硬質(zhì)合金基礎知識課件

1、硬質(zhì)合金切削刀具材料介紹湖南株洲鉆石切削刀具股份有限公司 李競榮硬質(zhì)合金切削刀具材料介紹湖南株洲鉆石切削刀具股份有限公司主要內(nèi)容1硬質(zhì)合金基礎知識2. 硬質(zhì)合金的分類3如何選擇硬質(zhì)合金切削牌號4我公司牌號命名規(guī)則及生產(chǎn)的系列牌號5切削中常見的問題及解決辦法6. 結(jié)束語主要內(nèi)容1硬質(zhì)合金基礎知識 1 . 硬質(zhì)合金基礎知識 1.1 切削刀具材料構成切削刀具材料工具鋼高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷超硬材料普通硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金非金屬陶瓷金屬陶瓷PVDCVDCBNPCD碳素工具鋼合金工具鋼 1 . 硬質(zhì)合金基礎知識 1.1 切削刀具材料構成切硬質(zhì)合金基礎知識課件1.2 硬質(zhì)合金的生產(chǎn)基本過程1.2 硬質(zhì)合金的生

2、產(chǎn)基本過程1.3 硬質(zhì)合金常用原料硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法生產(chǎn)的由難熔金屬化合物和粘結(jié)金屬所構成的組合材料。常見的難熔金屬化合物一般是周期表中IV、V、VI族過渡元素化合物(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物)，主要有： WC、TiC、TaC、NbC、ZrC、VC、Mo2C、 Cr3C2、TiN、TiCN、TiB2常見的粘結(jié)金屬一般是周期表中的鐵族元素： Co、Ni、Fe1.3 硬質(zhì)合金常用原料硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法生產(chǎn)的由難1.5 碳化物的一些主要性質(zhì)碳化物晶格類型密度g/cm3顯微硬度kg/cm2彈性模量kg/cm2導熱率cal/cms熔點Cr3C2斜方晶格6.681350380000.04

3、581895Mo2C密排六方9.181499544000.0162410WC簡單六方15.71780710000.0472720VC面心立方5.362090430000.0942810NbC面心立方7.561961345000.0443480TaC面心立方14.481599291000.0533880TiC面心立方4.93200460000.08693147ZrC面心立方6.732925355000.103530HfC面心立方12.22913359000.0728901.5 碳化物的一些主要性質(zhì)碳化物晶格類型密度顯微硬度彈性1.6 粘結(jié)金屬特性硬質(zhì)合金中的粘結(jié)金屬(即粘結(jié)相) 主要是周期表中的

4、鐵族金屬，最常用的是Co。作為粘結(jié)金屬，必須滿足以下條件： 1.對碳化物有良好的潤濕性。 2.與碳化物組成的合金有較高的強度。 3.與碳化物不發(fā)生化學反應。 4.能夠溶解碳化物。 5.熔點要高，保證在使用條件下合金不發(fā)生軟化。1.6 粘結(jié)金屬特性硬質(zhì)合金中的粘結(jié)金屬(即粘結(jié)相) 主要-Co-Co晶格結(jié)構簡單六方面心立方轉(zhuǎn)變溫度417.25密度g/cm38.858.80熱擴散系數(shù)k-112.5 10-614.2 10-6熔點1492.6熱導率Wm-1k-169.21電阻率cm6.24（室溫）彈性模量N/mm2210000泊松比0.32硬度HV1080250(取決于應力狀態(tài))-Co-Co晶格結(jié)構簡

5、單六方面心立方轉(zhuǎn)變溫度417.22. 硬質(zhì)合金的分類 2.1 硬質(zhì)合金按化學成分與使用性能分為四類： 鎢鈷類（ISO（K類）（WC+Co） 鎢鈷鈦類（ISO（P類） （WC+TiC+Co） 添加稀有金屬碳化物類（ISO（M類） （WC+TiC+TaC（NbC）+Co） 金屬陶瓷（TiN（TiC）+WC+Mo2C+Ni （Co）2. 硬質(zhì)合金的分類 2.1 硬質(zhì)合金按化學成分與使用2.2 ISO國際標準這類分類方法是根據(jù)合金的使用范圍分類，隨著硬質(zhì)合金工業(yè)的不斷發(fā)展，各個國家的命名規(guī)則不一致，甚至即使同一國家不同廠家的命名也是各不相同，為了方便用戶，國際標準化組織規(guī)定了以下統(tǒng)一分類方法：分為三類

6、P類、M類、K類P類：P01、P05、P10、P15、P20、P25、P30、P40M類：M10、M20、M30、M40K類：K05、K10、K20、K30、K402.2 ISO國際標準這類分類方法是根據(jù)合金的使用范圍分類其中P類合金（包括金屬陶瓷）：為長切屑合金，主要用來切削鋼材。其選擇原則是： 進給量、吃刀深度 P01、P05、P10、P15、P20、P25、P30、P40 切削速度其中P類合金（包括金屬陶瓷）：為長切屑合金，主要用來切削鋼材M類合金：通用合金，通常用于切削不銹鋼、高硬度鑄鐵等難加工材料；其選擇方法是 進給量、吃刀深度 M10、M20、M30、M40 切削速度 M類合金：通

7、用合金，通常用于切削不銹鋼、高硬度鑄鐵等難加工材K類：短切屑合金，主要用于切削鑄鐵及有色金屬，以及包括塑料、石材在內(nèi)的非金屬材料。其選擇原則是： 進給量、吃刀深度 K05、K10、K20、K30、K40 切削速度K類：短切屑合金，主要用于切削鑄鐵及有色金屬，以及包括塑料、3硬質(zhì)合金牌號的合理選擇 合理選擇硬質(zhì)合金的依據(jù)是：被加工工件的性能和硬質(zhì)合金的性能。而決定硬質(zhì)合金性能的因素很多，為成分、粒度、金相結(jié)構等，但影響最明顯的是成分。因此，要合理選擇硬質(zhì)合金必須了解合金成分對使用性能的影響。3.1 合金中幾個主要成分在使用中起的作用 3.2 涂層刀片表面涂層對刀具使用性能的影響 3硬質(zhì)合金牌號的

8、合理選擇 合理選擇硬質(zhì)合3.1 合金中幾個主要成分在使用中起的作用： WC的作用 在WC-Co合金中，WC含量越高，耐磨性越好，能采用較高的切削速度。碳化鈦的作用 增加高溫硬度 增強抗月牙洼磨損能力合金抗彎強度和韌性有所下降 3.1 合金中幾個主要成分在使用中起的作用： WC的作用 TaC和NbC的作用 明顯地提高合金的高溫性能TaC的加入還能降低合金的熱敏感性，刀刃的熱裂紋和崩脫磨損減小，延長刀具的壽命 Co的作用 Co含量增加，合金強度和韌性增大。Co含量減小時，硬度和高溫持久強度增大 低Co合金適應于較高的切削速度，高Co、中Co合金適宜于作連續(xù)和粗加工刀具 TaC和NbC的作用 硬質(zhì)合

9、金基礎知識課件WC-Co類WC-Co（YG）類硬質(zhì)合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。加工鑄鐵時，切屑呈崩碎塊粒，刀具受沖擊很大，切削力和切削熱都集中在刀刃和刀尖附近。YG類合金有較高的抗彎強度和沖擊韌性（與YT類比較），這可減小切削時的崩刃。同時，YG類合金的導熱性較好，有利于切削熱從刀尖散走，降低刀尖溫度，避免刀尖過熱軟化。加工有色金屬及其合金時，由于在熔化溫度下有色金屬及其合金不會與WC產(chǎn)生熔解或熔解速度非常慢，即使在熔化溫度下也不產(chǎn)生化學相互作用，因此，YG類合金能成功地加工有色金屬及其合金。YG類合金的磨加工性較好，可以磨出銳利的刃口，因此適于加工有色金屬和纖維復合材料。 Y

10、G類硬質(zhì)合金中含鈷量較多時，其抗彎強度及沖擊韌性均較好，特別是提高了疲勞強度，因此適于在受沖擊和振動的條件下作粗加工用；含鈷量較少時，其耐磨性和耐熱性較高，適合于作連續(xù)切削的精加工用。當含鈷量較少時，合金的硬度較高，耐磨性也較好。 WC-Co類WC-Co（YG）類硬質(zhì)合金主要用于加工鑄鐵、有WC-TiC-Co硬質(zhì)合金 WC-TiC-Co（YT）類硬質(zhì)合金適于加工塑性材料如鋼材。鋼料由于加工時塑性變形很大，與刀具之間的摩擦劇烈，因此切削溫度高。YT類合金具有較高的硬度，特別是有較高的耐熱性，在高溫時的硬度和抗壓強度比YG類合金高，抗氧化性能好。另外，在加工鋼材時，YT類合金有很高的耐磨性。YT類

11、硬質(zhì)合金的導熱性較差，切削時傳入刀具的熱量較少，大部分的熱量集中在切削中，切削受強熱后會發(fā)生軟化，因而有利于切屑過程的順利進行。 YT類硬質(zhì)合金中含鈷量較多、含碳化鈦較少時，抗彎強度較高，較能承受沖擊，適于作粗加工用；含鈷量較少、含碳化鈦較多時，耐磨性及耐熱性較好，適于作精加工用。但含碳化鈦愈高，其磨加工性和焊接性能也愈差，刃磨及焊接時容易產(chǎn)生裂紋。WC-TiC-Co硬質(zhì)合金 WC-TiC-Co（YTWC-TaC（NbC）-Co硬質(zhì)合金許多WC-Co硬質(zhì)合金可以通過添加少量（0.53%左右）的TaC、NbC、Cr3C2、VC、TiC、HfC等碳化物來改進其性能。這些碳化物的作用是細化晶粒，以使

12、合金保持均勻的細晶結(jié)構而不發(fā)生明顯再結(jié)晶；同時還可明顯提高合金的硬度和耐磨性而不降低其韌性。此外，添加少量碳化物還可改進合金的高溫性能，以及產(chǎn)生一層堅韌的自行補償?shù)难趸?，該氧化膜能在切削某些金屬及合金時抵抗粘結(jié)和擴散磨損。目前使用較多的是添加TaC（NbC）和Cr3C2。含有的硬質(zhì)合金刀具，可順利加工各種鑄鐵（包括特硬鑄鐵及合金鑄鐵）。含有TaC（NbC）310%的低鈷硬質(zhì)合金，可作為通用牌號。WC-TaC（NbC）-Co硬質(zhì)合金許多WC-Co硬質(zhì)合金可WC-TiC-TaC（NbC）-Co硬質(zhì)合金在WC-TiC-Co硬質(zhì)合金中加入適當?shù)腡aC，可提高其抗彎強度（顯著增加刀刃強度）、疲勞強度和

13、沖擊韌性，提高耐熱性、高溫硬度、高溫強度和抗氧化能力，提高其耐磨性，增加抗月牙洼磨損和抗后刀面磨損能力。這類合金兼有WC-TiC-Co及WC-TaC-Co合金的大部分最佳性能，它既可用于加工鋼料（主要用途），又可用于加工鑄鐵和有色金屬，故常被稱為通用合金（代號YW）。這類合金通常用于加工各種高合金鋼、耐熱合金和各種合金鑄鐵、特硬鑄鐵等難加工材料。如果適當提高含鈷量，這類硬質(zhì)合金便具有更高的強度和韌性，可用于對各種難加工材料的粗加工和斷續(xù)切削。WC-TiC-TaC（NbC）-Co硬質(zhì)合金在WC-TiC-3.2 涂層刀片表面涂層對刀具使用性能的影響：3.2.1 進行表面處理涂層的原因提高硬質(zhì)合金刀

14、具的使用性能高速切削（HSC）和高速加工（HSM）的需要航空耐熱合金，復合材料、硬材料等難加工材料機械加工的需要。3.2 涂層刀片表面涂層對刀具使用性能的影響：3.2.13.2.2 涂層的優(yōu)點和好處涂層可以改善高溫硬度（紅硬性），提高刀具的耐磨性?？娠@著地提高刀具壽命；涂層摩擦系數(shù)小，涂層與被加工材料磨擦系數(shù)小，切削熱大部分傳入工件和切屑，能減小切削阻力，排屑流暢，有利于提高產(chǎn)品表面質(zhì)量和延長刀具壽命；許多涂層刀具可以在較多場合用于干切削，不要切削冷卻液能降低消耗從而降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；同時對保護環(huán)境和生產(chǎn)現(xiàn)場員工的身體健康具有深遠的現(xiàn)實意義。3.2.2 涂層的優(yōu)點和好處涂層可以改善高溫硬度（

15、紅硬性）刀具磨損機理研究表明，在高速切削時，此時刀具的磨損不僅是機械摩擦磨損(刀具后面磨損的主要形式)，還有粘結(jié)磨損、擴散磨損及氧化磨損(刀具刃口磨損及月牙洼磨損的主要形式) 硬質(zhì)合金刀片的CVD涂層主要有以下幾類： TiN /TiCN/ TiN、TiN /TiCN/Al2O3和TiN /TiCN/Al2O3/TiN 。PVD涂層主要有：TiN、TiCN、TiAlN、TiN/TiCN、TiN/TiAlN 刀具磨損機理研究表明，在高速切削時，此時刀具的磨損不僅是機械CVD涂層氮化鈦（TiN）的硬度稍低，但卻有較高的化學穩(wěn)定性，并可大大減少刀具與被加工工件之間的摩擦系數(shù)。從涂層工藝性考慮，TiC和

16、TiN均為理想的涂層材料，但無論碳化鈦或氮化鈦，單一的涂層均很難滿足高速切削對刀具涂層的綜合要求。 碳氮化鈦(TiCN) 具有 TiC和TiN的綜合性能，其硬度(特別是高溫硬度)高于 TiC和TiN，因此是一種較理想的刀具涂層材料。 氧化鋁(Al2O3)在抗氧化磨損和抗擴散磨損性能上，沒有任何材料能與之相比。但由于氧化鋁與基體材料的物理、化學性能相差太大，單一的氧化鋁涂層無法制成理想的涂層刀具。多層涂層及相關技術的出現(xiàn)，使涂層既可提高與基體材料的結(jié)合強度，同時又能具有多種材料的綜合性能。CVD涂層氮化鈦（TiN）的硬度稍低，但卻有較高的化學穩(wěn)定性 幾種材料的物理機械性能 幾種材料的物理機械性能

17、 l 典型CVD涂層微觀結(jié)構圖l 典型CVD涂層微觀結(jié)構圖YBC251涂層合金金相組織TiNAl2O3TiNTiCN脫層涂層YBC251涂層合金金相組織TiNAl2O3TiNTiCN脫PVD涂層合金PVD是利用某種物理過程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受到粒子轟擊時物質(zhì)表面原子的濺射等現(xiàn)象，實現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的可控轉(zhuǎn)移的過程。PVD涂層的沉積溫度大約在300-500。PVD已經(jīng)成功應用在整體旋轉(zhuǎn)刀具和精密可轉(zhuǎn)位刀片PVD涂層刀片主要適用于整體刀具（銑削、鉆頭），銑削，螺紋加工，孔加工，切斷、切槽加工、不銹鋼和耐熱合金的車削加工。PVD涂層合金PVD是利用某種物理過程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受普通車削

18、被加工材料最佳好滿意合金鋼、不銹鋼的精加工和半精加工TiAlNTiCNTiN合金鋼、不銹鋼的粗加工TiCNTiAlNTiN鑄鐵TiAlNTiCNTiNAl、AlSi合金，鑄造AlTiAlNTiCNCrNCu合金，青銅，黃銅，Al，Ni，Ti基合金CrNTiAlNTiCNNi及Ni合金，超硬合金TiAlNTiCN塑料TiAlNCrNTiCN石墨，壓坯，塑料纖維金剛石TiAlN普通車削被加工材料最佳好滿意合金鋼、不銹鋼的精加工和TiAl孔加工，仿形加工被加工材料最佳好滿意合金鋼、不銹鋼的板材TiCNTiAlNTiNAl和Al合金CrNTiAlNTiB2TiCNTi和Ti合金、Cu和Cu合金CrNT

19、iAlNTiCNNi合金、貴金屬、金、鉑TiAlNTiCN塑料、塑料纖維、玻璃、燒結(jié)態(tài)粉末TiAlNCrNTiCN孔加工，仿形加工被加工材料最佳好滿意合金鋼、不銹鋼的板材TiPVD涂層性能TiN/TiCN、 TiC/TiCN/TiN、TiN/ZrN等多層涂層通過PVD工藝已在硬質(zhì)合金刀具和部分高速鋼刀具涂層中加以應用，使用壽命比單一的TiN PVD涂層提高一倍以上。其中，ZrN涂層刀具特別適合加工不銹鋼等材料。 TiAlN是唯一含有鋁的PVD涂層，在切削過程中鋁氧化而形成Al2O3，從而起到抗氧化和抗擴散磨損作用，但其抗氧化性能比單一的Al2O3涂層稍差，因為TiAlN中形成的Al2O3在切削

20、過程中邊生成邊磨掉。但在高速切削時，其效果優(yōu)于不含鋁的TiCN涂層。PVD涂層性能TiN/TiCN、 TiC/TiCN/TiN、 PVD涂層的金相組織 PVD涂層的金相組織PVD涂層TiN表面形貌PVD涂層TiN表面形貌PVD TiN涂層PVD TiN涂層PVD涂層TiCN形貌PVD涂層TiCN形貌Ti-Al-N涂層三元（Ti,Al）N涂層主要由（Ti,Al）N(fcc)相組成，此外還有（Ti2Al）N(hcp)、（Ti1.5Al）(hcp)和（Ti3Al）(CuTiO3結(jié)構)。（Ti,Al）N涂層抗氧化能力提高的原因在于在涂層表面形成致密的Al2O3保護層，阻止涂層內(nèi)部的進一步氧化，抗高溫氧

21、化溫度可達800。由于膜內(nèi)有一部分Al原子代替Ti原子，因而使（Ti,Al）N膜層內(nèi)應力減少，膜層的韌性大大增加，膜層結(jié)合力得到改善。 Ti-Al-N涂層三元（Ti,Al）N涂層主要由（Ti,AlTiAlN單層涂層TiAlN單層涂層TiAlN 氮鋁化鈦TIALNH.I.S.-涂層基體TiAlN 氮鋁化鈦TIALN基體TiB2 硼化鈦TiB2 H.I.S.-涂層基體 TiB2 硼化鈦TiB2 基體 公司生產(chǎn)的各類PVD涂層 以上是公司目前所能提供的涂層產(chǎn)品，隨著技術的進步，涂層將有更大的發(fā)展，公司將推出更多的品種！mCHV0.05公司生產(chǎn)的各類PVD涂層 以上是公司目前所能提PVD在孔加工及旋轉(zhuǎn)

22、刀具中的應用PVD在孔加工及旋轉(zhuǎn)刀具中的應用AlCrN涂層，適用于高速加工、干式加工、硬材料的加工，刀片的紅硬性較好。是一種理想的機械加工牌號，涂層的通用性好，是一種最高級的涂層工藝。應用：可以滿足各種形式的銑削加工，是一種解決問題的利器。納米結(jié)構的TiAlN涂層，是一種理想的機械加工牌號，高速加工的性能好。應用：可用于淬硬鋼35-55HRC的高速切削。TiAlN+WC/C涂層，涂層可以減少工件于刀具間的磨擦系數(shù)，是一種理想的鉆削加工刀具涂層牌號。應用：低碳鋼、高溫合金、鈷鉻合金及難加工材料AlCrN涂層，適用于高速加工、干式加工、硬材料的加工，刀片YBG202KHPMS耐磨性優(yōu)良的涂層牌號，

23、適用于輕、中等負荷加工.YBG302SPMKN韌性與耐磨性完美結(jié)合的牌號YBG402SPMKN安全性最高的涂層牌號，適用重負荷加工YBG102KHPMS耐磨性好，特別適用于鑄鐵加工.YBG202KHPMS耐磨性優(yōu)良的涂層牌號，適用于輕、中等負4我公司牌號命名規(guī)則及生產(chǎn)的系列牌號4我公司牌號命名規(guī)則及生產(chǎn)的系列牌號a. 非涂層牌號編制原則a. 非涂層牌號編制原則硬質(zhì)合金基礎知識課件說明：YT14 YT5 YT15YW1 YW2 YW3YG3 YG3X YG3AYG8N說明：YT14 YT5 YT15YW1 NewGradesYC201 YM201 YD201合金成份和結(jié)構更科學使用壽命更長通用性更好效率更高YC201、YM201、YD201是我公司研發(fā)的適用領域更廣、效率更高、壽命更長的機夾焊接刀片新牌號。NewYC201 YM201 Y