钎焊硬质合金的缺陷及防止

（1）硬质合金钎焊裂纹产生的原因

导致硬质合金钎焊工件的裂纹因素是多方面的，如槽形设计、钎焊工艺、加热过程及刃磨等。
① 一些硬度高、强度低的硬质合金，如YT60、YT30、YG2和YG3X等，容易产生钎焊裂纹。尤其是这些牌号的硬质合金的钎焊面积比较大时更应当引起重视。

② 封闭式或半封闭式的槽形，是增加钎焊应力促使造成裂纹的重要原因。应在满足焊缝强度使用要求的情况下，尽可能减少钎焊面积，以减小钎焊应力。

③ 焊接加热速度太快或焊后冷却速度过快会造成热量分布不均，产生瞬时应力引起裂纹。快速加热时，硬质合金外层受压应力，中间受拉应力，超过允许的加热速度时，可能产生可见的裂纹和内部不可见的裂纹。钎焊后快速冷却时，外层上会出现拉应力，而引起合金中出现裂纹。应避免将工件放在潮湿的地面上，或放在潮湿的石灰槽中，这会使硬质合金因骤冷而产生裂纹。

对比目前约有80%的硬质合金刀具采用CVD技术进行超硬材料涂层。自20世纪80年代初TiNPVD涂层高速钢刀具投入工业应用以来，人们一直在探索能否用PVD代替CVD工艺对硬质合金刀片进行涂层。

与CVD涂层技术相比较而言，PVD涂层技术有以下几个优点：
(1)PVD技术沉积温度低，可以在500℃左右沉积TiN等超硬涂层，因此不会降低基体材料原有抗弯强度，涂层与基体间也不会产生η相，扩大了应用范围；
(2)涂层具有微细结构，在涂层内部产生压应力，抗裂纹扩展能力强；
(3)涂层表面光滑，比CVD涂层更能有效地阻止前刀面上的横裂纹扩展，同时可降低摩擦系数；
(4)可以使用刃口锋利的刀具作基体，这一点对于高速切削非常重要。

木工硬质合金圆锯质量标准

国家技术监督局颁布的《GB/T14388-93》《木工硬质合金圆锯片质量标准》(以下称国标)。内容包括锯片基体材质和硬质合金刀头牌号以及热处理硬度要求，刀头焊接的剪切强度等。关于成品锯片的形状位置偏差和尺寸偏差所规定的精度要求，客观地说已经不能满足大部分用户的要求。根据我们多年来制造和经营实践，一片好的锯片应该满足以下要求。

一、静态质量要求：
1、 尺寸偏差：锯片孔径和刃宽的尺寸偏差应在较小的范围内，锯齿的角度应根据切割对象而设计的相应角度应保证一致和合理。
2、形位偏差：孔径对外径的同心度（径向跳动）误差和每齿刃尖保证在同一平面（轴向跳动或称端跳），对加工质量尤为重要。锯齿与基体轴向对称度应严格控制偏差。
3、 表面粗糙度：锯齿加工面粗糙度对工件被加工表面产生一定的影响。而基体表面的加工粗糙度则另当别论。
4、 焊接牢度：焊缝焊料整洁无缝隙无假焊。
5、 外观：锯齿齿尖不得有崩裂，缺陷。基体无裂缝和锈蚀。

钢结硬质合金(steel—bonded carbide)是指以难熔金属硬质化合物为硬质相、以钢作粘结相制成的硬质合金。

钢结硬质合金的特性：

钢结硬质合金兼有碳化物的硬度和耐磨性以及钢的良好力学性能，主要用作耐磨零件和机器构件。其组织特点是微细的硬质相均匀弥散地分布于钢的基体中。钢结硬质合金由于含有大量的钢基体，因而具有可热处理性和加工性。

钢结硬质合金最早出现在美国，1955年格策尔(C．G．Goetze)等研制了高速钢钢结TiC基合金；同一时期，美国铬公司用熔浸法和液相烧结法制取钢结硬质合金，并以Ferro—Tic为商标投放市场。70年代发展缓慢，直到80年代中期，钢结硬质合金又重新活跃起来。中国自60年代初研制成功TiC基钢结硬质合金，70年代研制成功WC基钢结硬质合金。70年代前苏联、美国、日本、前联邦德国、荷兰等国不断研究开发新的钢结硬质合金产品。

钢结硬质合金的硬质相向多样化方向发展。除TiC外，已开发出许多新型硬质相如WC、TiN、TiCN、wC—Co等；钢结硬质合金粘结相的钢种不断扩大，如各种成分碳钢、合金钢、工具钢、高速钢、高锰钢、耐热钢和不锈钢等。钢结硬质合金的成分范围不断拓宽，以往合金中钢基体含量一般为50％～75％(质量分数)，正向两头延伸，一头向硬质合金领域延伸，提高硬质相含量，最高可达92％；另一头向高速钢领域延伸，提高钢基体含量，最高可达90％。可见钢结硬质合金与普通硬质合金和高速钢的界线正在逐渐消失，俄罗斯已把钢结硬质合金改名为“碳化物钢”。由于钢结硬质合金的综合性能优异，使其应用范围不断扩大。通过选择不同钢种和成分作粘结剂，可制取具有特定性能的合金，以适应各种不同应用领域的要求。

自从硬质合金问世以来，回收利用问题就一直为业内人士所关注。由于硬质合金是以碳化钨和稀有金属钻为主要原料，其经济价值和制造成本比较高，钨钻的回收是一项极有价值的回收领域。

从上个世纪的五十年代，一些回收利用工艺就已开发出来并应用到实际生产过程中。最早的回收利用工艺能耗高、设备比较复杂，而且对环境的影响较大。硬质合金硬度非常大而且致密度较高，很难在常温下被一些无机酸碱所溶解，因此在如何回收硬质合金上费了不少的周折。

根据我们所掌握的情况，目前已有的回收利用工艺主要有几大类，一是所谓的高温处理法，其中有:硝石熔融法、空气氧化烧结法、通氧锻烧法等;二是机械破碎法，其中有:冷碎粉碎法、热碎粉碎法、锌熔法等;三是化学处理法，其中有金属多价盐处理法、氯化法、磷酸浸出法、盐酸处理法等;四是电化学法，有以碱作电介质、以盐酸或硫酸、硝酸作电介质的不同工艺路线;还有用通高压氧、以氨水或胺溶液浸取法;淡基化合物法和水蒸气升华三氧化钨的分解法等等。

硬质合金的力学性能和物理性能与化学成分之间有以下的变化规律。

① 硬度 硬质合金的硬度一般在HRA86～93之间，并随着硬质合金中含钴量的增加而降低。在YT类硬质合金中，硬度随碳化钛含量的增加而提高。硬质合金的红硬性比较好，只有当使用温度高于500℃时，硬质才开始降低。但是在1000～1100℃的高温下，硬度仍可高达HRA73～76。

② 抗弯强度 常温时硬质合金的抗弯强度在90～150MPa之间，并且含钴量越高抗弯强度越高。

③ 冲击韧性 硬质合金的脆性很高，且几乎与温度无关。在高温时，钢的冲击韧性比硬质合金大数百倍。在镶焊硬质合金工具时，不允许对硬质合金刀片做冲击性的压紧。硬质合金的冲击韧性与合金中含钴量有关。含钴量越高，冲击韧性也越高。

④ 热导率 钨钴合金的热导率为0.58～0.88J/cm.s.℃，比高速钢约高1倍，而钨钛钴合金的热导率仅为0.17～0.21J/cm.s.℃，比高速钢低。硬质合金的热导率随钴含量增加而增加，而钨钛钴合金的热导率随碳化钛的含量增加而降低。

表面涂层硬质合金是通过化学气相沉积(CVD)等方法，在硬质合金刀片的表面上涂覆耐磨的TiC或TiN、HfN、Al2O3等薄层，形成表面涂层硬质合金。这是现代硬质合金研制技术的重要进展。1969年，西德克虏伯公司和瑞典山特维克公司研制的TiC涂层硬质合金刀片初次投入市场。1970年后，美国、日本和其他国家也都开始生产这种刀片。三十余年来，涂层技术有了很大的进展。涂层硬质合金刀片由第一代、第二代已发展到第三代、第四代产品。

涂层硬质合金刀片一般均制成可转位的式样。用机夹方法装卡在刀杆或刀体上使用。它具有以下优点：
1)由于表层的涂层材料具有极高的硬度和耐磨性，故与未涂层硬质合金相比，涂层硬质合金允许采用较高的切削速度，从而提高了加工效率；或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。
2)由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故与未涂层刀片相比，涂层刀片的切削力有一定降低。
3)涂层刀片加工时，已加工表面质量较好。
4)由于综合性能好，涂层刀片有较好的通用性。一种涂层牌号的刀片有较宽的适用范围。

钨钛钴硬质合金(cemented titanium-tung-sten carbide)由WC%26mdash;TiC、WC和粘结金属钴组成的或者仅由WC%26mdash;TiC固溶体和钴组成的多相硬质合金。合金的含钴量4％～10％，含TiC5％～30％，余量为WC，主要用于切削钢材。钨钛钴硬质合金具有较高的抗月牙洼磨损能力，适合作长切削材料的刀具。用钨钴硬质合金刀具切削钢材时易出现月牙洼磨损，这主要是由于在切削温度下刀具与切屑发生扩散反应引起的。为了克服加工钢材时的月牙洼磨损，在20世纪20年代初，研制了含TiC的硬质合金和含TaC的硬质合金，稍后又研制了同时含有碳化钛和碳化钽的硬质合金。在这类合金中，TiC和TaC的含量取决于月牙洼磨损的严重程度，TiC可达35％，TaC达7％。

钨钛钽钴硬质合金(即WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金)，已发展成为切削钢的重要材料。在西欧几乎取消了原有的WC一TiC%26mdash;Co切削钢牌号合金，在美国和日本，切削钢牌号合金以WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金为主，但在东欧，尤其在前苏联，切削钢牌号合金仍以WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金为主。WC%26mdash;TiC%26mdash;Co和WC一TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co切削牌号合金在硬质合金中的比例因各国情况而异。

在中国，WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金的生产量仅次于钨钴硬质合金。用代号YT表示WC%26mdash;TiC%26mdash;Co合金，用代号YW表示WC%26mdash;TiC%26mdash;TaC%26mdash;Co合金，后者又称为通用合金。表1和表2列出中国钨钛钴硬质合金和钨钛钽钴硬质合金的牌号、成分和性能。

山特维克可乐满的钻削产品和行业专家JohnDotday指出，提高生产率固然重要，但该公司发现，大批量零件制造商往往更关心如何提高和达到可预测的刀具寿命，在钢件钻削加工中尤其如此，因为不同批次工件材料的微小变化可能会导致刀具破损。
　　
山特维克可乐满的整体硬质合金钻头CoroDrill860-PM就是为提高钢件（包括淬硬钢和软钢）钻削的安全性和加工效率而开发的。Dotday指出，由于存在积屑瘤和切屑控制问题，硬度较低、粘性较大的低合金钢（如1018钢和1020钢）的钻削加工具有很大挑战性。尽管这些工件材料断屑困难，但CoroDrill860-PM钻头却能形成尾部很短的细小切屑。
　　
Dotday解释说，除了针对钢件加工优化钻头几何形状以外，对钻头切削刃的钝化处理和钻尖强化可防止钻尖崩刃，提高了钻削加工的强度和安全性。切削刃钝化处理是在磨床上用磨料刷子来实现的，这种新的切削刃制备方法和强韧的4234硬质合金基体可防止钻头过快磨损，提高钻孔的尺寸精度和表面光洁度。Dotday说，“我们希望有一种可控的磨损模式。”
　　
该钻头不仅提供了可预测的刀具寿命，而且延长了刀具寿命。与其他钻头相比，CoroDrill860-PM的寿命提高了20%～40%。该钻头的内冷却功能还有助于切屑控制，Dotday建议，应采用不低于220psi的冷却液压力。对于所用机床不具备内冷却功能的最终用户，该公司也提供了种类有限的外部冷却钻头，但这些钻头只能用于钻削孔深不超过3倍孔径的浅孔，而且应该将切削速度和进给率降低25％。对于内冷却钻头，推荐采用的进给率约为0.25mm/r，加工软钢和硬钢时，推荐采用的表面切削速度分别为120～240m/min和60～100m/min。
　　
当钻头切出易于处理的切屑后，刷钝处理后涂覆的多层TiAlN涂层有助于提高润滑性和排屑性能。该涂层看起来就像研磨表面一样光滑。标准CoroDrill860-PM钻头的直径范围为3～20mm，最大钻孔深度可达8倍孔径。钻尖角为139°～144°（取决于钻头直径）。即使在凸凹不平的表面上钻孔时，也不推荐预钻定心孔。Dotday解释说，“除非你采用具有合适几何形状的定心钻，否则定心孔将会引起一些问题，并使钻头更快损坏。”
　　
当钻头需要重磨修复时，山特维克可乐满要求采用专门的刃磨和切削刃制备设备，以保证修复后的钻头达到与新钻头相同的使用寿命。钻头修复会使刀具长度缩短大约1mm，并因为重新涂层而使钻头直径略有增大。一支钻头可以修复3次，但超过3次以后，重涂的涂层就会出现剥落问题。由于钻头的修复会缩短其长度，因此用户需要确定该钻头经过几次修复后，其长度是否仍能满足加工要求。
　　
用CoroDrill860-PM加工孔径不同的通孔时，始终应该先钻削孔径最大的孔，以最大限度地减少毛刺形成和防止钻头跑偏。


硬质合金生产商、供应商：中钨在线科技有限公司
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由于经过涂层工艺，基体刀片的韧性和抗弯强度不可避免地有所下降，加上涂层材料的化学性质等原因，故涂层硬质合金刀片仍只有一定的适用范围。涂层硬质合金刀片可以用于各种碳素结构钢、合金结构钢(包括正火和调质状态)、易切钢、工具钢、马氏体不锈钢和灰铸铁的精加工、半精加工以及较轻负荷的粗加工。

涂层硬质合金刀片最适用于连续车削，但在切深变化不大的仿形车削、冲击力不太大的间断车削及某些铣削工序中亦可采用。近年在切断、车螺纹中也已使用涂层刀片。但是，TiC和TiN涂层刀片不适宜于加工下列材料：高温合金、钛合金、奥氏体不锈钢、有色金属(铜、镍、铝、锌等纯金属及其合金)。沉重的粗加工，表面有严重夹砂和硬皮的铸件的加工也不宜使用涂层刀片。


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