常用硬质合金刀具材料的选用分析

常用硬质合金刀具材料的选用 摘要:硬质合金是高硬度、难溶的金属化合物(主要是WC、TiC等,又称高温碳化物)微米数量级的粉末,用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。与高速钢相比,它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性;与超硬材料相比,它具有较高的韧性。由于硬质合金具有良好的综合性能,因此在刀具行业得到了广泛应用。 关键词:硬质合金;性能;硬度;选用 硬质合金是高硬度、难溶的金属化合物(主要是WC、TiC等,又称高温碳化物)微米数量级的粉末,用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。允许切削温度高达800~1000℃;切削中碳钢,切削速度可达1.67m/min以上。目前虽然可供使用的品种很多,新型的刀具材料也不断出现,但硬质合金仍是最受欢迎的一种刀具材料。与高速钢相比,它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性;与超硬材料相比,它具有较高的韧性。由于硬质合金具有良好的综合性能,因此在刀具行业得到了广泛应用。 文章结合硬质合金的基本特性,对牌号的适当选用等进行了综述,并举例说明。 1 常用硬质合金材料的种类 常用的硬质合金材料按其化学成分与使用性能分为三类: 第一类是WC-Co合金,即钨钴类,ISO以K示,冶金部标准以YG表示。用数字代表钴的含量,如YG6,表示含钴6%,含WC94%。 第二类是WC-TiC-Co合金,即钨钴钛类,ISO标准以P 表示,冶金部标准以YT表示,用数字表示TiC的含量,如YT15,表示含TiC15%,其它WC和Co占85%。而 TiC+WC+Ni+Mo合金为碳化钛基类,ISO标准以P表示,冶金部标准以YN表示。 第三类是添加钽(Ta)铌(Nb)类,ISO标准以M表示,冶金部标准以YW表示。 2 硬质合金刀具材料的选用分析 (1)WC-Co合金包括YG3X、YG3、YG6X、YG6、YG8、YG6A等,一般用于加工铸铁、有色金属及其合金。在切削铸铁及其它脆性材料时,由于形成崩碎切屑,局部压力很大,并具有一定的冲击性。而WC-Co合金硬度低于WC-TiC-Co合金,抗弯强度高于WC-TiC-Co合金,韧性较好,高于WC-TiC-Co 合金,导热系数WC-TiC-Co合金,线膨胀系数小于WC-TiC-Co 合金,焊接时产生裂纹的倾向性比WC-TiC-Co合金小,所以宜选用WC-Co合金。在WC-Co合金中,含Co量越低,它的硬度越低,耐磨性越差,切削速度越低,而抗弯强度越高, 韧性越好,进给量越大,因此在粗加工或有冲击载荷时,宜选用含Co多的合金,如可选YG6、YG8;而精加工时,宜选用含Co少的合金,如可选YG3。若采用细晶粒合金,抗弯强度和耐磨性较高,韧性也有所改善,也用于精加工,如YG3X。 (2)WC-TiC-Co合金包括YT30、YT15、YT14、YT5等,一般用于高速切削钢料。WC-TiC-Co合金虽抗弯强度不如 WC-Co合金,但硬度高,耐磨性好,与钢发生冷焊的温度高于WC-Co合金。在WC-TiC-Co合金中,含TiC量越多,它的硬度越高,切削速度越高,而抗弯强度越低,韧性越差,进给量越小,因此,在普通钢料的粗加工或有断续切削时,宜选用含TiC量低的合金,如可选用YT5;在钢料如碳素钢、 淬硬钢的精加工时,宜选用含TiC量高的合金,如可选用YT30;在碳素钢、合金钢连续切削的半精加工时,宜选用TiC量不 高不低的合金,如可选用YT14、YT15。 (3)WC-Co合金及WC-TiC-Co合金各有特点,加工范围均有限制,为提高合金综合性能,在TiC含量小于10%的 WC-TiC-Co合金中,添加少量的TaC(或NbC),可提高韧性 和抗冷焊性,而耐磨性又优于WC-TiC-Co合金,这种合金即 可加工铸铁、有色金属,又可加工碳素钢、合金钢,也适于加工高温合金、不锈钢等难加工材料,从而有“通用合金”之称,如YW1、YW2。YW1的硬度、切削速度高于YW2,而抗弯强度、韧性及进给量低于YW2,所以在粗加工和半精加 工时,可选用YW2,在半精加工和精加工时,可选用YW1。 (4)钛基硬质合金(如TiC+WC+Ni+Mo),包括YN05、YN10、YN15等,主要适合高速精加工合金钢、淬硬钢等。传统的K(YG)类、P(YT)类、M(YW)类硬质合金,都属于WC基合金。而钛基硬质合金不含或少含WC,与WC 基合金相比,它的密度小,硬度较高,对钢的摩擦因数较小,切削时抗粘结、抗扩散磨损的能力较强,具有极好的耐磨性,但抗崩刃性稍差。钛基硬质合金的性能介于陶瓷和WC基硬质合金之间,其切削速度可填补WC基硬质合金和陶瓷材料之间的一段空白,可用于高速切削各类钢材,尤其适于钢材的精加工和半精加工。 3 常用举例说明 例1. 车削铸铁 粗车:采用YG8; 不连续半精车及精车:采用YG8; 连续面半精车及精车:采用YG3X; 切断及切槽:采用YG8。 例2. 车削碳素钢 粗车:采用YT5; 不连续半精车及精车:采用YT15; 连续面半精车及精车:采用YT30; 切断及切槽:采用YT15。 例3. 车削高温合金钢 粗车:采用YG8; 不连续半精车及精车:采用YG8; 连续面半精车及精车:采用YT14; 切断及切槽:采用YG8。 例4. 车削奥氏体不锈钢 粗车:采用YG8; 连续面半精车及精车:采用YG6X; 切断及切槽:采用YG6X。 例5. 车削淬硬钢 粗车:整体聚晶立方氮化硼 连续面半精车及精车:采用YN10; 连续面精车:采用YN05; 4 结束语 综上所述,我们在加工工件过程中,就可以根据加工方式、被加工材料和加工条件来合理选用硬质合金刀片。合理选择,既可以充分发挥刀具的使用性能达到使用效果,又可以节约成本,经济实用。 参考文献 [1]陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具(第四版)[M].上海理工大学,2011. [2]叶伟昌,叶毅.钛基硬质合金概述[J].精密制造与自动 继续阅读