硬质合金材料和硬质合金刀具加工的基本知识
硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。&&&ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔点特别高，统称为硬质合金。下面以碳化物为重点来说明硬质含金的结构、特征和应用。&&&ⅣA、ⅤA、ⅥA族金属与碳形成的金属型碳化物中，由于碳原子半径小，能填充于金属品格的空隙中并保留金属原有的晶格形式，形成间充固溶体。在适当条件下，这类固溶体还能继续溶解它的组成元素，直到达到饱和为止。因此，它们的组成可以在一定范围内变动（例如碳化钛的组成就在
TiC0.5～TiC之间变动），化学式不符合化合价规则。当溶解的碳含量超过某个极限时（例如碳化钛中Ti︰C＝1︰1），晶格型式将发生变化，使原金属晶格转变成另一种形式的金属晶格，这时的间充固溶体叫做间充化合物。&&&金属型碳化物，尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属碳化物的熔点都在3273K以上，其中碳化铪、碳化钽分别为4160K和4150K，是当前所知道的物质中熔点最高的。大多数碳化物的硬度很大，它们的显微硬度大于
1800kg?mm2（显微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬质合金和硬质化合物，显微硬度1800kg?mm2相当于莫氏一金刚石一硬度9）。许多碳化物高温下不易分解，抗氧化能力比其组分金属强。碳化钛在所有碳化物中热稳定性最好，是一种非常重要的金属型碳化物。然而，在氧化气氛中，所有碳化物高温下都容易被氧化，可以说这是碳化物的一大弱点。&&&除碳原子外，氮原子、硼原子也能进入金属晶格的空隙中，形成间充固溶体。它们与间充型碳化物的性质相似，能导电、导热、熔点高、硬度大，同时脆性也大。&&&硬质合金的基体由两部分组成：一部分是硬化相；另一部分是粘结金属。&&&硬化相是元素周期表中过渡金属的碳化物，如碳化钨、碳化钛、碳化钽，它们的硬度很高，熔点都在;以上，有的甚至超过;。另外，过渡金属的氮化物、硼化物、硅化物也有类似的特性，也可以充当硬质合金中的硬化相。硬化相的存在决定了合金具有极高硬度和耐磨性。&&&粘结金属一般是铁族金属，常用的是钴和镍。&&&制造硬质合金时，选用的原料粉末粒度在1～2微米之间，且纯度很高。原料按规定组成比例进行配料，加进酒精或其他介质在湿式球磨机中湿磨，使它们充分混合、粉碎，经干燥、过筛后加入蜡或胶等一类的成型剂，再经过干燥、过筛制得混合料。然后，把混合料制粒、压型，加热到接近粘结金属熔点（℃）的时候，硬化相与粘结金属便形成共晶合金。经过冷却，硬化相分布在粘结金属组成的网格里，彼此紧密地联系在一起，形成一个牢固的整体。硬质合金的硬度取决于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越细，则硬度也越大。硬质合金的韧性由粘结金属决定，粘结金属含量越高，抗弯强度越大。
硬质合金刀具加工的基本知识：
制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性（切削加工、锻造和热处理等），并不易变形。&&
&&通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现在仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。&&
聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。&&
&&硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高
1~3倍以上。&&
&由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别高锰钢属难加工材料，对刀具材料要求较高。一般来说，要求刀具材料红硬性高、耐磨性好，有较高的强度、韧性和导热系数。切削高锰钢可选用硬质合金、金属陶瓷做刀具材科。目前应用最普遍的还是硬质合金，其中YG类硬质合金具有较高的抗弯强度和冲击韧性(与YT类硬质合金比较)，可减少切削时的崩刃。同时，YG类硬质合金的导热性较好，有利于切削热从刀尖散走，降低刀尖温度，避免刀尖过热软化。YG类硬质合金的磨加工性较好，可以磨出锐利的刃口
&&&一般情况下，刀具的耐用度取决于刀具材料的红硬性、耐磨性和冲击韧性。YG类硬质合金中含钴量较多时，抗弯强度和冲击韧性好，特别是提高了疲劳强度，因此适于在受冲击和震动的条件下作粗加工用；含钴量较少时，其硬度、耐磨性和耐热性较高，适合作连续切削的精加工。&
钨钢/硬质合金是一种主要由硬质相和粘结相组成的粉末冶金产品。硬质相很硬，主要是各种碳化物。其主要碳化物有：碳化钨(WC)&、碳化钛(TiC)&、碳化钽(TaC)&和碳化铌(NbC)。在大部分情况下，钴作为粘结相使用。&在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结。
&硬质合金的分类根据ISO标准进行。这种分类的依据是工件的材料类别(&P,&M,&K,&N,&S,&H)。&不同的硬质合金材质有不同的用途，如车削、铣削、孔加工、螺纹加工、切槽等。
钨钢/硬质合金主要成分的性能：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&WC&&&&TiC&&&&TaC&&&NbC&&&&&&&Co
&硬度HV&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&2400&&&&3200&&1800&&2400&&&&150~280HBS
&熔点°C&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&2800&&&&3100&&3800&&3500&&&&1500
&热导率W/m°C&&&&&&&&&&&&121.4&&&31.8&&&&22.2&&14.2&&&&&54.4
&热膨胀系数10-6/°C&&&&6.2&&&&&7.61&&&&6.61&&6.84&&&&12.5&
硬质合金/钨钢具有很高的硬度和耐磨性，常用于制造金属切削刀具、量具、模具等。通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，目前仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。
钨钢/硬质合金中有一种是以一种或几种碳化物（如TiC、WC等）为硬化相，以合金钢（如高速钢、钼铬钢等）邦福粉末为粘结剂制成，叫做钢结构硬质合金。其硬度介于钢和硬质合金之间，但是韧性大大提高并且可以切削加工和热处理加工。这种钢结构硬质合金的典型硬度为：经淬火——回火后硬度为69~73HRC，高速钢65%。
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加工硬度45以上的钢件用CBN材质硬质合金刀片华菱超硬BN-S20牌号超硬硬质合金刀片，是目前硬质合金刀片材质中硬度高耐磨的一种新型硬质硬质合金刀片片材质牌号；它比陶瓷硬质合金刀片片和CBN硬质合金刀片片的硬度和抗冲击韧性都高，在粗铣削加工和半精铣削加工中能够以很大的吃刀量进行铣削加工且硬质合金刀片片不崩刃
厂针对硬度45以上的钢件铣削加工特性，研制的BN-S20牌号超硬硬质合金刀片，是目前硬质合金刀片材质中硬度高耐磨的一种新型硬质硬质合金刀片片材质牌号；它比陶瓷硬质合金刀片片和CBN硬质合金刀片片的硬度和抗冲击韧性都高，在粗铣削加工和半精铣削加工中能够以很大的吃刀量进行铣削加工且硬质合金刀片片不崩刃。其性能特点及使用范围如下：
BN-S20牌号超硬硬质合金刀片适合铣削加工硬度45以上的钢件的牌号有ZG30Mn、ZG40Mn、ZG40Mn2、ZG45Mn、ZG50Mn、zG50Mn2、ZG65Mn等。常用来作齿轮、起重机和矿山机械轮子、耐嗜件等，高硅锰硬度45以上的钢件：牌号有ZG30Mnsi、ZG35MnSi、ZG35SiMn、ZG50SiMn、ZG20MnSi等，可作火车侧架、摇枕、齿轮、车轮等。高硅锰钼合金铸钢牌号有ZG35SiMnMo、ZG35SiMnMoV、ZG42MnMoV等，这些钢可以作挖掘机零、部件，大齿轮，吊车的套筒等。以及铬锰硅合金铸钢ZG30CrMnSi、ZG35CrMnSi，ZG40Cr和ZG70Cr。如齿轮和轮缘及ZG70Cr耐磨钢铸件ZG35CrMo链轮、挖掘机支撑轮、轴套等。铬锰钼钢主要作耐磨钢铸件牌号ZG30CrMnMo铬锰钼钢耐磨钢铸件以及铸造模具钢牌号ZG5CrMnMo含镍铸造合金钢如ZG35Ni24Crl8Si2。
铸造工具钢的牌号有ZGW18Cr4V、ZGW12Cr4V4Mo、ZGW9Cr4V2、ZGW9Cr4V模具铸钢的牌号zG5crMnMo，耐磨耐蚀合金铸钢牌号有ZG0Cr13Ni6MoR、ZG0Cr13Ni4MoR，ZG15MnMoV—Cu。
BN-S20牌号超硬硬质合金刀片铣削加工硬度45以上的钢件的范围：
硬度45以上的钢件广泛用于矿山机械耐磨材料备件、煤炭采运、工程机械耐磨件、农业机械、建材水泥机械、电力设备耐磨备件。在普通合金硬质合金刀片或涂层合金硬质合金刀片片铣削加工费力的时候，可使用华菱BN-S20牌号超硬硬质合金刀片提高铣削加工效率。
BN-S20牌号硬质合金刀片适合用于以下合金钢铸件铣削加工情况：
1，某些硬度45以上的钢件件单件铣削加工时间长，普通合金硬质合金刀片或涂层合金硬质合金刀片片走不到头就已经磨损导致工件返工，影响铣削加工效率的情况。
2，对于一些硬度45以上的钢件夹砂，气孔，白口等原因难铣削加工问题，造成普通合金和涂层硬质合金刀片片经常崩刃，甚至出现“扎刀等复杂情况。此时可选择BN-S20牌号超硬硬质合金刀片。
3，一些硬度45以上的钢件经过补焊或者堆焊（喷焊）后焊接点或喷焊层硬度高，普通硬质合金刀片经过焊接硬点时损害严重时可选择高硬度材质BN-S20牌号超硬硬质合金刀片
4，硬度45以上的钢件本身材质硬度高，如高锰高镍合金钢等工件，以及部分铣削加工硬化的高合金钢铸件，热处理淬火后的高硬度硬度45以上的钢件需要在进行切削铣削加工的情况。
大量实验和案例证明其寿命是涂层合金硬质合金刀片的几倍到几十倍。BN-S20牌号可用于粗铣削加工，也可用于半精铣削加工和精铣削加工合金钢铸件以提高铣削加工效率。适用于各种高硬度难铣削加工材料，如高温合金、耐热耐磨钢、高硬度铸钢/铸铁、淬硬钢、氮化钢、渗碳钢材料的铣削加工。并且在粗铣削加工中表现优异。
BN-S20牌号铣削加工硬度45以上的钢件的切削参数：吃刀量1-10mm；走刀量0.15-0.75mm/r;线速度：90-150m/min(粗铣削加工);300-550m/min(精铣削加工),是目前硬质合金刀片材质中硬度高耐磨的一种新型硬质硬质合金刀片片材质牌号；而且在粗铣削加工和半精铣削加工中能够以很大的吃刀量进行铣削加工且硬质合金刀片片不崩刃。
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