硬质合金顶锤磨损机理

硬质合金顶锤是由硬质相碳化钨与粘结相钴组成的，其具有极高的密度、硬度以及优良的耐磨耐蚀性，在一些超硬材料，如人造金刚石、立方氮化硼等制备工艺中扮演着极其重要的角色。硬质合金顶锤的使用寿命将直接影响人造金刚石的的制备性能以及整体的加工效率。通常评价硬质合金顶锤质量优劣的标准有两种，一种是使用的次数，而另一种则是万克拉消耗量。另外，顶锤常用的硬质合金牌号为YG6、YG8、YG12等，其中细颗粒的粉末会显著提高顶锤硬度、抗压强度、抗弯强度以及冲击韧性等综合性能。中颗粒烧结出的硬质合金顶锤使用寿命约为5000次左右，万克拉消耗＞3kg，而细颗粒硬质合金金刚石顶锤硬度普遍可达HRA90.5以上，抗弯强度达3000MPa，平均使用寿命超过了8000次，万克拉消耗＜1.5kg。

国内普遍采用的是六面顶压机制备人造金刚石等超硬材料，六个顶锤在六个面同时进行压实，而每组顶锤都由锤头、钢环以及垫块构成。其工作原理是通过钢环与锤头的过盈配合，钢环对顶锤施以一定的径向预紧力，在六个液压缸油压的推动下，六个硬质合金顶锤同时作用于由六面体的叶腊石所组成的高压型腔上，使得型腔内的石墨在触媒作用下通过高温高压转变为金刚石。叶腊石是一种四面体层状结构的含水铝硅酸盐，在合成过程中起着传压、密封以及保温的作用。由于顶锤结构具有一定的复杂性，很难通过一个实验直接获取顶锤在超高压环境下的应力分布等情况，而这也是分析其磨损机理、应力分布以及几何参数见关系的关键要素。因此相关学者和研究人员通过有限元理论分析和相关软件进行建模实现硬质合金顶锤在实际工作中的受力情况。

通过有限元分析模型可知作用在顶锤圆柱表面上的径向预紧力来源于顶锤与预紧环间的过盈配合。预紧力本质上就是接触压力，其主要作用是为顶锤提供侧面支撑，从而改善实际工作状态下的应力分布。从应力分布图上看预紧力的分布是非常不均匀的，由下到上逐渐递减。在四个棱角部位应力相对集中，也是最容易产生裂纹的部位，其产生的细小裂纹从应力集中处开始发生微裂并逐渐加剧，向顶锤的的顶面扩展。而这些都不在叶腊石的包覆范围内，也没有充分利用到顶锤钢环的加固力，大多数情况下完全靠自身的强度来承担外应力。此外，硬质合金材料具有一定的脆性，其抗剪切能力较差，在顶锤工作的过程中常常出现拉应力与剪切应力复合的情况，加载后内部的应力会急剧增加。当疲劳累积或载荷过大时，内部材料会在剪切应力的作用下屈服并造成高压砧面边缘处形成裂纹；径向剪切应力会使得裂纹区发生扩大，造成硬质合金材料在轴向挤压应力下滑移，最终导致边缘发生断裂或压溃。

为了减小磨损，避免发生顶锤开裂或者压溃的情况，相关研究人员从两个方面进行了研究，一个是对内应力的释放，另一个是改善过盈配合量。这里的内应力包括顶锤制作时和磨削加工时所产生的内应力。刚磨好的顶锤内部存在较大的应力，存放三个月后在使用能满足内应力的释放。也有学者提出对磨好的顶锤在马弗炉中进行升温并保温3-7h后逐步冷却。但是这项工艺需要控制参数的精确性要求较高，否者升温和冷却会使得原本存在的微裂纹扩大。而增加顶锤和钢环的过盈配合量有利于提高顶锤的强度，但却会增大钢环的工作量，降低预紧环的强度，其使用寿命也会大大缩短。

硬质合金供应商：中钨在线科技有限公司	产品详情： http://www.tungsten-carbide.com.cn
电话：0592-5129696 传真：5129797	电子邮件：sales@chinatungsten.com
钨钼文库：http://i.chinatungsten.com	钨钼图片： http://image.chinatungsten.com
钨新闻3G版：http://3g.chinatungsten.com	钼业新闻： http://news.molybdenum.com.cn

微信：

微博：

• < 上页
• 下页 >