金屬切削刀具材料--硬質合金

硬質合金是由硬度和熔點很高的碳化物和金屬通過粉末冶金工藝制成的。硬質合金刀具中常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等。硬質合金刀具中常用的粘結劑是Co，碳化鈦基的粘結劑是Mo、Ni。

硬質合金的性能

硬質合金的物理力學性能取決於合金的成分、粉末顆粒的粗細以及合金的燒結工藝。含高硬度、高溶點的硬質相愈多，合金的硬度與高溫硬度愈高。含粘結劑愈多，強度愈高。合金中加入TaC、NbC有利於細化晶粒，提高合金的耐熱性。常用的硬質合金刀具牌號中含有大量的WC、TiC，因此硬度、耐磨性、耐熱性均高於工具鋼。常溫硬度達89~94HRA，耐熱性達800～1000℃。切削鋼時，切削速度可達220m/min左右。在合金中加入熔點更高的TaC、NbC，可使耐熱性提高到1000~1100℃，切削鋼時，切削速度可進一步提高到200-300m/min。

硬質合金可分為三類：

K類，鎢鈷類(WC+Co)：抗彎強度與韌性比P類高，能承受對硬質合金刀具的沖擊，可減少切白削時的崩刃，但耐熱性比P類差，因此主要用於加工鑄鐵、非鐵材料與非金屬材料。在加工脆性材料時切屑呈崩碎狀。K類合金導熱性較好，有利於降低切削溫度。此外，這類硬質合金刀具磨削加工性好，可以刃磨出較鋒利的刃口，故也適合加工非鐵材料及纖維層壓材料。

P類，鎢鈦鑽類(WC+TiC+Co)：有較高的硬度，特別是有較高的耐熱性、較好的抗粘結、抗氧化能力。加工鋼時塑性變形大、摩擦劇烈，切削溫度較高。磨損慢，硬質合金刀具壽命高。硬質合金中含TiC量較多者，含Co量就少，耐磨性、耐熱性就更好，適合精加工。但TiC量增多時，合金導熱性變差，焊接與刃磨時容易產生裂紋。含TiC量較少者，則適合粗加工。

M類，添加稀有金屬碳化物類(WC+TiC+TaC(NbC)+Co)：加入了適量稀有難溶金屬碳化物，以提高合金的性能。這類硬質合金刀具中效果顯著的是加人TaC或NbC，一般質量分數在4%左右。TaC或NbC在合金中主要作用是提高合金的高溫硬度與高溫強度。在YG類硬質合金刀具中加入TaC，可使800℃時強度提高約0.15—0.20GPa。在YT類合金中加人TaC，可使高溫硬度提高約50~100HV。

細晶粒、超細晶粒合金

普通硬質合金中WC粒度為幾個微米，細晶粒合金平均粒度在1.5μm左右。超細晶粒合金粒度在0.2-1μm之間，其中絕大多數在0.5μm以下。

細晶粒合金中由於硬質相和粘結相高度分散，增加了粘結面積，提高了粘結強度。因此，其硬度與強度都比同樣成分的合金高，硬度約提高1.5~2HRA，抗彎強度約提高0.6~0.8GPa，而且高溫硬度也能提高一些。可減少中低速切削時產生的崩刃現象。

生產超細晶粒合金，除必須使用細的WC粉末外，還應添加微量仰制劑，以控制晶粒長大。並采用先進燒結工藝，成本較高。

超細晶粒硬質合金的使用場合是：

1) 高硬度、高強度的難加工材料；

2) 難加工材料的間斷切削，如銑削等；

3) 低速切削的硬質合金刀具，如切斷刀、小鑽頭、成形刀等；

4) 要求有較大前角、後角，較小刀尖圓弧半徑的能進行薄層切削的精密硬質合金刀具，如鉸刀、拉刀等硬質合金刀具

鋼結硬質合金

鋼結硬質合金是由WC、TiC作硬質相，高速鋼作粘結相，通過粉末冶金工藝制成。它可以鍛造、切削加工、熱處理與焊接。淬火後硬度高於高生產率高速鋼，強度、韌性勝過硬質合金。鋼結硬質合金可用於制造模具、拉刀、銑刀等形狀複雜的工具或硬質合金刀具。

塗層硬質合金

塗層硬質合金早在20世紀60年代已出現。采用化學氣相沉積(CVD)工藝，在硬質合金表面塗覆一層或多層(5~13μm)難熔金屬碳化物。塗層合金有較好的綜合性能，基體強度韌性較好，表面耐磨、耐高溫。但塗層硬質合金刃口鋒利程度與與抗崩刃性不及普通硬質合金刀具。目前塗層硬質合金刀具廣泛用於普通鋼材的精加工、半精加工及粗加工。塗層材料主要有：TiC、TiN、TiCN、Al2O3及其複合材料。塗層硬質合金是一種複合材料，基體是強度、韌性較好的合金，而表層是高硬度、高耐磨、耐高溫、低摩擦的材料。這種新型材料有效地提高了合金的綜合性能，因此此類硬質合金刀具發展很快。廣泛適用於較高精度的可轉位刀片、車刀、銑刀、鑽頭、鉸刀等硬質合金刀具。

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