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第20卷第3期
粉末金エ业
2010年6月
POWDER METALLCRGY INDUSTRY
Jun,2010
硬质合金新进展
贾佐诚陈飞雄吴诚
(中国钢研科技集闭有限公司安泰科技股份有限公可难熔材料分公司,北京100081)
摘要:本文就近年来凿岩采矿硬质合金,刀具硬质合全,精细硬质合金,梯度硬质合金,以Ni
代Co硬质合金,新型硬质合金等领域里的新材料、新工艺及发展趋势进行了综述。
关键词;硬质合金;抗弯强度;硬度;耐磨性;断裂韧性
中图分类号:TF125.3
文献标识码:A
文章编号:1006-6543(2010)03-0052-06
PROGRESS IN CEMENTED CARBIDE FIELD
HIA Zuo-cheng, Chen Fei-xiong, WU Chen
China Iron & Steel Research Institute Group, Advanced Technology & Materials Co., Ltd., Beijing 100081, China)
Abstract: The new materials, including carbides for mining and cutting tools. fine cemented
carbide, gradient cemented carbide, cemented carbide with replacement of Co by Ni and new
type cemented carbide. new technics and trend in cemented carbide fields are.
Key words: cemented carbide; bending strength; hardness; abrasive resistance; fracture tough
ness
硬质合金的硬度仅次于金刚石和陶瓷材料,被数均有提高。Ni稳定了Co的面心立方晶体结构,
喻为工业的牙齿。它主要在刀具、凿岩钻井、模具和使微裂纹尖端应力有效释放;在烧结过程中,Ni熔
其他诸如轧辊、压缸、六面顶、密封圈等耐磨、耐压、化后,増加了WC/Co接触面积,减少了WC/WC邻
耐蚀等几大领域里广泛应用。本文就硬质合金(主接度,如果同时加入Ni和Si,在硬度不变的前提下,
要是YG系列)新材料和新工艺的发展趋势进行综上述诸性能进一步获得提高,疲劳裂纹扩散速度比
述
单一加Ni合金化低30倍,BK12KC-NiSi凿岩切削
部件比常规BK12KC的切削功能提高了2.8倍リ。
1矿用硬质合金
在负荷强烈打击振动下工作,材质需具备高强
韧性和高硬度才能满足要求,为此,俄罗斯学者研究
矿用硬质合金主要作为勘探和打井的钻头及凿出超细晶高Co硬质合金。超细晶低Co合金固然
岩用的钎头使用。钻头和钎头的使用寿命主要取决硬度高,耐磨性好,但在冲击振动负荷下,往往折断。
于材质的强度和耐磨性。二者之中,强韧性更重要,对此,一般来说Co含量为20~25%(质量分数),
一旦碎裂或折断,工件就报废,在不裂断的情况下,WC品粒度为5~10pm。但俄罗斯学者最近研制
来提高耐磨性。在凿岩工件所用硬质合金,伐罗斯出牌号为BK40超细高Co硬质合金,原料WC粉d
创制了新牌号,在老牌号BK1OKC和BK12KC合金=0.1~0.2gm,Co含量在40%(质量分数)以上,
内加入Ni,或Ni、Si同时加入,Co被Ni合金化后,压坯在真空中手950~1250℃烧结,同时热压密实
合金的断裂韧性,抗弯强度,总变形功,能量吸收系化,热压烧结后进行退火处理。实验表明,此合金在
收稿日期:2009-12-24
作者简介:贾佐诚(1940一),辽宁铁岭人,高级工程师,从事难熔金属和硬质合金研发。
第3期
贾佐诚等:硬质合金新进展
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有压力下的固相烧结,不掺杂控制晶粒长大的抑制 cemented carbide composite),制备工艺如下:由
剂,可以获得高密度的超细晶组织,此合金的WC定粒度的WC和不同含量的粘结剂如Co,经球磨湿
晶粒度d=0.35~0.45m,其接触率Cwec=0.08~混的浆料,用一般喷雾干燥的方法制备混合颗粒,经
0.10。1050~1150℃热压烧结后进行1190℃X8氢气下脱蜡和以提高混合颗粒强度为目的预烧结处
h退火的合金具有最佳的综合性能,抗弯强度可高理,再与不同含量的Co粉在庚烷中混混,真空干
达3200~3400MPa,断裂韧度高达25~33MPa?燥。坯条经1250℃,35MPa,2h热压烧结,获得双
n22,维氏硬度高达7.5~7.7kPa,压编屈服强度为相硬质合金复合材料,被描述为“混合物里的混合
o、2=2200~2400MPa,压缩变形率高达6.5%~物”。文献指出,比较典型的双相硬质合金复合
7.0%,断裂功高达180~200MJ/m3。2在模锻和镦材料中的硬质颗粒(前述的混合颗粒)的粒度为20
粗及钎头的强冲击负荷下,使用这种材料具有较高
300m,体积分数为60%~80%,余量为Co,通
的使用寿命。
过低温高压的快速全方位压缩( rapid omnidirec
近年来,为了提高硬质合金的强韧性和耐磨 tional compaction),热压,浸渗( infiltration),固态
性,国外开发了一种双相硬合金复合材料( hybrid烧结,液相烧结,HIP,或锻造完成致密化
(a)
Mum
图1双相硬质合金复合材料(a)和构成双相硬质合金复合材料的一般硬质合金(b)的显微组织
由于含有WC的混合颗粒紧紧的嵌裏在母体
Co里,即和母体Co熔合在一起,所以混合颗粒(硬
泷合颗粒中Co含量(体积分数/%
质相)的邻接度趋于零,并且分布均匀。图1为双相
硬质合金复合材料(a)和构成双相硬质合金复合材
料的一般硬质合金(b)的显微组织。通过调整和控
1?般使质合企
制混合颗粒和母体Co的最佳含量及混合颗粒的粒
島。。o。oo如 ml
度,可以使双相硬质合金复合材料的韧性和硬度完
硬度HV(100kg)
美结合,达到双高。图2为双相硬质合金复合材料
与一般硬质合金的断裂韧性和硬度的比较。由于双
图2双相硬质合金复合材料与一般硬质合金的
断裂韧度和硬度的比较
相硬质合金复合材料有良好的韧性和较高的耐磨
性,广泛地应用于冲头(阳模)、拉丝模锒块、油井和具市场的85%以上。伴随金属加工业的快速发展,
采矿钻头及其他高韧性构件。
追求刀具的高切削速度,大进刀量、高精度和长寿
命,传统刀具(硬质合金刀具和高速钢刀具)已满足
2刀具硬质合金
不了上述要求,因为它们虽具有了硬度和耐磨性,但
强韧性父缺,所以高档高附加值的高性能的精密耐
汽车制造业,航空航天业,模具加工业和设备制磨涂层刀具应运而生。在韧性优良的刀体上涂上
造业是需求刀具的几大市场,而硬质合金刀具占刀层或多层硬度高耐磨性优异的金属或金属化物薄膜