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    硬质合金性能

    时间:2015-07-11 07:09:26来源:本站人气:971

         ①硬度  由于硬质合金碳化物WC、TiC等的硬度很高,因而其整体也就具有高硬度,一般在89~93HRA内。硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量和粒度而变化,随黏结剂含量的增多而降低。在黏结剂含量相同时,WC-TiC-Co硬质合金的硬度高于WC-Co硬质合金。
          此外,硬质合金的硬度又随着温度的升高而降低。在700~800℃时,一部分硬质合金保持着相当于高速钢在常温时的硬度。硬质合金的高温硬度仍取决于碳化物在高温下的硬度,故WC—TiC—Co硬质合金的高温硬度比WC-Co硬质合金高些。添加TaC(NbC)能提高硬质合金的高温硬度。

         ②强度硬质合金的抗弯强度只相当于高速钢强度的1/2~1/3。
         硬质合金中的钴含量愈多,合金的强度愈高。含有TiC的合金比不含TiC合金的强度低,TiC含量愈多,合金的强度也愈低。
         在WC-TiC-Co类硬质合金中添加TaC可提高其抗弯强度。添加4%~6%TaC可使强度增加12%~18%。在硬质合金中添加TaC会显著提高刀刃强度,增加TaC含量会加强刀刃抗碎裂和抗破损能力。这类合金中TaC含量增加时,疲劳强度也增加。
          硬质合金的抗压强度比高速钢高30%~50%。

          ③韧性硬质合金的韧性比高速钢低得多。
          含TiC合金的韧性比不含TiC合金的韧性还要低,TiC含量增加,韧性也降低。
          在WC-TiC—Co合金中,添加适量TaC,在保证原来合金耐热性和耐磨性的同时,能使合金的韧性提高10%。将WC-TiC—TaC_Co合金在周期性冲击压负载下进行的试验表明,含7.5%TaC的合金比不含TaC的冲高强度要大24倍多,显示出较高的动态屈服强度。
          由于硬质合金的韧性比高速钢低,因而不宜在有强烈冲击和振动的情况下使用。特别是在低速切削时,黏结和崩刃现象更为严重。有统计表明,硬质合金刀片由于崩刃和断裂(特别是在重型刀具中)而引起的损耗占70%~90%。

          ④热物理性能硬质合金的导热性高于高速钢,热导率为高速钢的2~3倍。
          由于TiC的热导率低于WC的热导率,故WC-TiC-Co合金的导热性低于WC-Co合金的导热性。合金中含TiC愈多,导热性也愈差。
          合金的导热性愈低,则耐热冲击性能也愈差。
          硬质合金的比热容是高速钢的2/5~1/2,加TiC合金的比热容比不加TiC合金的比热容大,TiC含量增加,比热容也增大。
          硬质合金的热胀系数取决于钴的含量,钴含量增多,则热胀系数也增大。WC-TiC-Co合金的热胀系数大于WC-Co合金。后者的热胀系数为高速钢的1/3~1/2。
          含TiC合金由于导热性差,热胀系数大,故其耐热冲击性能低于不含TiC的硬质合金。

          ⑤耐热性  硬质合金的耐热性比高速钢高得多,如图2-8所示,在800~1000℃时尚能进行切削。在高温下有良好的抗塑性变形能力。
          在硬质合金中添加TiC可提高其高温硬度。TiC的软化温度高于WC,因此WC-TiC-Co合金的硬度随着温度上升而下降的幅度较WC-Co合金慢。含TiC愈多,含钴量愈少,则下降幅度也愈小。
          由于TaC的软化温度比TiC的更高,因此,在硬质合金中加入TaC或NbC可以提高合金的高温硬度。例如,在wC-TiC-co合金中加人TaC后,高温硬度可提高50~100HV,添加NbC的效果则没有添加TaC的效果那么显著。在硬质合金中加入TaC也可提高合金的高温强度。例如,在WC-Co合金中加入少量TaC后,在800℃时的强度最大可提高150~300MPa;如加入NbC,则可提高100~250MPa。由此可知,加入TaC可提高硬质合金的高温抗塑性变形能力,而刀具的破损常常是由于刀刃塑性变形量增加产生热裂纹开始的,因此刀刃抗塑性变形能力的提高可减少刀具的破损。


          ⑥抗黏结性  硬质合金的黏结温度高于高速钢,因而有较好的抗黏结磨损能力。
          硬质合金中钴与钢的黏结温度大大低于WC与钢的黏结温度,因此,合金中钴含量增加时,黏结温度下降。TiC的黏结温度高于WC,因此,WC-TiC-Co的黏结温度高于WC_Co合金(超过100℃)。用含TiC的合金刀具切削时,在高温下形成的TiOz可减轻黏结。
          TaC和NbC与钢的黏结温度比TiC的黏结温度还要高,因此添加TaC和NbC的合金有更好的抗黏结能力。
          在硬质合金成分中,不同碳化物与工件材料的亲和力是不同的。TiC和TaC与不同材料的反应指数总和比WC低得多,有的试验证明,TiC与工件材料的亲和力要比WC与工件材料的亲和力小几倍到几十倍。因此,在硬质合金中加入TiC与TaC可大大减少黏结磨损,这对加工钢材时减少刀具的月牙洼磨损是特别重要的。

          ⑦化学稳定性低硬质合金刀具的耐磨性与在工作温度下合金的物理及化学稳定性有密切的关系。
          硬质合金的氧化温度高于高速钢的氧化温度。硬质合金刀具的抗氧化磨损能力取决于合金在高温下的氧化程度。
          TiC的氧化温度大大高于WC的氧化温度,因此,在高温下,WC-TiC-Co合金的氧化量低于WC-Co合金,而且TiC的含量愈多,抗氧化能力也愈强。
          硬质合金中钴的含量增加时,氧化也会增加。
          TaC的氧化温度也高于WC,因此合金中加入TaC和NbC会提高其抗氧化能力。
          硬质合金刀具的抗扩散磨损能力取决于合金在高温下的扩散程度。
          WC在947℃以上温度开始在Fe中明显扩散,而TiC的明显扩散温度为1047℃,因此WC—TiC-Co合金与钢产生显著扩散作用的温度(900~950℃)也高于WC—Co合金的温度(850~900℃)。
          硬质合金中的WC是分解为W和C后扩散到钢中去的,而TiC则比WV难于分解,故Ti的扩散率远低于W。
          TiC在Fe中的溶解度大大低于WC、TiC、(Ti·W)C、TaC在1250℃时的溶解度仅为0.50/4,为WC溶解度的1/14,在合金中(Ti·W)C成了扩散的抑制剂。在WC-TiC-Co合金中加入Ta和Nb后形成的固溶体[(W·Ti、Ta、Nb)C]则更不易扩散,而且TaC的扩散温度比TiC还高,因此其抗扩散能力更强,如图2-9所示。
           由上述可知,在高速加工钢材时,为了减少刀具的扩散磨损,在硬质合金中添加TiC和TaC是极为重要的。

           硬质合金的以上特性赋予硬质合金刀具比高速钢刀具高得多的耐用度(提高几倍至几十倍),可以几倍地提高切削速度和切削加工生产率,因而在刀具材料中的比重也日益增加。

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