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硬质合金的性能及其与使用的关系

时间:2015-07-08 21:52:52来源:本站人气:795

      硬质合金是一种高效率工具材料。它的特点是耐磨性高,能大大提高加工质量,获得高光洁度和精确尺寸的制品,但其韧性较差,脆性较高。因此,欲更好更合理地使用硬质合金,必须了解它的性能。

      一、密度
      硬质合金的密度范围在6.0~16.0之间,一般可通过密度判断硬质合金的化学成分或牌号是否正确。同一牌号不同批号,密度波动不应超过0.08克/厘米3。合金密度一般略低于理论值,而在合金中出现η相时,密度会稍有增加,η相严重时,可超过理论值。

      二、硬度
      硬质合金的硬度一般在HRA85N93之间,随含钴最的增加而降低。在钨钛钴合金中,硬质合金的硬度又随其碳化钛含量的增加而提高。因此,在含钻量相同时,钨钛钴合金的硬度高于钨钴合金。
      其次,硬质合金的硬度与碳化钨晶粒的大小有密切关系,随着碳化钨晶粒的细化,合金的硬度增加,如图I-2所示。当合金中出现叩相时,硬度升高,若出现石墨夹杂,则其硬度降低。
      引起硬度的变化,还有一些工艺上的原因,如球磨制度不当,欠烧或过烧,都会使合金硬度降低。因此,适当地调整碳化钨的晶粒,改进生产工艺,可以改善硬质合金的硬度。
      硬质合金的红硬性好。硬质合金的硬度在500℃以下时维持不变,当温度高于500℃时,虽有明湿下降,但在1000~1100℃时,仍为FIRA73~76,相当于HB430~477。而淬火钢在200℃时,硬度即迅速下降,达到1000~1100℃时,就降低到HB30~40。
      三、抗弯强度
      在常温下,硬质合金的抗弯强度在75~250公斤/毫米2之间。一般合金中含钻量愈大,抗弯强度愈高。含钻量一定时,碳化钛含量增加,会引起抗弯强度的急剧下降。因此,含钴量相同时,钨钴合金的抗弯强度高于钨钛钻合金。抗弯强度与碳化钨晶粒的大小亦有关系,粗晶粒合金的抗弯强度较细晶粒合金为高,如图1-3所示。这是由于碳化钨晶粒增大后,碳化钨的总面积减小,钴层加厚,从而提高了硬质合金的抗弯强度。
       硬质合金的表面状况对其抗弯强度有很大影响。在制造硬质合金工具时,应防止表面产生任何形式的裂纹,否则就会影响其抗弯强度。例如,因磨削而产生网状裂纹的合金,其抗弯强度大约会降低1/2,而经金刚砂研磨表面后,硬质合金抗弯强度可提高25%。常温下,硬质合金的抗弯强度较钢为低。在设计、制造和使用硬质合金工具时,必须考虑这一特点。

       四、抗压强度
       硬质合金的抗压强度约为340~560公斤/毫米2,热等静压的硬质合金制品抗压强度达600公斤/毫米2,而淬火合金工具钢仅有250~260公斤/毫米2。硬质合金的抗压强度与合金中的含钴量和碳化钨晶粒度有关。含钴量达到5%时,共抗压强度值最大,继续增加含钴量,则抗压强度下降。细晶粒钨钴合金的抗压强度较粗晶粒的高,而钨钛钴合金的抗压强度又低于钨钻合金,如图1-4和图1-5所示。在钨钛钴类合金中,其抗压强度随碳化钛含量的增加而降低。
  五、冲击韧性
   硬质合金很脆,而且脆性几乎与温度无关。常温时,淬火钢的冲击韧性大于硬质合金的1~2倍,而退火钢则大于硬质合金的9倍;高温时,钢的冲击韧性比硬质合金高几百倍。所以,在镶焊硬质合金工具时,不允许对硬质合金刀片作冲击性的压紧,在运输硬质合金工具时,应注意不要使其互相碰撞或受到冲击,不然就会造成损坏。
    硬质合金的冲击韧性与合金中含钴量有关。含钴量愈高,冲击韧性也愈高。根据试验,钨钴合金中,含钴量与冲击韧性的关系如图1-6所示。硬质合金的冲击韧性还随碳化钨晶粒的增大而提高,所以,粗品粒钨钴合金的冲击韧性较细晶粒钨钴合金高20~30%。例如,粗晶粒YC8C合金的冲击韧性为0.35公厅·米/厘米2,而细晶粒的YG8合金则仅为0.25公斤·米/厘米2。
      六、导热率
      硬质合金的导热率随含钴量的增加而提高,此外,钨钛钴合金,导热率还与钛含量有关,随碳化钛含量的增加而降低。钨钻合金的导热率为0.14~0.21卡/(厘米·度·秒),比高速钢高1~2倍,而钨钛钻合金的导热率仅为0.04~0.15卡/(厘米·度·秒),高钛合金如YT30、YT60的导热率则比高速钢低。
      在金属切削加工时,导热率这一性能具有特别重要的意义。大家知道,金属切削加工过程中所产生的热量,传导于刀具、切屑和被加工零件上。热量的传导过程,在很大程度上取决于刀具材料的导热率。当刀具材料的导热率很高时,绝大部分热量传给刀具,极小部分传给切屑和被加工零件。当刀具材料的导热率低时,则与此相反,热量大部分集中于切屑上,这对于切削加工的进行是有利的。因为切屑受到强热就会钦化,利于切削过程的顺利进行。
      钨钛钴类合金,由于含有大量的碳化钛,导热率显著低干钨钻类合金。因而,在钢材的连续切削加工时,一般均采用钨钛钻类合金。但是,对某些难加工钢材,如耐热合金钢和高强度合金钢等,则不能用钨钛钴类合金加工,而要采用具有较高强度的钨钴类合金加工。其主要原因在于加工这类钢材时,不仅要求刀具材料具有高的耐磨性,而且要具有足够的使用强度,以保证在切削过程中,不致有崩刃或硬质合金颗粒脱落而影响切削过程的顺利进行。

      七、线胀系数
      钨钻合金的线胀系数较小,低于高速钢、碳素钢和铜,并随合金中含钴量增加而增加;钨钛钴合金的线胀系数比钨钴合金的高,且随其碳化钛含量增加而略增,但与高速钢比较,仍小得多。各主要牌号硬质合金及高速钢W18Cr4V的线胀系数见表1-6。
      了解硬质合金的线胀系数很重要。从表1-6中可以看出,硬质合金的线胀系数较高速钢低一倍。在镶焊硬质合金工具时,由于硬质合金和钢体的线胀系数的差异,在镶焊的工具冷却时,内外层所受应力不同,表面上形成内向拉应力,在镶焊后,应采取措施消除这种内应力。否则,硬质合金片会产生裂纹或脱焊现象,从而造成硬质合金工具的报废。

      八、耐磨性
      硬质合金的耐磨性比最好的高速钢要高15~20倍。硬质合金的耐磨性与其化学成分和组织结构等有关。当其他条件相同时,硬质合金巾的碳化钨晶粒愈纲,其耐磨性就愈高。
      硬质合金的耐磨性在金属切削加工中显示出极其良好的效果,在钢材的连续切削加工中,刀具不断磨损时,尤为显著。钨钛钴合金由于在切削加工钢材过程中刀尖表面形成一层氧化钛薄膜,使切屑不易粘附在刀具表面,因而降低切屑对硬质合金刀具的磨损,故其耐磨性较钨钴合金高,这也就是切削钢材时,为什么要选用钨钛钻类合金的一个重要原因。而在加工铸铁时,一方面切屑呈碎粒状,另一方面切削温度较低,刀具的磨损主要是在后面上,故宜采用抗弯强度较高的钨钴类合金。

      九、矫顽力
      硬质合金中的碳化钨是非磁性的,但由于硬质合金中含有不同量和不同状态的铁磁性金属钴,因此,合金具有微弱的磁性,从而有测量其矫顽力的可能性。
      每个牌号的硬质合金,都有一定的矫顽力值。这个值与含钴量和钴的分散度有关,随含钴量的降低而增大。而在同一牌号中,矫顽力值决定于碳化钨晶粒的分散度,在某种程度上,又与合金的孔隙度有关。在其他条件相同的情况下,矫顽力可作为间接衡量合金内部碳化钨晶粒大小的指标。近年来,生产上已开始用矫顽力来检验硬质合金的质量。
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