鋼結硬質合金

鋼結硬質合金(steel—bonded carbide)是指以難熔金屬硬質化合物為硬質相、以鋼作粘結相製成的硬質合金。

鋼結硬質合金的特性:

鋼結硬質合金兼有碳化物的硬度和耐磨性以及鋼的良好力學性能,主要用作耐磨零件和機器構件。其組織特點是微細的硬質相均勻彌散地分佈於鋼的基體中。鋼結硬質合金由於含有大量的鋼基體,因而具有可熱處理性和加工性。

鋼結硬質合金最早出現在美國,1955年格策爾(C.G.Goetze)等研製了高速鋼鋼結TiC基合金;同一時期,美國鉻公司用熔浸法和液相燒結法制取鋼結硬質合金,並以Ferro—Tic為商標投放市場。70年代發展緩慢,直到80年代中期,鋼結硬質合金又重新活躍起來。中國自60年代初研製成功TiC基鋼結硬質合金,70年代研製成功WC基鋼結硬質合金。70年代前蘇聯、美國、日本、前聯邦德國、荷蘭等國不斷研究開發新的鋼結硬質合金產品。

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廢舊硬質合金的回收利用工藝

自從硬質合金問世以來,回收利用問題就一直為業內人士所關注。由於硬質合金是以碳化鎢和稀有金屬鑽為主要原料,其經濟價值和製造成本比較高,鎢鑽的回收是一項極有價值的回收領域。

從上個世紀的五十年代,一些回收利用工藝就已開發出來並應用到實際生產過程中。最早的回收利用工藝能耗高、設備比較複雜,而且對環境的影響較大。硬質合金硬度非常大而且緻密度較高,很難在常溫下被一些無機酸堿所溶解,因此在如何回收硬質合金上費了不少的周折。

根據我們所掌握的情況,目前已有的回收利用工藝主要有幾大類,一是所謂的高溫處理法,其中有:硝石熔融法、空氣氧化燒結法、通氧鍛燒法等;二是機械破碎法,其中有:冷碎粉碎法、熱碎粉碎法、鋅熔法等;三是化學處理法,其中有金屬多價鹽處理法、氯化法、磷酸浸出法、鹽酸處理法等;四是電化學法,有以堿作電介質、以鹽酸或硫酸、硝酸作電介質的不同工藝路線;還有用通高壓氧、以氨水或胺溶液浸取法;淡基化合物法和水蒸氣昇華三氧化鎢的分解法等等。

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表面塗層硬質合金

表面塗層硬質合金是通過化學氣相沉積(CVD)等方法,在硬質合金刀片的表面上塗覆耐磨的TiC或TiN、HfN、Al2O3等薄層,形成表面塗層硬質合金。這是現代硬質合金研製技術的重要進展。1969年,西德克虜伯公司和瑞典山特維克公司研製的TiC塗層硬質合金刀片初次投入市場。1970年後,美國、日本和其他國家也都開始生產這種刀片。三十餘年來,塗層技術有了很大的進展。塗層硬質合金刀片由第一代、第二代已發展到第三代、第四代產品。

塗層硬質合金刀片一般均製成可轉位的式樣。用機夾方法裝卡在刀杆或刀體上使用。它具有以下優點:
1)由於表層的塗層材料具有極高的硬度和耐磨性,故與未塗層硬質合金相比,塗層硬質合金允許採用較高的切削速度,從而提高了加工效率;或能在同樣的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。
2)由於塗層材料與被加工材料之間的摩擦係數較小,故與未塗層刀片相比,塗層刀片的切削力有一定降低。
3)塗層刀片加工時,已加工表面品質較好。
4)由於綜合性能好,塗層刀片有較好的通用性。一種塗層牌號的刀片有較寬的適用範圍。

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常用硬質合金力學性能和物理性能

硬質合金的力學性能和物理性能與化學成分之間有以下的變化規律。

① 硬度 硬質合金的硬度一般在HRA86~93之間,並隨著硬質合金中含鈷量的增加而降低。在YT類硬質合金中,硬度隨碳化鈦含量的增加而提高。硬質合金的紅硬性比較好,只有當使用溫度高於500℃時,硬質才開始降低。但是在1000~1100℃的高溫下,硬度仍可高達HRA73~76。

② 抗彎強度 常溫時硬質合金的抗彎強度在90~150MPa之間,並且含鈷量越高抗彎強度越高。

③ 衝擊韌性 硬質合金的脆性很高,且幾乎與溫度無關。在高溫時,鋼的衝擊韌性比硬質合金大數百倍。在鑲焊硬質合金工具時,不允許對硬質合金刀片做衝擊性的壓緊。硬質合金的衝擊韌性與合金中含鈷量有關。含鈷量越高,衝擊韌性也越高。

④ 熱導率 鎢鈷合金的熱導率為0.58~0.88J/cm.s.℃,比高速鋼約高1倍,而鎢鈦鈷合金的熱導率僅為0.17~0.21J/cm.s.℃,比高速鋼低。硬質合金的熱導率隨鈷含量增加而增加,而鎢鈦鈷合金的熱導率隨碳化鈦的含量增加而降低。

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鎢鈦鈷硬質合金

鎢鈦鈷硬質合金(cemented titanium-tung-sten carbide)由WC%26mdash;TiC、WC和粘結金屬鈷組成的或者僅由WC%26mdash;TiC固溶體和鈷組成的多相硬質合金。合金的含鈷量4%~10%,含TiC5%~30%,餘量為WC,主要用於切削鋼材。鎢鈦鈷硬質合金具有較高的抗月牙窪磨損能力,適合作長切削材料的刀具。用鎢鈷硬質合金刀具切削鋼材時易出現月牙窪磨損,這主要是由於在切削溫度下刀具與切屑發生擴散反應引起的。為了克服加工鋼材時的月牙窪磨損,在20世紀20年代初,研製了含TiC的硬質合金和含TaC的硬質合金,稍後又研製了同時含有碳化鈦和碳化鉭的硬質合金。在這類合金中,TiC和TaC的含量取決於月牙窪磨損的嚴重程度,TiC可達35%,TaC達7%。

鎢鈦鉭鈷硬質合金(即WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金),已發展成為切削鋼的重要材料。在西歐幾乎取消了原有的WC一TiC%26mdash;Co切削鋼牌號合金,在美國和日本,切削鋼牌號合金以WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金為主,但在東歐,尤其在前蘇聯,切削鋼牌號合金仍以WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金為主。WC%26mdash;TiC%26mdash;Co和WC一TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co切削牌號合金在硬質合金中的比例因各國情況而異。

在中國,WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金的生產量僅次於鎢鈷硬質合金。用代號YT表示WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金,用代號YW表示WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金,後者又稱為通用合金。表1和表2列出中國鎢鈦鈷硬質合金和鎢鈦鉭鈷硬質合金的牌號、成分和性能。

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