金属切削刀具材料--硬质合金

硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物和金属通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金刀具中常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等。硬质合金刀具中常用的粘结剂是Co，碳化钛基的粘结剂是Mo、Ni。

硬质合金的性能

硬质合金的物理力学性能取决于合金的成分、粉末颗粒的粗细以及合金的烧结工艺。含高硬度、高溶点的硬质相愈多，合金的硬度与高温硬度愈高。含粘结剂愈多，强度愈高。合金中加入TaC、NbC有利于细化晶粒，提高合金的耐热性。常用的硬质合金刀具牌号中含有大量的WC、TiC，因此硬度、耐磨性、耐热性均高于工具钢。常温硬度达89~94HRA，耐热性达800～1000℃。切削钢时，切削速度可达220m/min左右。在合金中加入熔点更高的TaC、NbC，可使耐热性提高到1000~1100℃，切削钢时，切削速度可进一步提高到200-300m/min。

硬质合金可分为三类：

K类，钨钴类(WC+Co)：抗弯强度与韧性比P类高，能承受对硬质合金刀具的冲击，可减少切白削时的崩刃，但耐热性比P类差，因此主要用于加工铸铁、非铁材料与非金属材料。在加工脆性材料时切屑呈崩碎状。K类合金导热性较好，有利于降低切削温度。此外，这类硬质合金刀具磨削加工性好，可以刃磨出较锋利的刃口，故也适合加工非铁材料及纤维层压材料。

P类，钨钛钻类(WC+TiC+Co)：有较高的硬度，特别是有较高的耐热性、较好的抗粘结、抗氧化能力。加工钢时塑性变形大、摩擦剧烈，切削温度较高。磨损慢，硬质合金刀具寿命高。硬质合金中含TiC量较多者，含Co量就少，耐磨性、耐热性就更好，适合精加工。但TiC量增多时，合金导热性变差，焊接与刃磨时容易产生裂纹。含TiC量较少者，则适合粗加工。

M类，添加稀有金属碳化物类(WC+TiC+TaC(NbC)+Co)：加入了适量稀有难溶金属碳化物，以提高合金的性能。这类硬质合金刀具中效果显著的是加人TaC或NbC，一般质量分数在4%左右。TaC或NbC在合金中主要作用是提高合金的高温硬度与高温强度。在YG类硬质合金刀具中加入TaC，可使800℃时强度提高约0.15—0.20GPa。在YT类合金中加人TaC，可使高温硬度提高约50~100HV。

细晶粒、超细晶粒合金

普通硬质合金中WC粒度为几个微米，细晶粒合金平均粒度在1.5μm左右。超细晶粒合金粒度在0.2-1μm之间，其中绝大多数在0.5μm以下。

细晶粒合金中由于硬质相和粘结相高度分散，增加了粘结面积，提高了粘结强度。因此，其硬度与强度都比同样成分的合金高，硬度约提高1.5~2HRA，抗弯强度约提高0.6~0.8GPa，而且高温硬度也能提高一些。可减少中低速切削时产生的崩刃现象。

生产超细晶粒合金，除必须使用细的WC粉末外，还应添加微量仰制剂，以控制晶粒长大。并采用先进烧结工艺，成本较高。

超细晶粒硬质合金的使用场合是：

1) 高硬度、高强度的难加工材料；

2) 难加工材料的间断切削，如铣削等；

3) 低速切削的硬质合金刀具，如切断刀、小钻头、成形刀等；

4) 要求有较大前角、后角，较小刀尖圆弧半径的能进行薄层切削的精密硬质合金刀具，如铰刀、拉刀等硬质合金刀具

钢结硬质合金

钢结硬质合金是由WC、TiC作硬质相，高速钢作粘结相，通过粉末冶金工艺制成。它可以锻造、切削加工、热处理与焊接。淬火后硬度高于高生产率高速钢，强度、韧性胜过硬质合金。钢结硬质合金可用于制造模具、拉刀、铣刀等形状复杂的工具或硬质合金刀具。

涂层硬质合金

涂层硬质合金早在20世纪60年代已出现。采用化学气相沉积(CVD)工艺，在硬质合金表面涂覆一层或多层(5~13μm)难熔金属碳化物。涂层合金有较好的综合性能，基体强度韧性较好，表面耐磨、耐高温。但涂层硬质合金刃口锋利程度与与抗崩刃性不及普通硬质合金刀具。目前涂层硬质合金刀具广泛用于普通钢材的精加工、半精加工及粗加工。涂层材料主要有：TiC、TiN、TiCN、Al2O3及其复合材料。涂层硬质合金是一种复合材料，基体是强度、韧性较好的合金，而表层是高硬度、高耐磨、耐高温、低摩擦的材料。这种新型材料有效地提高了合金的综合性能，因此此类硬质合金刀具发展很快。广泛适用于较高精度的可转位刀片、车刀、铣刀、钻头、铰刀等硬质合金刀具。

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