硬质合金材料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,WC-Co,硬质合金,WC-Co硬质合金,1,Co,角有一个,W,和,C,在钴中的固溶体相单相区。沿,Co-WC,线可把界面分为两个区域，,Co-WC,线左上方是三相区,+WC+C,和狭窄的两相区,+C,；右下方是由,、,WC,、,W,2,C,、,W,和三元化合物,l,、,2,、,K,相组成的多个相区。,两个三相区,+WC+C,和,WC,1,被一个狭窄的两相区,WC,分开。此两相区的大小表示,WC-Co,合金中碳量可允许的波动范围，叫相区宽度。,此两相区是以,W-C,边线上的,WC,处为顶点；向,Co,角张开的三角形，说明合金中,Co,含越高，即越接近,Co,角，从而合金允许碳量的波动的范围越大；反之，越接近,W-C,边线，即合金中,Co,含量越低，允许碳量的变动范围就越小，这表示低,Co,合金的碳量控制更为困难。,碳量在,Co-WC,线之上时，合金组织中便会出现第三相,-,石墨。,在,W,角附近有几种标记的三元化合物,l,、,2,、和,k,相，这些化合物的通式可写成,Co,x,W,y,C,z,。它们均为非正常价化合物，其成分可以在某个范围变动（叫均相区）。此均相区越大，该化合物越易出现，也越稳定，反之越不稳定。,W-C-Co,三元系等温截面的特点,Co角有一个W和C在钴中的固溶体相单相区。沿Co-WC线可,2,中间相的成分与特点,中间相的成分与特点,3,制取高质量硬质合金的必要条件之一是在其组织中不出现第三相石墨或,1,相，因为它会降低合金的机械性能和使用效果。,已有研究表明，,WC-Co,合金两相区的高碳边界与,Co-WC,线重合。因此，在任何,Co,含量的合金中，达到或超过按照,Co-WC,线计算的理论碳含量时。便会出现石墨。这样在确定两相区宽度时，只须定出低碳边界就够了。,低碳边界的,WC,含碳量与合金,Co,含量的关系如下：,Co(,)(,重量,)80 50 30 18 16 10,C (,)(,重量,)5.22 5.58 5.83 5.99 6.00 6.04,或者用线性方程来表示合金低碳边界的碳量；,C (,)(,重量,),6.125,-0.0735%Co(,重量,),两相区,WC+,制取高质量硬质合金的必要条件之一是在其组织中不出现第三相石,4,W-C-Co,系中的单相区是指,碳和钨在钴中的固溶体区,。在单相区内，随着碳含量的降低，钨在钴中的溶解度可以升高约,2,倍，即从,WC+,高碳边界处,9.4,(,重量,),增加到两相区,WC+,低碳边界处的,18.4,(,重量,),。,钴相中钨的含量既影响钴相性质，也影响合金的性质。不仅应避免,1,相和石墨的出现，还应控制好钴相中的钨含量。,单相区,W-C-Co系中的单相区是指碳和钨在钴中的固溶体区。在单相,5,WC-Co,合金正常组织为两相合金，即多角形白色,WC,相与黑色部分,Co,粘结相。当合金碳量不足时，会出现一种脱碳组织,W,3,Co,3,C,，常称,1,相。这种相性脆，能够导致合金强度的明显下降；,当合金碳量偏高时，会出现石墨，但石墨的有害作用比,1,相小。因此，碳含量可稍偏高并允许少量石墨的存在，但通常不准许出现,1,相。,WC-Co,合金的组织,高钴合金既不出现石墨也不出现,1,相的碳区范围要比低钴合金为宽。因此，生产优质低钴合金要困难得多。,WC-Co合金正常组织为两相合金，即多角形白色WC相与黑色,6,YG,合金的组织要求、成分与性能,YG合金的组织要求、成分与性能,7,矫顽磁力：,由于钴的存在，硬质合金具有一定的磁性。,WC-Co,合金的矫顽力主要与钻含量及其分散度有关。随钴含量的降低而提高。当钴量一定时，由于钴相的分散程度随碳化钨晶粒变细而提高，使矫顽力也随之增大。,在其他条件相同的情况下，矫顽力可作为间接衡量合金中碳化钨晶粒大小的参数。在正常组织的合金中，随着含碳量的降低，钴相中钨含量增大，使钴相受到较大的强化，矫顽力会因此而增大。因此，烧结时的冷却速度越大，矫顽力也愈大。,磁饱和：,合金磁饱和值只与合金合钴量有关，而与碳化钨相的晶粒度无关。因此，磁饱可用于对合金进行非破坏性的成分检查，或鉴定已知成分的合金是否存在非磁性的,1,相。,YG,合金的物理性质,矫顽磁力：YG合金的物理性质,8,弹性模量：,由于碳化钨具有较高的弹性模量值，相应,WC-Co,合金也具有高的弹性磨量。随着合金中钴含量的增加，弹性模量降低；合金中碳化钨晶粒度对弹性模量无明显影响。,导热率：,为避免工具在使用过程因过热而损坏，通常希望合金有较高的导热率。,WC-Co,合金有较高的导热率，约为,0.14-0.21,卡厘米,度,秒，热率一般只与合金钴含量有关，随钴含量的降低而提高。,热膨胀系数：,WC-Co,合金的线膨胀系数随含钴量的增加而增大。但合金的线膨胀系数值比钢材的线膨张系数低得多，这使合金工具镶焊时，会产生较大的焊接压力，如果不采取缓冷措施，往往会造成合金裂纹。,YG,合金的物理性质,弹性模量：由于碳化钨具有较高的弹性模量值，相应WC-Co合,9,硬度：,硬度是硬质合金的一项主要的机械性能指标。随着合金中钴含量的增加或碳化物晶粒度的增大，合金的硬度下降。,当工业,WC-Co,合金的钴含量从,2,增加到,25,时，合金的硬度,HRA,从,93,降低到,86,左右，大约每增加,3,的钴，合金硬度下降,1,度。,细化碳化钨晶粒度能有效地提高合金的硬度。同样钴含量的合金，如,YG6X,的硬度要比,YG6,高,1.5,2,度，,YG8,的硬度要比,YG8C,高,1,度多。在,WC-Co,合金中添加少量其他碳化物，如,TaC,（,NbC,）、,Cr,3,C,2,等时，都能拟制碳化钨晶粒长大，因而能提高合金的硬度。,当合金中出观性软的石墨时，硬度略有下降；而当出现硬脆的,1,相时，由于粘结相量减少，碳化钨晶粒变细，合金硬度明显提高。,随着使用温度的提高，合金硬度急剧下降。,YG,合金的物理性质,硬度：硬度是硬质合金的一项主要的机械性能指标。随着合金中,10,抗弯强度,通常，合金抗弯强度随钴量的增多而提高。但超过,25%,后，抗弯强度反而下降。工业生产,WC-Co,合金，在,0,25,钴含量范围内，其抗弯强度随钻含量的增加而升高。,合金抗弯强度与碳化钨晶粒度的关系较为复杂。一般而言，低钴,(10,以下,),粗晶粒合金的抗弯强度比细晶粒合金高；高钴,(15,以上,),细晶粒合金的抗弯强度比粗晶柱合金高；但钴含量,(10,15,),合金抗弯强度较特殊，钴含量和碳化钨晶粒度以及碳含量之间要有适当的配合。,合金渗碳、脱碳及孔洞、裂纹等缺陷都会显著地降低试样的强度。,随着使用温度的提高，合金的抗弯强度降低。,YG,合金的物理性质,抗弯强度YG合金的物理性质,11,抗压强度：,合金的抗压强度是合金抵抗压缩负荷的能力。,WC-Co,合金抗压强度随合金含钴量的增加而下降，随合金中碳化钨相晶粒变细而提高。因此，钴含量较低的细晶粒合金有较高的抗压强度。,冲击韧性：,冲击韧性是矿用合金的一项重要技术指标，对于苛刻条件下的断续切削刃具也具有实际意义。,WC-Co,合金冲击韧性随钴含量的增加而增大，随碳化钨晶粒度的提高而增大。因此，矿用合金大多是较高钴含量的粗晶粒合金，如,YG8C,等。,弹性模量：,由于碳化钨具有较高的弹性模量值，因此，,WC-Co,合金也具有高的弹性模量。随着合金中钴含量的增加，弹性磨量降低。合金中碳化钨晶粒度对弹性模量无明显影响。,YG,合金的物理性质,抗压强度：合金的抗压强度是合金抵抗压缩负荷的能力。WC-C,12,控制好合金的碳含量,：现有各类硬质合金中，,其组织和性能对碳量最为敏感，特别是低钴细晶粒合全更为突出。,除必须严格控制好碳化钨的含碳量以外，还必须使整个生产工艺过程出于稳定状态。,控制好合金的组织结构,：由于碳量的严格控制，在不出现第三相或只有微量石墨情况下，还必须使碳化钨相晶粒度以及分布的均匀性符合条件。这就要求原始碳化钨粉末粒度组成范围要窄，均匀性好，还必须辅以强化球磨，进一步使碳化钨破碎。为了防止烧结过程中碳化钨晶粒过分长大，添加少量,TaC,、,NbC,或,Cr,3,C,2,是有益的。而采用真空烧结则有利于获得细晶粒合金。,严格控制过程工艺参数,：现代硬质合金工厂不仅要求有高的技术水平，还必须要有科学的管理能力。任何工序工艺参数的不正常波动都会影响到合金的质量。,WC-Co,硬质合金的生产工艺特点,控制好合金的碳含量：现有各类硬质合金中，其组织和性能对碳量,13,WC-TaC(NbC)-Co,硬质合金,WC-TaC(NbC)-Co硬质合金,14,WC-TaC(NbC)-Co,硬质合金,WC-TaC(NbC)-Co,本质上仍然是一种碳化钨基合金，所不同的是在,WC-TaC(NbC)-Co,合金中出现了一个以,TaC(NbC),为基的新的固溶体相,(TaC-WC,或,NbC-WC),。,TaC(NbC),在碳化钨中几乎是不溶解的，而碳化钨在碳化钽,(,碳化铌,),中却有限溶解，因而形成有限固溶体。在通常的烧结温度下，,WC,在,TaC(NbC),中的溶解度约为,10,(,重量,),，且随温度的降低而降低。因此，,WC-TaC(NbC)-Co,合金正常组织由三相组成：即碳化钨相，固溶体相和钴相。,合金中的石墨或,相属于非正常组织。这类合金均为细晶粒合金。,WC-TaC(NbC)-Co硬质合金 WC-TaC(NbC),15,比重：,同钴含量的,WC-TaC(NbC)-Co,合金比重比,WC-Co,合金低，而且随着,TaC(NbC),添加量增加，合金比重下降愈多。,硬度：,添加少量碳化钽,(,碳化铌,),可抑制碳化钨晶粒烧结时的长大，细化合金晶粒并提高,WC-TaC(NbC)-Co,合金硬度。,抗弯强度：,WC-TaC-Co,合金抗弯强度较同钴量的,WC-Co,合金略有降低；,WC-NbC-Co,合金降低的更显著。这主要由于铌比钽在钴中的溶解度高，使钴相韧性降低较多，因而使合金抗弯强度明显降低。含碳量对,WC-TaC(NbC)-Co,合金强度的影响与,WC-Co,类似，即缺碳和过剩碳都会使合金强度降低。,高温性能：,合金有较高的高温性能，而对其他性能影响不大。,WC-TaC(NbC)-Co,合金的性质,比重：同钴含量的WC-TaC(NbC)-Co合金比重比WC-,16,添加,TaC,的合金有较高的强度，而添加,NbC,的合金硬度较高。,应根据合金的实际使用要求和其它经济技术指标，来生产各种含,TaC,，,NbC,或既含,TaC,，又含,NbC,的,WC-TaC(NbC)-Co,合金。,实例,添加TaC的合金有较高的强度，而添加NbC的合金硬度较高。,17,WC-TiC-Co,硬质合金,WC-TiC-Co硬质合金,18,WC-TiC-Co,硬质合金,从理论上讲，,WC-TiC-Co,状态图应该是,W-Ti-C-Co,四元状态图的某一特殊界面。由于在通常的烧结温度下，,WC,和,TiC,基本上不分解，因此可以看作是一个单独组元。,WC-TiC-Co,状态图在,1350,的等温截面比较简单，只有三个相区：一个单相区,(,固溶体,),，一个两相区,(TiW)C+,和一个三相区,(TiW)C+WC+,。因此，正常的,WC-TiC-Co,合金只有两种组织状态：一为,(TiW)C+,两相合金，一为（,TiW)C+WC+Y,三相合金。,通常碳化钛含量低干,30,的,WC-TiC-Co,合金，,WC,不能完全进入钛相,(TiW)C,，而称为三相合金；而当碳化钛含量高于,30,时，碳化钨作为能完全钛相，得到的为两相合金。,我国生产的,YT30,属于两相合金，,YT5,，,YTl4,，,YTl5,属于三相合金。,WC-TiC-Co硬质合金 从理论上讲，WC-TiC-Co状,19,对两相合金而言，烧结时既有,(TiW)C,在钴中溶解，还有碳向钴溶解。,对三相合金而言，则还有,WC,向钴中溶解。因此