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硬质合金刀具材料制粉工艺
专栏：行业动态
发布日期：2012-03-15
阅读量：3438
作者：佚名
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           硬质合金是使用最广泛的一类高速加工刀具材料，此类材料是通过粉末冶金工艺生产的，由硬质碳化物（通常为碳化钨WC）颗粒和质地较软的金属结合剂组成。目前，有数百种不同成分的WC基硬质合金，它们中大部分都采用钴（Co）作为结合剂，镍（Ni）和铬（Cr）也是常用的结合剂元素，另外还可以添加其他一些合金元素。
        碳化钨粉是通过对钨（W）粉进行渗碳处理而获得的。碳化钨粉的特性（尤其是其粒度）主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。化学控制也至关重要，碳含量必须保持恒定（接近重量比为6.13％的理论配比值）。为了通过后续工序来控制粉体粒度，可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。不同的下游工艺条件和不同的最终加工用途需要采用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合，通过这些组合的变化，可以产生各种不同的碳化钨粉。例如，碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种标准牌号的碳化钨粉，而根据用户要求定制的碳化钨粉品种可达标准牌号碳化钨粉的5倍以上。
       在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料时，可以采用各种不同的组合方式。最常用的钴含量为3%－25%（重量比），而在需要增强刀具抗腐蚀性的情况下，则需要加入镍和铬。此外，还可以通过添加其他合金成分，进一步改良金属结合剂。例如，在WC-Co硬质合金中添加钌，可在不降低其硬度的前提下显著提高其韧性。增加结合剂的含量也可以提高硬质合金的韧性，但却会降低其硬度。
       减小碳化钨颗粒的尺寸可以提高材料的硬度，但在烧结工艺中，碳化钨的粒度必须保持不变。烧结时，碳化钨颗粒通过溶解再析出的过程结合和长大。在实际烧结过程中，为了形成一种完全密实的材料，金属结合剂要变成液态（称为液相烧结）。通过添加其他过渡金属碳化物，包括碳化钒（VC）、碳化铬（Cr3C2）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）和碳化铌（NbC），可以控制碳化钨颗粒的长大速度。这些金属碳化物通常是在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨时加入，尽管碳化钒和碳化铬也可以在对碳化钨粉进行渗碳时形成。
       碳化钨粉与金属结合剂混合碾磨的加工条件也是至关重要的工艺参数。两种最常用的碾磨技术是球磨和超微碾磨。这两种工艺都能使碾磨的粉料均匀混合，并能减小颗粒尺寸。为使以后压制的工件具有足够的强度，能保持工件形状，并使操作者或机械手能拿起工件进行操作，在碾磨时通常还需要添加一种有机结合剂。这种结合剂的化学成分可以影响压制成工件的密度和强度。为了有利于操作，最好添加高强度的结合剂，但这样会导致压制密度较低，并可能会产生硬块，造成在最后成品中存在缺陷。   
       完成碾磨后，通常会对粉料进行喷雾干燥，产生由有机结合剂凝聚在一起的自由流动团块。通过调整有机结合剂的成分，可以根据需要定制这些团块的流动性和装料密度。通过筛选出较粗或较细的颗粒，还可以进一步定制团块的粒度分布，以确保其在装入模腔时具有良好的流动性。
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