硬質(zhì)合金的性質(zhì)及應(yīng)用

1、硬質(zhì)合金的性質(zhì)及應(yīng)用碩航存?zhèn)}巧稱丨業(yè)的“茅齒”它是以虛熔金械碳化物（W、T1C.TftC.NbC,CijCj）為抵鐵帙金IB（Co.Ni和F"悴粘結(jié)剤應(yīng)用粉術(shù)冶金燒結(jié)而威的合金材料.它結(jié)合了高硬度的難熔金屬碳化物較好的粘縉金風(fēng)的一些優(yōu)點相比.它具有較咼的諛度.曲址相耐刖忤”*與趙碘材料樹比它具冇較烏的制性口"自ftSAKarlSchroterJ'1923年用粉末冶金法硏制誡膻質(zhì)汁金.穗國克悄怕<KrNpp）公川19初年開始規(guī)模化生產(chǎn)Ift標(biāo)為“WIDIA”的硬質(zhì)合金以后.世界工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了磽質(zhì)合金這靳興產(chǎn)業(yè).通過近盹年來的發(fā)展.時界硬質(zhì)汁金產(chǎn)業(yè)的規(guī)膜9品種不斷

2、擴(kuò)丸.井形鷹了一些全球知名的跨國生產(chǎn)'經(jīng)管企業(yè).如瑞典的Sandvikft團(tuán)*芙國的KeimuriBtel公司*以色列的Iscw.t*:fjMit-subiduM&tetiflls1jTodnbaTuiigallcy>L!1國勺沖;8!集Mb自現(xiàn)公司和Bt門啊業(yè)尊哽質(zhì)命金已由小規(guī)模T嚴(yán)牧展成為個完蠱獨立的T業(yè)體系.成為兒所仃I業(yè)甜門和新技術(shù)傾域中不可缺少的丁.具材料和結(jié)構(gòu)村料,尤其在金M切削加工.金屬嵐影工具.礦山工具、石油鉆探為地成肋探*國冊軍工及石村和匚木材加工*汽車工業(yè)零方而獲得了廣泛應(yīng)用在所有的鎖質(zhì)介金中，攝化鴿（WC）內(nèi)辦著相為究出的地位約98魅以上的隕質(zhì)含金巾

3、都含fWC*山中，50HUI上是純的WC-C時Mr鴨鉆類仮£亦硬質(zhì)合金是世界上JT廢量早、應(yīng)用聶廣泛的啖硬質(zhì)合金.這/AlliC口做粘結(jié)桿.H+的韌性，并且對WC零帀更質(zhì)枠金碳化物H仃艮好的潤靛FlHi嘰同時阮作6屮溶榊度牧低*和叱。粘給的WC吐破陌仟金強(qiáng)度較高4純WC-Co硬Jfi合金用岳粘鉛的細(xì)顆鞄WC砸度隨鉆含童的増加而降低，任汁危含鉆St定時*WC粒度越期，合亞的謹(jǐn)度則越離*破質(zhì)件金問世以后.為改進(jìn)性能.人們對他的研究不僅沒有停止過IfiiIj越來匡加入。陸桿齊種先進(jìn)1£和訛鈾的不斯議昇，耀貢作隹的件能得到不斷的提高t而工業(yè)技術(shù)的持規(guī)發(fā)展又對它提出了更島和匹嚴(yán)密的要

4、求*11IN.畋質(zhì)介金C發(fā)展成為一門技術(shù)密集樂粘細(xì)產(chǎn)晶。我冋足鈣資源人國，同時我國也是硬質(zhì)介金生產(chǎn)人國，然而我W尚不是硬質(zhì)介金生產(chǎn)強(qiáng)國：主要反映在我【R的鈣產(chǎn)業(yè)處于廉價出【】鈣原料髙價進(jìn)口硬質(zhì)合金成品的境地。中國硬質(zhì)合金產(chǎn)最的增長基本上是中、低檔產(chǎn)品，髙附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)仍牢牢羋握任發(fā)達(dá)國家手中中國市場I:進(jìn)口的硬質(zhì)合金以高檔產(chǎn)品為主，往往與具配套，皎質(zhì)介金部分因損耗需不斷補(bǔ)充。我國有些廠家也向國內(nèi)市場提供優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金,但因質(zhì)量、品種與國外相比尚有一定差距而受到很大限制比如在我13重點工程中所使用的高風(fēng)壓鑿巖設(shè)備以及配奩陽巖匸貝還比較落后的怙況下，國外先進(jìn)硬質(zhì)介金生產(chǎn)企業(yè)憑借明顯技術(shù)優(yōu)勢和客觀條

5、竹便相丿2產(chǎn)品/PPWKWTil）場，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀【“。我國硬質(zhì)合金產(chǎn)品技術(shù)含量及經(jīng)濟(jì)附加值不高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理以及匸藝技術(shù)和裝備的整體水平與國外先進(jìn)水平相比榕后10年以t.造成這種現(xiàn)線的主耍廉因是|1門:我N硬質(zhì)介金的綜介件能不佳。如何進(jìn)步提高性能，使nHTf優(yōu)界的力學(xué)性能，是II詢國內(nèi)外材料研究和開發(fā)的熱點Z一，也是硬質(zhì)合金工業(yè)發(fā)展的重要方向b此同時我們還要保證產(chǎn)品的工藝技術(shù)要求不能超出我國現(xiàn)實的I業(yè)制備水平.關(guān)鍵一點是還要同時保證我01產(chǎn)品的價位低廉的戸大優(yōu)恰.就需要我們把匝點放金如何研究出一種r.藝，既不提島較大的成木乂改善了綜介件能，而不足一味以超高鎖度，趙高韌性為唯-H標(biāo).

6、m更質(zhì)介金風(fēng)脆性材料.氏性能不佳的瓶頸是硬度和強(qiáng)度z間即耐燒性和韌性Z間存在著矛盾:硬度高則強(qiáng)度偏低.而強(qiáng)度高則磧度偏低.因此緩和兩打才盾使二者仃效結(jié)介起來足人們一努力的方向。氏期以來.人們做門m大勞力，采取了諸如捉離結(jié)構(gòu)的均勻性、添加介金化元索、衣面涂層、強(qiáng)化處理等系列插施，便這對才肝任一定程度上得以緩和，們是li木1R得很好的效果研究發(fā)現(xiàn)，在鉆相含址不變的怙況K'SWC晶粒降到lpm以下時，皎質(zhì)介金的硬度和強(qiáng)度則同時提高，而R這提高的幅度隨若陽粒度進(jìn)-步減小而更加明顯。根all-Petch關(guān)系式:H=H“+kHd"其小:d&粒.尺寸：鳳單晶試樣硬度：m品粒尺寸折數(shù)

7、,一般為-1/2：M常數(shù).于是人們逐漸把匝點放任降低WC的半均晶粒度|：然而制備超細(xì)便質(zhì)介金I藝復(fù)雜，注盤帰項繁多，T藝參數(shù)要求高，使得廠家要大幅度更新設(shè)備，從而使成木總劇提高，-般對于實際生產(chǎn)盤義不人。硬質(zhì)合金的傳統(tǒng)工藝采用粉木冶金的方法.這一方法任現(xiàn)仃相關(guān)產(chǎn)業(yè)中仃著廣泛的技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用.設(shè)備齊全、匸藝成熟,可以迅速大規(guī)楔的生產(chǎn)。但由于粉末冶金匸藝木身的缺點,如產(chǎn)品微觀空隙大、產(chǎn)品尺寸冇限、形狀簡單，使得傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品性能達(dá)不到高要求,且經(jīng)常由于產(chǎn)品的韌性不好而不能長壽命的工作,較國外產(chǎn)品因性能不優(yōu)而失左競爭力。這往往由于粉末在饒結(jié)過程中容易K大，致使獲得細(xì)小晶粒的硬質(zhì)合金變得困難。在硬質(zhì)合金

8、中加入某些添加劑是提高合金性能的有效途徑之一，添加劑對硬質(zhì)合金性能的影響,在很多方面已被眾多科學(xué)工作者所揭示,如添加劑可提高合金的耐僭性、抗沖擊性、高溫性能、切削性能等。一般的添加劑分為僉屬元索添加劑、碳化物添加劑和氣化物添加劑。常用的金屬添加劑有W、Mo、Cr、V、Nb、Ta、Al、Cu、Ru、Zr和Re等。添加W便換質(zhì)合金的使用溫度提A181.增強(qiáng)了合金的高溫性能。M。的主要作用心于改善燒結(jié)時液態(tài)金屬對TiC硬質(zhì)相的潤濕性。硬質(zhì)合金中添加Cr可以得到物理、機(jī)械和便用性能良好的合金。在硬質(zhì)合金粘結(jié)劑中加入V,Nb,Ta,在燒結(jié)過程中它們能使碳化物產(chǎn)生梯度分布，增強(qiáng)了合金的穩(wěn)定性。A1與Co的

9、康子半徑相差較大,A1對C?；w的較好的強(qiáng)化作用。在TiC基硬質(zhì)合金中加入Cu可以提高硬質(zhì)合金的耐磨性o向WC-Co硬質(zhì)合金中添加Ru可以增強(qiáng)合金的抗熱疲勞的能力9o在硬質(zhì)合金中添加少唯的Re可增加硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性【叫硬質(zhì)合金中添加的過渡金屬碳化物,如VC,NbC,TaC,Cr3C2和M02C等金屬碳化物,一般是用作晶粒長大抑制劑叫其抑制WC晶粒長大的效果依、列抑制作用排列：VC>NbC>TaC>TiC>Mo2C>Cr3C2>ZrC>HfC。應(yīng)用最多的抑制劑足VC和63C2，文獻(xiàn)Z報道0.8%Cr3C2+0.4%VCli<t抑制劑效果比單獨

10、添加好。目蘭在硬質(zhì)合金中添加的氧化物有Ag、ThOj.Y2O3、Dy2O3.ZrC)2、Nd2O3.La2O3.CezOj以及混合稀上氧化物等.在硬質(zhì)合金中加入稀土元素,可使合金高溫強(qiáng)度和抗氧化性大大提高,在不降低硬度的情況下,可絞大提髙合全的韌性因此稀土硬質(zhì)合金的研究一直是研究者關(guān)注的焦點，本試驗也將亜點研究稀上氧化物對換質(zhì)合金的作用。稀土元素是制系元素系稀土類元素群的總稱,包含銃Sc、鉉Y及擱系中的錯La、iitiCe.鐳Pr、錢Nd、樋Pm、鑼Sm、鉗Eu、軋Gd、鈕:Tb、輛Dy、欽Ho、鉗Er、鐵Tm、褪Yb、珞Lu,共17個元素?！跋⊥痢币辉~是十八世紀(jì)沿用下來的名稱因為當(dāng)時用于提取

11、這類元索的礦物比較稀少，而口獲得的氧化物難以熔化，也難以溶于水，也很難分離，其外觀酷似"上壤”，而稱之為稀土問。被稱為工業(yè)“維生素”和“新材料寶庫”的稀上元素由于具有-系列特殊的性質(zhì)，C被廣泛應(yīng)用于冶金材料、光學(xué)、磁學(xué)、電子學(xué)、機(jī)械、化工、原子能、農(nóng)業(yè)和輕工業(yè)等部門。稀上作為添加劑、變質(zhì)劑其本身直接產(chǎn)值和利潤雖不高,但所產(chǎn)生的二次經(jīng)濟(jì)效益可增值數(shù)十借甚至數(shù)百倍。鋼中加入少就稀土元素可以提高強(qiáng)度，凈化雜質(zhì),細(xì)化晶粒，改變雜質(zhì)的存在形態(tài)和分布,使其性能得到改善，從而提髙鋼的質(zhì)量.在粉末冶金帙甚制品中加入少量稀上元素也可在很大程度上改善制品的性能【“】。從上lit紀(jì)60年代開始,人們?yōu)榱颂?/p>

12、高硬質(zhì)合金的質(zhì)量,開展了添加稀土元素的研究，取得了明顯的效果。研究表明Z稀I:氧化物的添加不僅町以細(xì)化WC晶粒、消除不連續(xù)長大的粗晶，和提高立方鉆相含量，而且還可以增加介金制品的宏觀應(yīng)力，所以介金的強(qiáng)韌性得到了顯苫的提高。另一方面確質(zhì)合金中添加微&稀十丿稀I氧化物可以降低饒結(jié)時的液相出現(xiàn)漏度、減少孔隙度。燒結(jié)溫度的降低會減少液相的生成量,減少溫度對晶界遷移激活能的降低作用,阻礙聚晶長大的晶界遷移,從而使晶粒得到細(xì)化,對硬質(zhì)合金的性能產(chǎn)生重耍影響（16J7L綜上所述，在硬質(zhì)介金中添加微就稀上元索，不僅可以抑制燒結(jié)過程中合金的晶粒氏人，而且還能改善介金的力學(xué)性能，從而進(jìn)一步提髙其產(chǎn)品的使用壽命。在硬質(zhì)合金領(lǐng)域,稀上添加劑的研究一直是熱點,但一般的思路是加入IE納米級的稀土添加劑改性硬質(zhì)合金,而加入納米稀土添加劑很少有報道圖1J說明了納米稀上添加劑與普通稀上添加劑的強(qiáng)化機(jī)理的區(qū)別。非納米添加劑粒子納米添加劑粒子WC圖1-1怖土添加刊示意圖由圖1-1可見,納米稀土添加劑的使用較普通稀土添加劑的使用量低,且與WC品粒（大圜）的間隙小,排列更加致密。普通稀上添加劑的尺寸幾乎與WC相同數(shù)就級，所以易形成裂紋源。納米稀土添加劑的優(yōu)勢明顯的顯靂出來因此與其一味追求將硬質(zhì)合金微粒完全制成納米級,不如嘗試在硬質(zhì)介金中加入納米稀上進(jìn)行納米化改性，以此達(dá)到我們既不提