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1、硬质合金知识培训,专业基础知识,硬质合金专业基础知识 之,材料物理性能、显微组织指标,密度,密度是单位体积的质量。 硬质合金的密度对成分以及在成分一定的情况下对孔隙度及其敏感。 （一）密度与成分的关系 钨钴合金的密度随钴含量增加而降低。 合金的理论密度可按下式计算：,密度,式中：A、B、C为各组元的重量百分数，da、db、dc为各组元的密度。,密度,（二）密度与孔隙的关系 由于孔隙存在，实际密度小于理论密度，渗碳、欠烧、脏化、未压好等都会使密度降低。 孔隙度与密度的关系可通过下列公式计算： 式中：P孔隙度，体积%；do理论密度；d实际密度。,密度,（三）密度与碳含量的关系 在成分、孔隙恒定的情
2、况下，合金密度与合金中的相和游离碳有关。正常组织碳含量增加0.10.13%，其密度可降低0.1g/cm3。,硬度,硬度是合金抵抗变形和磨损的能力。 硬度测定是以对微量塑性变形阻力为基础，塑性越低，硬度越高。 硬质合金是由硬质相和较软的粘接相所组成的不均匀材料，其硬度宜采用洛氏硬度（HRA）和维氏硬度（HV）来度量。 洛氏硬度是利用金刚石圆锥做压头，分别采用60kg、100kg、150kg三种负荷压入合金，根据压入深度在刻度表盘上，直接表示其硬度值，分别用HRA、HRB、HRC表示。硬质合金为硬脆材料，只能采用HRA测量。,硬度,维氏硬度是利用金刚石四棱锥做压头，负荷9.807493.7N不等，
3、一般采用294.2N。国外趋向采用30、50N低负荷试验机。根据负荷和压痕面积的比值来表示其硬度值。 YG合金的硬度随钴含量增加，WC晶粒度增大和碳含量增大而降低。 相同的晶粒度和碳含量，每增加3%的钴，合金硬度大约降低1HRA。 钴含量相同，细晶粒合金的硬度比中晶粒合金大11.2HRA。 各种不同钴含量的合金，随温度升高硬度降低，在约800oC时出现拐点，其后虽温度升高硬度降低加快。低钴、细晶粒合金在高温下保持较高的硬度。,抗弯强度,抗弯强度是合金在弯曲负荷的作用下，试样完全断裂时的极限强度。 抗弯强度试样分A、B两种，均为矩形横断面，如下表示。,一般来说，试样表面状态相同，B型试样强度比A
4、型试样强度约高10%，单位为N/mm2，N/mm2=MPa。,抗弯强度,一、抗弯强度与钴含量的关系 细晶钨钴硬质合金的抗弯强度随钴含量增加而增大。粗晶钨钴硬质合金随钴含量增加先增大后下降。 二、抗弯强度与WC晶粒的关系 抗弯强度与钨钴硬质合金中WC晶粒的关系比较复杂。,抗弯强度,三、碳含量对抗弯强度的影响 含钴低的合金（如YG10），抗弯强度的最大值出现在高碳侧。含钴高的合金（如YG20），抗弯强度的最大值出现在低碳侧。因此，YG10合金可选用碳量偏高的WC做原料，而YG20合金则可采用含碳量偏低的WC做原料。 碳的微小过量，只要分布均匀，并不严重影响合金的强度，但过量过多，在合金中产生片状石
5、墨夹杂，则合金强度下降。,孔隙度和非化合碳,一、孔隙度 （一）孔隙度的测定 孔隙度的大小是硬质合金质量好坏的重要标志。 孔隙度采用放大100倍，在显微镜下直接观察磨面与标准进行比较评定。 孔隙度评定已有国际标准。,孔隙度和非化合碳,A级孔隙：10m以下的孔隙，分A02、A04、A06、A08四级，未发现A类孔隙称为A00。 B级孔隙：1025m的孔隙，分B02、B04、B06、B08四级，未发现B类孔隙称为B00。 大于25m的孔隙分2575m、75125m、125150m和大于150m四档。 牌号不同，用途不同，对孔隙度的要求也不同。,孔隙度和非化合碳,（二）引起孔隙度的原因 1、引起A级孔
6、隙的大致原因 湿磨时间过长和细晶粒合金，在钴相中出现许多小于1m的孔隙。 湿磨时间过短则出现34m的孔隙。 湿磨时固液比不当也会造成A级孔隙。 粘接相分布不均。 工艺控制不当，也能造出A级孔隙。 WC内部也存在微孔。,孔隙度和非化合碳,（二）引起孔隙度的原因 2、引起B级孔隙的大致原因 汽油橡胶溶液中CaCO3在烧结下分解形成25m以下的孔隙。 汽油橡胶溶液中的凝胶粒子在烧结中分解残留1080m的孔隙。 未压好，外来杂质烧结后残留孔隙。 存在液相封闭产品表面后才还原的氧化物。 存在硬质合金碎屑，低熔点金属等。,孔隙度和非化合碳,二、非化合碳（游离碳）和相 （一）非化合碳和相的测定 游离碳采用放
7、大100倍，在显微镜下直接观察磨面与标准进行比较来评定。 游离碳也是一种孔隙，国际标准分C02、C04、C06、C08四级。未发现游离碳称为C00。 用腐蚀剂轻微腐蚀试样磨面，在低倍或高倍下观察相。,孔隙度和非化合碳,二、非化合碳（游离碳）和相 （二）产生游离碳的主要原因 原料总碳过高 掺胶量过多 填料含碳过高 装舟时制品靠近舟皿壁 脱胶、预烧、烧结工艺失控 真空烧结时炉内压力过高,非常规性能,1、线膨胀系数：试样受热时，温度升高1度，试样沿直线方向（mm）伸长的长度（mm），单位为10-6/K。 硬质合金线膨胀系数随钴含量增加而增大。 硬质合金的线膨胀系数比钢小约1倍，YG合金线膨胀系数略小
8、于YT硬质合金的线膨胀系数。,非常规性能,2、导热率:表征物质对于热量传递的能力，单位瓦/米K。 YG合金导热率随钴含量增加、温度升高而降低。钴含量一定，YG合金导热率随WC平均晶粒度增大而升高。 YG合金的导热率比YT合金大约1倍。,非常规性能,3、弹性模量（杨氏模量）：表示材料对弹性变形的抗力，单位为N/mm2。 硬质合金的弹性模量随钴含量增加而降低。 YG合金比YT合金额弹性模量大。 含钴量相同，YT合金的弹性模量随TiC增加而降低。 硬质合金的弹性模量随温度升高而降低。,非常规性能,4、抗压强度：表示硬质合金在压缩负荷下直至破坏时的极限强度，单位为N/mm2。 相同钴含量的合金，WC晶
9、粒度越小，抗压强度越高。YG硬质合金额抗压强度大于YT硬质合金。 钴含量项目，YT硬质合金的抗压强度随TiC增加而降低。,非常规性能,5、冲击韧性：即合金的抗冲击强度，表征合金抗冲击破坏的能力。即硬质合金受冲击负荷作用而破坏时，试样单位面积所承受的冲击功，单位为：Nm/cm2。 抗冲击强度检测与抗弯强度检测的差别是：抗冲击强度检测施加载荷速度快、时间短。 影响冲击韧性的因素与影响抗弯强度的因素相似。,非常规性能,6、断裂韧性：抵抗裂纹扩张的能力。 断裂韧性随合金钴含量增加而增大。 钴含量相同，断裂韧性随合金WC晶粒度增大而增大。 合金组织缺陷增加，断裂韧性降低。,非常规性能,7、抗蠕变断裂强度
10、 所谓蠕变，即在一定温度、一定压力作用下，随时间延长，合金发生塑性变形的现象。 硬质合金的抗蠕变断裂强度，随钴含量降低、碳含量降低、WC晶粒度减小而增大。,硬质合金知识培训 之,合金成分和工艺,一、前言,评价硬质合金的材质的好坏主要是看使用特性（如切削性能、耐磨、耐冲击特性、耐垫、耐压特性），但使用特性很难直接测量，在生产中多以合金的性能（物理性能、机械力学性能）来代替。目前我们又增加了磁性的检测，如矫顽磁力，磁饱和，这样在一定程度上反映了合金的结构因素。这样评价一定中能合金材质的好坏，具有一定的实际意义。 硬质合金材质的好坏取决于该合金的化学成份及组织结构，而这两者均受合金的制造工艺及工艺参
11、数支配。化学成份与组织物是决定材质的“内因”是“依据”而制造工艺及工艺参数是影响材质的“外因”是“条件”。由于硬质合金制造工艺繁杂、可变因素很多，使得“外因”制造工艺及工艺参数在很大的程度上影响着“内因”，化学成份与组织结构，从而使合金质量发生变化难于掌握，决定材质的内因和外因，及相互间的关系是十分密切的。 合金的化学成份主要是指合金的碳含量、硬质相和粘德相的组成及他们的比例。 合金的组织结构主要是合金中硬质相的种类、晶粒度、连接度、粘结相的原度以及内在缺陷，如孔隙， 相及石墨等非金属类杂物。,二、化学成分对硬质合金材质的影响,1、硬质合金的基本组分及其理化特性 硬质合金是由碳化物和粘结金属，
12、用粉末冶金方法烧结而成的一种复合材料，组成一种兼有高硬度、高耐磨、高强度、高韧性的新材质。,2、硬质碳化物对硬质合金材质的影响 硬质碳化物对合金材质的影响有采用不同种类的硬质碳化物可组成不同系列的合金，WCCO系，WCTac C o、WC（Tiw）Cco 等碳化物的含碳量决定着合金的碳化量、碳含量的质动将引起合金性能的变化，碳过量时，产生游离石墨，碳不足时将产生相，都影响合金的强度的下降。要求控制碳在 0.015%这是很难办到。且碳化物的含碳量与理论值也不相同，主要是制造工艺不同，设备及环境不同，选用的含碳量的碳化物不同，因此，我们应结合实际条件来确定的。,3、粘结金属成份对合金材质的影响 粘
13、结金属的量的变动显著影响着合金的性能。 改变粘结金属的加入量是制取不同牌号合金的重要手段之一，一般控制在0.2%最好，不能超过0.5%。 不同含co量还影响着合金的总碳量的波动，含C量高的总碳变动范围扩大，反之较少。 合金烧结后，由于W与碳溶入钴中形成r 相，r相中c含量低，则w含量高，相反，当合金碳合量高时， r相中碳含量也高，而w 含量降低。 烧结温温度与冷动速度对r相成份也有影响， Tr相中W 冷却速度快，r相中W 含量。,4、添加成份与工艺添加剂对硬质合金材质的影响 添加成份是指为改变合金的某些性能而加入的物质，烧结后残留于合金中，改变合金硬质相而添加如有Tic、TaN 、 Cr3C2
14、等。添加这些可能影响WCco合金的强度，阻止wc 晶度长大，细化晶粒，也有时为了提高，其高温下的抗氧化性等，同时也影响r相的成份。 工艺添加剂是指在生产中，由于过程的需要而加入的物质，工艺过程一完成，又须去除，但不影响物理化学变化。 如还原促进剂，碳化促进剂，研磨介质，成型剂。,5、杂质对硬质合金性能的影响 硬质合金中的杂质多是由原料中带入，有些在制造过程中带入，不同程度上影响着合金的性能，如AO2O3、Sio2、Cao，将会使合金出现孔隙污垢、夹杂，在烧结过程中还会夺碳产生相，使合金性能下降。,6、工艺对硬质合金化学成份的影响 生产工艺对化学成分的影响，关健在碳含量的控制上。要得到性能优化的
15、合金，不仅要求合金中无游离碳与相，还要求碳化物含碳量应饱和以及r相中含碳量适宜才行。 合金的碳含量主要在钨粉碳化时确定的，WC 中的碳含量的确定也是合金生产区艺决定的，湿磨过程、混合料的干燥与存放加入成型剂、预烧、烧结，这些过程控制不好，对碳的控制也是很难确定的。,三、组织结构对硬质合金材质的影响,1、硬质合金组织结构的特点： 在烧结硬质合金中，由于微细的硬质相是可以调控的晶粒分布在粘结相中，因此使得它肯有高硬度和抗弯强度。 材质的好坏除受成份支配之外，它的显微组织及微结构在很大的程度上改变着合金性能，由于硬度相与粘结相性能相差很大，加上工艺的可变范围大，使得硬质合金的组织结构与一般合金相比要
16、复杂些，对材质的影响也大得多。因此观察及组织结构须在1500倍才行。 1）硬度碳化物及粘结相的种类与组成，这与成份有关。 2）硬质碳化物的料度、均匀度，不同硬质相粒度的搭配，粘结相的厚度与晶粒度等，主要取决于制造工艺。,2、显微相组成对硬质合金材质的影响 常用硬质合金一般为两相合金或三相合金 两相合金：WCCO，WCNi 最典型的，一相是WC晶 相二相是呈网络分面在WC颗粒周围的r相。在金相中可以看到。 三相合金：典型的三相合金是YT来合金。一相是W（）相一相WCTiC（），另一相是r相，改变相的种类与组成亦可得到不同性能的三相合金。,3、显微相粒度对硬质合金材质的影响 合金中各相晶粒的形状，大小分布及相互关连是显微组织研究的重要内容。 硬质相的粒度，一般来说减少WC晶粒可大大提高合金的硬度与耐磨性，增大WC晶粒可显著改善合金的强度与韧性，如YG15、YG15C 晶粒的均匀度：这里有两种认为，有的认为晶粒度公布宽的合金强度低于晶粒度分布窄的合金。 有的认为选择不同粒度的原料，在适当的配比范围内
