縮小。為了在燒結(jié)后得到所要求的工件尺寸，在設(shè)計刀具時就需要考慮其收縮率。在設(shè)計用于制造每種刀具的牌號硬質(zhì)合金粉料時，都必須保證其在適當(dāng)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(jié)后的工件進(jìn)行燒結(jié)后處理。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(jié)后還需要對其幾何形狀和尺寸進(jìn)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