梯度硬質合金基體製備

要獲得性能良好的塗層梯度硬質合金產品,塗層基體的製備是一個非常關鍵的問題。塗層必須與合適的基體結合才能達到預期的性能。具有梯度結構的表面富鈷合金基體則使塗層切削刃強度更高,提高了塗層抗裂紋擴展能力,提高了基體與塗層的結合強度以及刀具的抗彎強度。硬質合金刀片劃痕強度實驗表明:基體成分相同情況下,梯度結構塗層刀片的基體與塗層結合強度比無梯度結構塗層刀片的基體與塗層結合強度大。硬質合金刀片的切削實驗也表明:基體和塗層成分相同的情況下,有梯度結構塗層硬質合金刀片的切削性能比無梯度結構塗層硬質合金刀片的切削性能優良。

梯度硬質合金基體可通過分段燒結工藝製備。第一階段預燒結,將試樣在氮氣保護下升溫(升溫速度為5℃/min),升溫到400℃時保溫1h脫蠟;溫度到1380℃時,保溫1h使合金緻密化後,冷卻至室溫。第二階段梯度燒結,在真空狀態下,將預燒結後試樣由室溫升至燒結溫度並保溫2h後隨爐冷卻至室溫。

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硬質合金刀具材料的研究

由於硬質合金刀具材料的耐磨性和強韌性不易兼顧,因此使用者只能根據具體加工物件和加工條件在眾多硬質合金牌號中選擇適用的刀具材料,這給硬質合金刀具的選用和管理帶來諸多不便。為進一步改善硬質合金刀具材料的綜合切削性能,對硬質合金刀具材料的研究研究熱點主要包括以下幾個方面:

(1)細化晶粒
通過細化硬質相晶粒度、增大硬質相晶間表面積、增強晶粒間結合力,可使硬質合金刀具材料的強度和耐磨性均得到提高。當WC晶粒尺寸減小到亞微米以下時,材料的硬度、韌性、強度、耐磨性等均可提高,達到完全緻密化所需溫度也可降低。普通硬質合金晶粒度為3~5μm,細晶粒硬質合金晶粒度為l~1.5μm(微米級),超細晶粒硬質合金晶粒度可達0.5μm以下(亞微米、納米級)。超細晶粒硬質合金與成分相同的普通硬質合金相比,硬度可提高2HRA以上,抗彎強度可提高600~800MPa。

常用的晶粒細化工藝方法主要有物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、等離子體沉積法、機械合金化法等。等徑側向擠壓法(ECAE)是一種很有發展前途的晶粒細化工藝方法。該方法是將粉體置於模具中,並沿某一與擠壓方向不同(也不相反)的方向擠出,且擠壓時的橫截面積不變。經過ECAE工藝加工的粉體晶粒可明顯細化。

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硬質合金廢料回收活動的開展

硬質合金廢料回收活動的開展

當用於製造硬質合金的原料仲鎢酸銨(APT)粉的價格從2005年初的每噸125美元狂漲到如今的每噸約280美元之際,由刀具製造商發起的硬質合金廢料回收活動也開展得有聲有色。

在總部位於美國賓夕法尼亞州拉特羅比的肯納金屬公司的網站上,訪問者可以查詢到回收硬質合金廢料的最新報價(目前的報價是6.75~7.00美元/磅),並可以安排將報廢的硬質合金刀具送到公司位於北卡羅萊納州亨德森的製造工廠(從國外用戶回收的硬質合金則送至位於德國埃森市的製造廠)。回收的硬質合金中必須不含陶瓷、金屬陶瓷和鋼,並應裝入密閉容器中運輸(重量不超過1000磅)。回收材料的價值可以現金、貨款扣減或更換新刀具的方式返還給用戶。

肯納公司的高級產品經理Pankaj Khare表示,硬質合金回收活動受到廣大用戶——包括從小型加工車間直到大型製造商(如福特、通用汽車、波音等)——的普遍歡迎,“用戶喜歡這個創意,喜歡這種觀念,”Pankaj說,“回收活動促進了用戶生產力的提高,因為它可使用戶瞭解他們產生了多大數量的硬質合金廢料,以便對供應鏈進行更有效的管理,採用適當的系統工藝,並使用戶可以收回一部分費用。”

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硬質合金塗層材料的選擇

刀具磨損機理研究表明,在高速切削時,刃尖溫度最高可達900℃,此時刀具的磨損不僅是機械磨損,還有粘結磨損、擴散磨損及氧化磨損。因此,可將切削過程視為一個微區的物理化學變化過程。硬質合金塗層材料的選擇對於塗層能否在刀具上發揮其應有的作用有很大的影響。

碳化鈦是一種高硬度耐磨化合物,有著良好的抗摩擦磨損性能;氮化鈦的硬度稍低,但卻有較高的化學穩定性,並可大大減少刀具與被加工工件之間的摩擦係數。從塗層工藝性考慮,兩者均為較理想的塗層材料,但無論談化鈦還是氮化鈦,單一的塗層均很難滿足高速切削對刀具塗層的綜合要求。

碳氮化鈦(TiCN)是在單一的TiC晶格中,氮原子(N)佔據原來碳原子(C)在點陣中的位置而形成複合化合物,TiCxNy中碳氮原子的比例有兩種比較理想的模式,即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由於TiCN具有TiC和TiN的綜合性能,其硬度高於TiC和TiN,因此是一種較理想的刀具塗層材料。

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硬質合金鋸片的選擇

硬質合金鋸片包含齒形、角度、齒數、鋸片厚度、鋸片直徑、硬質合金種類等多數參數,這些參數決定著鋸片的加工能力和切削性能。選擇鋸片時要根據需要正確選用鋸片參數。

齒形,常用的齒形有平齒、鈄齒、梯形齒、倒梯形齒等。平齒運用最廣泛,主要用於普通木材的鋸切,這種齒形比較簡單、鋸口比較粗糙,在開槽工藝操作時平齒能使槽底平整。鈄齒鋸切鋸口品質比較好,適合鋸切各種人造板、貼面板。梯形齒適合鋸切貼面板、防火板,可獲得較高的鋸切品質。倒梯形齒常用於底槽鋸片。

鋸齒的角度就是鋸齒在切削時的位置。鋸齒的角度影響著切削的性能效果。對切削影響最大的是前角γ、後角α、楔角β。前角γ是鋸齒的切入角,前角越大切削越輕快,前角一般在10-15°之間。後角是鋸齒與已加工表面的之間的夾角,其作用是防止鋸齒與已加工表面發生摩擦,後角越大則摩擦越小,加工的產品越光潔。硬質合金鋸片的後角一般取值15°。楔角是由前角和後角派生出來的。但楔角不能過小,它起著保持據齒的強度、散熱性、耐用度的作用。前角γ、後角α、楔角β三者之和等於90°。

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