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木材切削原理与木工刀具(218)一一刀具材料硬质合金!

发布者: 小李 | 发布时间: 2019-4-2 07:51| 查看数: 155| 评论数: 0|帖子模式

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硬质合金是由硬度极高、难熔的金属碳化物(WC,TC),用Co、Mo、N等做黏结剂烧结而成的粉末冶金制品。它的性能主要取决于金属碳化物的种类、性能、数量、粒度和黏结剂的用量。硬质合金的硬度HRC74~81.5,其硬度随黏结剂含量的增加而降低。硬质合金中高温碳化物的含量超过高速钢,所以热塑性好,能耐高达800~1000℃的切削温度。600℃时超过高速钢的常温硬度,1000℃时超过碳钢的常温硬度。随着人造板工业和木材加工工业自动化的发展,硬质合金这种高耐磨性的材料已成为主要的木工刀具材料.

但是,硬质合金是脆性材料,抗弯强度约为普通高速钢的1/4~1/2,冲击韧性为普通高速钢的1/30-1/4,刀刃也不能磨得像高速钢那样锋利。

硬质合金种类很多,我国主要分为:WC-Co,即YG类;WC-TiC-Co,即YT类;WC-TaC(NbC)-Co,即YA类;WC-TiC(TaC)-Co,即YW类。

木工刀具主要使用较耐冲击、硬质相为WC、黏结相为Co的YG类,如YG8,YG0,YG15等。牌号中的Y和G分别代表硬质合金和钻,后面的数字表示Co的含量,数字越大,Co的含量越高,越耐冲击.



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近年来,国外研制一种高硬度、高强度兼备的超微粒硬质合金。该合金中含有Cr2C2,使WC微粒细化至1pm以下,同时增加黏结剂,使黏结层保持一定的厚度,其硬度为HRC90-92.5;=1.96-3.43GPa(20-350kg/mm2)。由于强度比一般的硬质合金高得多,而切削性能又比高速钢好,所以,它的应用范围扩大到原来用高速钢制造的刀具上,如钻头等。木工刀具用国产硬质合金性能和成分见表10-5。

表10--5木工刀具用国产硬质合金牌号和性能

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由于硬质合金刀具材料的耐磨性和韧性不易兼顾,因此使用时只能根据具体加工对象和加工条件在众多硬质合金牌号中选择适用的刀具材料,这给硬质合金刀具的使用带来诸多不便。为进一步改善硬质合金刀具材料的综合切削性能,硬质合金刀具材料研究和应用的研究热点主要集中在以下几个方面:

(1)细化晶粒:通过细化硬质相晶粒粒度、增大晶粒间表面积、增强晶粒间结合力,可使硬质合金刀具材料的强度和耐磨性均得到提高。当WC晶粒尺寸减小到亚微米尺度以下时,材料的硬度、韧性、强度、耐磨性等均可提高,达到完全致密化所需温度也可降低。普通硬质合金晶粒度约为3~5μm,细晶粒硬质合金晶粒度为1-1.5μm超细晶粒硬质合金晶粒度可达0.5μm以下。超细晶粒硬质合金与成分相同的普通硬质合金相比,硬度可提高2HRA以上,抗弯强度可提高600-800MPa超细晶粒硬质合金得到了越来越广泛的采用, Kennametal公司推出的新牌号KC5525、KC5510钴含量可达10%,以超细化WC晶粒为基体的硬质合金,配以TiANVD涂层,使刀具在不连续切削时具有很高的刃口韧性,同时又具有极强的抗热变形能力。

(2)表面、整体热处理和循环热处理:对强韧性较好的硬质合金表面进行渗氮、渗 能力。硼等处理,可有效提高其表面耐磨性。对耐磨性较好,但韧性较差的硬质合金进行整体热处理,可改变材料中黏结相的成分与结构,降低WC硬质相的邻接度,从而提高硬质合金的强度和韧性。利用循环热处理工艺缓解或消除晶界间的应力,可全面提高硬质合金材料的综合性能。

(3)添加稀有金属:在硬质合金材料中添加TaC、NbC等稀有金属碳化物,可使添加物与原有硬质相WC结合形成复杂固溶体结构,从而进一步强化硬质相结构,同时可起到抑制硬质相晶粒长大、增强组织均匀性等作用,对提高硬质合金的综合性能大有益处。在ISO标准的P、K、M类硬质合金牌号中,均有这种添加了Ta(Nb)C的硬质合金。

(4)添加稀土元素:在硬质合金材料中添加少量钇等稀土元素,可有效提高材料的韧性和抗弯强度,耐磨性亦有所改善。这是因为稀土元素可强化硬质相和黏结相,净化晶界,并改善碳化物固溶体对黏结相的润湿性。添加稀土元素的硬质合金最适合粗加工,特别适用于木材和木质复合材料的切削加工,我国稀土资源丰富,该类硬质合金刀具应有广阔应用前景。

当前硬质合金刀具材料正向两个方向发展,一方面,通用型牌号的适用面越来越广,通用性越来越强。另一方面,专用型牌号越来越具有针对性,更加适应被加工材料性质和切削条件,从而达到提高切削效率的目的。如 Kennametal公司推出的KU系列(KU10T、KU25T、KU30T)的硬质合金就具有非常广泛的通用性。其中,KUOT和KU25T采用了具有高韧性和高耐磨性的硬质合金基体,并配以TiN+TiAN复合PVD涂层;而KU30T则采用了韧性极好的富钴层梯度硬质合金基体,配以TiN+TiCN+TiN复合CVD涂层。


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