硬質(zhì)合金的特點(diǎn)
硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物(WC、TiC)微米級(jí)粉末為主要成分,以鈷(Co)或鎳(Ni)、鉬(Mo)為粘結(jié)劑,在真空爐或:氫氣復(fù)原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。
?、鬊、ⅤB、ⅥB族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等,因?yàn)橛捕群腿埸c(diǎn)特別高,統(tǒng)稱為硬質(zhì)合金。下面以碳化物為重點(diǎn)來闡明硬質(zhì)含金的結(jié)構(gòu)、特征和使用。
ⅣA、ⅤA、ⅥA族金屬與碳構(gòu)成的金屬型碳化物中,因?yàn)樘荚影霃叫?,能填充于金屬品質(zhì)的空地中并保存金屬原有的晶格方式,構(gòu)成空隙固溶體。在適當(dāng)條件下,這類固溶體還能持續(xù)溶解它的組成元素,直到達(dá)到飽滿停止。因而,它們的組成能夠在必定范圍內(nèi)變化(例如碳化鈦的組成就在TiC0.5~TiC之間變化),化學(xué)式不符合化合價(jià)規(guī)矩。當(dāng)溶解的碳含量超越某個(gè)極限時(shí)(例如碳化鈦中Ti︰C=1︰1),晶格型式將發(fā)生變化,使原金屬晶格轉(zhuǎn)變成另一種方式的金屬晶格,這時(shí)的間充固溶體叫做間充化合物。
金屬型碳化物,尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬碳化物的熔點(diǎn)都在3273K以上,其間碳化鉿、碳化鉭分別為4160K和4150K,是當(dāng)前所知道的物質(zhì)中熔點(diǎn)更高的。大多數(shù)碳化物的硬度很大,它們的顯微硬度大于1800kg·mm2(顯微硬度是硬度表明辦法之一,多用于硬質(zhì)合金和硬質(zhì)化合物,顯微硬度1800kg·mm2相當(dāng)于莫氏一金剛石一硬度9)。許多碳化物高溫下不易分化,抗氧化才能比其組分金屬強(qiáng)。碳化鈦在所有碳化物中熱穩(wěn)定性更好,是一種非常重要的金屬型碳化物。但是,在氧化氣氛中,所有碳化物高溫下都簡單被氧化,能夠說這是碳化物的一大缺點(diǎn)。
除碳原子外,氮原子、硼原子也能進(jìn)入金屬晶格的空地中,構(gòu)成間充固溶體。它們與間充型碳化物的性質(zhì)相似,能導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熔點(diǎn)高、硬度大,同時(shí)脆性也大。
硬質(zhì)合金的基體由兩部分組成:一部分是硬化相;另一部分是粘結(jié)金屬。
硬化相是元素周期表中過渡金屬的碳化物,如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭,它們的硬度很高,熔點(diǎn)都在2000℃以上,有的甚至超越4000℃。另外,過渡金屬的氮化物、硼化物、硅化物也有相似的特性,也能夠充任硬質(zhì)合金中的硬化相。硬化相的存在決議了合金具有極高硬度和耐磨性。
粘結(jié)金屬一般是鐵族金屬,常用的是鈷和鎳。
制造硬質(zhì)合金時(shí),選用的質(zhì)料粉末粒度在1~2微米之間,且純度很高。質(zhì)料按規(guī)則組成份額進(jìn)行配料,加進(jìn)酒精或其他介質(zhì)在濕式球磨機(jī)中濕磨,使它們充沛混合、破壞,經(jīng)枯燥、過篩后加入蠟或膠等一類的成型劑,再通過枯燥、過篩制得混合料。然后,把混合料制粒、壓型,加熱到挨近粘結(jié)金屬熔點(diǎn)(1300~1500℃)的時(shí)分,硬化相與粘結(jié)金屬便構(gòu)成共晶合金。通過冷卻,硬化相散布在粘結(jié)金屬組成的網(wǎng)格里,互相緊密地聯(lián)絡(luò)在一起,構(gòu)成一個(gè)結(jié)實(shí)的全體。硬質(zhì)合金的硬度取決于硬化相含量和晶粒粒度,即硬化相含量越高、晶粒越細(xì),則硬度也越大。硬質(zhì)合金的耐性由粘結(jié)金屬?zèng)Q議,粘結(jié)金屬含量越高,抗彎強(qiáng)度越大。