硬質合金刀具的發展

刀具是機械製造中用於切削加工的工具,又稱切削工具。廣義的切削工具既包括刀具,還包括磨具。絕大多數的刀具是機用的,但也有手用的。由於機械製造中使用的刀具基本上都用於切削金屬材料,所以"刀具"一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。

刀具的發展在人類進步的歷史上佔有重要的地位。中國早在西元前28~前20世紀,就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鑽、刀等銅質刀具。戰國後期(西元前三世紀),由於掌握了滲碳技術,製成了銅質刀具。當時的鑽頭和鋸,與現代的扁鑽和鋸已有些相似之處。

然而,刀具的快速發展是在18世紀後期,伴隨蒸汽機等機器的發展而來的。1783年,法國的勒內首先制出銑刀。1792年,英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關麻花鑽的發明最早的文獻記載是在1822年,但直到1864年才作為商品生產。

硬質合金刀具

那時的刀具是用整體高碳工具鋼製造的,許用的切削速度約為5米/分。1868年,英國的穆舍特製成含鎢的合金工具鋼。1898年,美國的泰勒和.懷特發明高速鋼。1923年,德國的施勒特爾發明硬質合金。

在採用合金工具鋼時,刀具的切削速度提高到約8米/分,採用高速鋼時,又提高兩倍以上,到採用硬質合金時,又比用高速鋼提高兩倍以上,切削加工出的工件表面品質和尺寸精度也大大提高。

由於高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴,刀具出現焊接和機械夾固式結構。1949~1950年間,美國開始在車刀上採用可轉位刀片,不久即應用在銑刀和其他刀具上。1938年,德國德古薩公司取得關於陶瓷刀具的專利。1972年,美國通用電氣公司生產了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

1969年,瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法,生產碳化鈦塗層硬質合金刀片的專利。1972年,美國的邦沙和拉古蘭發展了物理氣相沉積法,在硬質合金或高速鋼刀具表面塗覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面塗層方法把基體材料的高強度和韌性,與表層的高硬度和耐磨性結合起來,從而使這種複合材料具有更好的切削性能。

 

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硬質合金的主要用途

1923年,德國的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進10%~20%的鈷做粘結劑,發明了碳化鎢和鈷的新合金,硬度僅次於金剛石,這是世界上人工製成的第一種硬質合金。用這種合金製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了一定量的碳化鎢和碳化鈦的複式碳化物,改善了刀具切削鋼材的性能。這是硬質合金發展史上的又一成就。

硬質合金具有硬度高、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。硬質合金廣泛用作刀具材料,如車刀、銑刀、刨刀、鑽頭、鏜刀等,用於切削鑄鐵、有色金屬、塑膠、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。現在新型硬質合金刀具的切削速度等於碳素鋼的數百倍。

硬質合金

硬質合金還可用來製作鑿岩工具、採掘工具、鑽探工具、測量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯裏、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,硬質合金的優良性能逐步替代了以前的鋼鐵模具)。

近二十年來,塗層硬質合金也問世了。1969年瑞典研製成功了碳化鈦圖層刀具,刀具的基體是鎢鈦鈷硬質合金或鎢鈷硬質合金,表面碳化鈦塗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70年代已出現第四代塗層工具,可用來切削很難加工的材料。

硬質合金是將這種或多種難熔金屬的碳化物和粘接劑金屬,用粉末冶金方法製成的金屬材料。

 

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鎢合金預製破片

破片殺傷戰鬥部的作用原理及特點

破片殺傷戰鬥部是戰鬥部的主要類型之一,主要是靠高能炸藥爆炸作用下,形成大量高速破片,利用破片的高速碰擊、引燃和引爆作用毀傷目標。可以用於殺傷有生力量(人、畜)、無裝甲或輕型裝甲車輛、飛機、雷達以及導彈等武器裝備。根據破片的生成途徑,破片殺傷戰鬥部可分為自然、預控和鎢合金預製破片戰鬥部三種類型。右圖為手榴彈的外殼,這就是典型的鎢合金預製破片。

自然破片是在爆轟產物作用下,殼體膨脹、斷裂破碎而成,該類戰鬥部的特點是殼體既充當了容器又形成殺傷元素,破片的大小不均勻,形狀不規則,在空氣中飛行時速度衰減快,使榴彈的有效殺傷範圍有限。

鎢合金預控破片採用殼體刻槽、炸藥刻槽或增加內襯等技術措施,使殼體局部強度減弱,控制爆炸時的破裂部位,從而形成破片。這類戰鬥部的特點是形成的破片大小均勻,形狀基本規則。

鎢合金預製破片預先加工成型,將形狀與品質預先設計的鋼珠、鋼箭、鎢球、鎢柱等鎢合金預製破片製作成鎢合金預製破片套體,並安裝在榴彈彈體的外表面或內表面。這些鎢合金預製破片與榴彈彈體爆炸形成的自然破片共同構成破片殺傷場,由於鎢合金預製破片飛行阻力特性的一致性,帶鎢合金預製破片的榴彈將在設定的範圍內有較密集的殺傷效果,全彈的殺傷威力有較大程度的提高。

由於鎢合金預製破片有一個會影響彈體結構的負面作用,通常只在低膛壓火炮彈藥裏採用,如迫彈和大口徑榴彈。應用最為普遍的還要屬航彈、手榴彈、地雷等。目前高膛壓火炮採用的鎢合金預製破片,都是採用的霰彈形式,像瑞士L70式40毫米高射榴彈裏裝的是碳化鎢鋼球。鎢合金預製破片技術已廣泛應用於各種類型的戰鬥部上。圓柱形破片(鎢柱)作為鎢合金預製破片的一種類型,由於密度高、穿甲能力強,成為防空、反輻射、面殺傷的主要殺傷元素之一,並得到廣泛應用。

 

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硬質合金簡介

硬質合金是由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝製成的一種合金材料。硬質合金具有硬度高、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。硬質合金廣泛用作刀具材料,如車刀、銑刀、刨刀、鑽頭、鏜刀等,用於切削鑄鐵、有色金屬、塑膠、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。現在新型硬質合金刀具的切削速度等於碳素鋼的數百倍。

硬質合金

 

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鎢合金鑄造模

鎢合金可以對製造應熱力摩擦工具上效果很好。鎢合金具有較高的拉伸強度和較好的導熱性,最大限度地減少熱摩擦的損耗,從而提高了刀具壽命。鋼工具,做了許多壓鑄應用工作,但其壽命隨著鑄造溫度升高而降低。

熱檢查是在一個熱機械摩擦引起的熱迴圈過程中,在型腔表面形成熱力迴圈。降低其表面摩擦的損耗。鎢合金鑄造模熱膨脹係數低和高導熱檢查電阻熱。低的熱膨脹使熱應力低。高導熱率的降低鑄件冷卻速度更快,熱梯度,從而產生的相應的熱應力。

 

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