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    超细硬质合金

    时间:2015-08-12 22:18:56来源:本站人气:1132

          硬质合金目前一个重要的发展方向为超细硬质合金。超细硬质合金WC晶粒的长大导致合金强度的下降,而单个粗大的WC晶粒常常是合金裂纹产生的重要因素,在超细硬质合金中加入适当的晶粒长大抑制剂通?;崞鸬搅己玫男Ч?。现在常用的晶粒长大抑制剂如VC、Cr3C2、(Ta,Nb)C等,这些添加剂的加入很大程度上抑制了WC晶粒的长大,促使合金性能得到提高。在加VC的合金中,WC晶粒更细,合金的硬度更高。在超细硬质合金的制备中,V8C7,是最有效的晶粒长大抑制剂,据报道,添加V8C7可使硬质合金使用寿命提高20%。加Cr3Cz时,合金中黏结相的相对含量增加,合金中黏结相的平均自由程增加,此时,合金有更高的断裂韧性。Crsc2对硬质合金抗弯强度提高最为有效,当添加量为0.7%时其抗弯
    强度最高可达3.9GPa±0.2GPa。而且含Cr3c2的合金在空气中的抗氧化性明显强于添加其他晶粒生长抑制剂的合金。(Ta,Nb)C对合金的硬度、抗弯强度、耐磨性等性能没有明显的影响,但可以提高合金的高温性能。日本学者Tamotsu Fukatsu在0.2μm的超细WC粉同时加入VC和Cr3C2进行试验,制备出不同VC、Cr3C2含量的WC-VC-Cr3C2-Co超细硬质合金,合金的性能与VC、Cr3C2的相对含量密切相关,见图6-34所示。

          由于各种添加剂对合金性能的影响效果不同,通??悸峭碧砑恿街只蚨嘀忠种萍?,一般来说,需要优良的综合性能的合金,可添加VC+Cr3C2两种抑制剂。日本东芝公司研究的WC+0.6%Cr3C2+0.3%VC+15%Co合金,抗弯强度达到5.0GPa;如果对合金的抗压强度、断裂韧性、抗蠕变性、抗氧化性和耐腐蚀性等性能有一定要求,添加(Ta,Nb)C或Cr3C2的超细硬质合金应会产生最好的效果。此外,各种添加剂的相对含量对合金性能也有强烈的影响。

          晶粒长大抑制剂添加量一般为黏结相的3%~5%左右,添加量太大,孔隙度增加,而且可能出现粗大第二相,使合金脆性增加,抗弯强度下降。但也会对合金的其他性能带来影响。如添加VC后,合金中晶粒分布变得均匀,晶粒较细,随着添加量的增加,WC晶粒逐渐变细,孔隙度增加,晶粒长大抑制剂的加入阻碍了黏结相的流动,从而使孔隙填充较为困难。正常烧结时,合金的抗弯强度随VC的添加量的增加而降低,因为Co含量越低,VC添加量越大,WC晶粒粗化程度越小,烧结时液相流动就越难发生,增加了合金中残留孔隙存在的可能性。而在热等静压的情况下,当VC添加量小于3%时,合金抗弯强度随VC含量的增加显著提高,若继续增加VC的含量,抗弯强度则下降。这是由于热等静压工艺有利于粘结相的流动,使合金的残留孔隙减少。但是,当VC含量过高时,在合金晶界处将析出粗大的(W,V)C相,对合金的抗弯强度产生不利影响。VC和Cr3C2添加量相同时,添加VC的合金比加Cr3C2的合金有更高的硬度,但抗弯强度则要低些。

          超细晶粒的WC硬质合金主要用于制作印刷电路板用微型钻头、点阵打印针、整体孔加工刀具、木工工具、精密模具、牙钻和难加工材料刀具等,其主要应用可以概括为以下几个方面。

          (1)金属加工
          亚微细硬质合金的开发解决了高温合金等难加工材料的切削加工需要,而超硬质合金在强度和韧性方面明显优于亚微细硬质合金。因而更适合高温合金、钛合金、不锈钢、各种喷涂(焊)材料、淬火钢、冷铸钢的加工,超细硬质合金突破了普通硬质合金的抗弯强度远比高速钢低的这个局限,其应用已延伸到高速钢占统治地位的领域。

          (2)电子工业
          电子工业产品的发展趋势是向小型化、集成化、精密化发展,印刷电路板是玻璃纤维增强塑料,这就要求微型钻头要有很高的硬度和耐磨性,而钻头直径很小(一般0.2~0.3mm,甚至0.05mm),易折断,要求钻头有高强度和高韧性;钻孔需要准确的孔位精度,又要求钻头有高的刚度,这些要求相互矛盾,致使普通硬质合金以及亚微细晶粒硬质合金钻头难于达到要求,只有用晶粒度小于0.5urn的超细晶粒硬质合金才能满足要求。

          超细晶粒硬质合金具有优异的抗破损性、抗崩刃性和耐磨性,因此,用于印刷线路板孔加工PCB钻头直径虽然非常细小,但其加工可靠性仍然很高,即使同时加工的工件层数(印刷线路板重叠层数)较多,所加工的孔也不易产生弯曲和出现偏斜,可获得极高的孔位置精度。另外,印刷线路板孔加工中极易产生的油污斑、不平度、掉边等缺陷也可大幅度减少。

          (3)医学应用
          医用牙钻是精细仪器,其切口必须锋利,而且要求具有很高的耐磨性和韧性,细晶粒WC硬质合金以其高强度、高韧性和耐磨性在这一领域得到广泛的应用。

          (4)其他应用
          超细晶粒WC硬质合金由于其晶粒细小,作刀具可以磨出精度极高、极锋利的切削刀具和刀尖圆弧半径;因其高强度,可以制作大前角、小进给量和小吃刀量的精细刀具,如小直径立铣刀、小铰刀等;因其高弹性模量、抗摩擦磨损性能,以制作高精度模具、冲头等,另外,还可以用来制作高耐磨,耐冲蚀的工具,如高压喷嘴、阀门、高压枪、玻璃刀、纺织品切刀以及磁带、录像带切刀等。

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