刀具材料硬质合金及涂层

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1、刀具材料 -硬质合金及涂层 Global Knowledge Center 国际 知识中心 保密资料， 仅供内部使用 切削刀具材料 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 1 of 54 进给，切深，断续 （抗冲击能力） 切削速度 抵抗热变形能力 高硬材料 (PCD, PCBN) 陶瓷 金属陶瓷 带涂层的硬质合金 钴高速钢 高速钢 保密资料， 仅供内部使用 H S SC a r b i d eA d v . M t l s0204060801001990 2000 2010高级耐磨

2、材料 $.8 B = $1.8 B CAGR = 9.3% 总的市场份额 $8.6 B = $12.1B CAGR = 3.5% 切削材料市场份额 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 2 of 54 保密资料， 仅供内部使用 刀具 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 3 of 54 刀具基体 抗变形 ,抗断裂 ,抗热和抗机械冲击力 涂层 耐磨 ,光滑 ,降低摩擦

3、热，表面光洁度 宏观尺寸 切屑控制 ,加工效率 微观尺寸 (刃口预处理 ) 切削力 ,表面光洁度 保密资料， 仅供内部使用 基体元素 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 4 of 54 W 钨 C 碳 WC 碳化 钨 Co 钴 粘结 剂 硬质元素 保密资料， 仅供内部使用 基本的基体元素 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 5 of 54 硬质合金 (硬质合金颗

4、粒被钴一类的软性粘接剂包围或粘接起来） WC 碳化钨 Co 钴 保密资料， 仅供内部使用 硬质合金 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 6 of 54 纯 WC-Co硬质合金 (铸铁和有色金属加工 ) 混合硬质合金 (钢的加工 ) 保密资料， 仅供内部使用 成分 /颗粒尺寸对比性质 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 7 of 54 5 - 12% 钴 和 1-

5、5 m 碳化物颗粒的尺寸 (1 m)细晶粒 (5 m)粗晶粒 1 5 m 5 12% 5 - 12% 钴含量 1 5 m 硬度 韧性 WC颗粒尺寸 保密资料， 仅供内部使用 刀具材料性质 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 8 of 54 材料 硬度 杨氏模数 相对磨料抗磨 (HRA) (106 psi) 粒磨损能力 工具钢 81-85 30 10 碳化钨 -6%钴 92.7 90 100 碳化钨 -6%钴 -9%混合物 92.0 85 70 保密资料， 仅供内部使用 硬度 2

6、013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 9 of 54 决定抗磨损能力 在高耐磨下的高硬度 取决于 : 成分 (主要由 WC成分决定 ) 微观结构 (WC晶粒尺寸 ) 由 洛氏硬度法或维氏硬度法测量 载荷 压头 试件表面 保密资料， 仅供内部使用 硬度 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 10 of 54 硬度随着钴的含量的增加和硬质合金颗粒的变大而减小 硬度 HRA

7、洛氏硬度 95 90 85 80 0 10 20 30 钴含量 wt% 粗颗粒 中等颗粒 细颗粒 保密资料， 仅供内部使用 高温硬度 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 11 of 54 随着温度的增加硬度急剧下降 1kg 的载荷下的微观硬度 中等 WC颗粒尺寸 A: WC-3Co B: WC-6Co C: WC-12(Ti,Ta,Nb)C-8Co D: WC-2TaC-12Co 钴的百分比 % 保密资料， 仅供内部使用 抗压强度 2013 Kennametal Inc. l

8、All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 12 of 54 抗变形能力的测定 硬质合金的耐压强度要比大多数其他的材料要高 与硬度一样 , 耐压强度随着钴的含量增加 、晶粒的增大或温度的升高而下降。 硬质合金刀片厚度增加强度增大 载荷 压板 保密资料， 仅供内部使用 不同类型的中等尺寸 WC 颗粒 在 0.2% 应变时的屈服强度 A: WC-22(Ti,Ta,Nb)C-5Co B: WC-12(Ti,Ta,Nb)C-8Co C: WC-8(Ti,Ta,Nb)C-6Co D: WC-2TaC-12Co 温度 2013 Kenname

9、tal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 13 of 54 纯 WC-Co合金 温度 钴含量 温度 保密资料， 仅供内部使用 横向断裂强度 （ TRS） - 韧性 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 14 of 54 TRS用来评价硬质合金的弯曲断裂强度 TRS= f (成分 , 微观结构 , 疏松度 ) 优秀的质量控制工具 载荷 保密资料， 仅供内部使用 横向断裂强度 2013 Kenna

10、metal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 15 of 54 纯 WC-Co合金 粗颗粒 中等颗粒 细颗粒 横向断裂强度,ksi钴含量 保密资料， 仅供内部使用 断裂韧性 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 16 of 54 测定抗断裂的能力 决定刀具的内在韧性 没有横向断裂强度敏感 工件的几何形状和尺寸 表面光洁度 稀疏孔 取决于 : 成分 (高的含钴量 =高的断裂韧性 ) 颗粒大小 (

11、粗颗粒 =高断裂韧性 ) 保密资料， 仅供内部使用 断裂韧性 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 17 of 54 随着钴含量和碳化钨晶粒尺寸增加，断裂韧性增加。 载荷 钴含量 保密资料， 仅供内部使用 抗热冲击力 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 18 of 54 在铣削中有要求 在 实验室中至今没有现成方法 已 使用过很多不同的经验公式 KIc k E a

12、 其中 Kic = 断裂韧性 k = 热导系数 E = 杨氏模量 a = 热膨胀系数 e.g. 保密资料， 仅供内部使用 富钴层技术 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 19 of 54 高含钴量的刀具，在刀片的周边钴含量很高，使得刀具有较高的刀刃强度，而在内部含钴量较低，具有抗变形能力 加工应用范围广 保密资料， 仅供内部使用 富钴层刀具（ KC850 TiC-TiCN-TiN） 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Pr

13、oprietary and Confidential l 20 of 54 保密资料， 仅供内部使用 刀具材料的设计 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 21 of 54 金属切削环境 : 热量 (热变形 ) 压力 (变形 , 断裂 ) 磨损 (纯磨损 , 化学磨损 , 切深处缺口 ) 断续切削 (热和机械的循环交替作用 ) 保密资料， 仅供内部使用 P 01 P 10 P 20 P 30 P 40 P 50 M 10 M 20 M 30 M 40 K 01 K 10 K 20 K 30 K 40 蓝色 黄色 红色 热量 /磨损 （速度） 韧性 （进给和断续） N 10 N 20 N 30 N 40 绿色 橙色 S 10 S 20 S 30 S 40 H 01 H 10 H 20 H 30 灰色 钢材 不锈钢 铸铁 有色金属 高温合金 硬 材料 切削条件的 ISO分类 2013 Kennametal Inc. l All rights reserved. l Proprietary and Confidential l 22 of 54 保密资料， 仅供内部使用 ISO硬质合金分类 2013 Kennametal Inc. l All rights reserve