鈦基硬質(zhì)合金是一種優(yōu)異的工程材料,用其制作的刀具耐磨性可比傳統(tǒng)的WC基硬質(zhì)合金高3~5倍船老。文中介紹了鈦基硬質(zhì)合金的種類永品、性能及應用。

一胃惜、鈦基硬質(zhì)合金的性能

鈦基硬質(zhì)合金是以TiC或Ti(C,N)為主要成份(占60%～80%以上),Ni-Mo或Ni-Co-Mo作粘結(jié)相的硬質(zhì)合金泞莉。鈦基硬質(zhì)合金的英文名為“Cermet”。它是由陶瓷(ceramics)的詞頭cer與金屬(metal)的詞頭met結(jié)合起來構(gòu)成的。這類合金過去有人稱之為“金屬陶瓷”鲫趁。但國際標準化組織ISO153-1991將其劃歸在硬質(zhì)合金大類內(nèi)(材料代號HT),而不是陶瓷材料大類內(nèi)斯嚎。為了區(qū)別于國內(nèi)習稱的“金屬陶瓷”——在Al2O3-TiC中加入少量粘結(jié)金屬(Ni和Mo等)的陶瓷,所以本文使用國際標準化組織用語“鈦基硬質(zhì)合金”。

傳統(tǒng)的K(YG)類挨厚、P(YT)類返雷、M(YW)類硬質(zhì)合金,都屬于WC基合金。因為在它們當中,硬質(zhì)相主要是WC,其含量達65%～97%弓席。而鈦基硬質(zhì)合金不含或少含WC,與WC基合金相比,它的密度小,硬度較高,對鋼的摩擦因數(shù)較小,切削時抗粘結(jié)阎员、抗擴散磨損的能力較強,具有極好的耐磨性,但抗崩刃性稍差。近幾年來,由于控制了燒結(jié)溫度與燒結(jié)氣氛,以及晶粒細化等措施,性能大大提高转是。多種商業(yè)牌號的Cermet材料大量涌現(xiàn),應用范圍不斷擴大伐藕。它除可制造車、銑刀具外,還可制造鉆頭粤段、鉸刀以及齒輪滾刀等復雜刀具,用其制造的齒輪滾刀的切削速度高達560m/min(齒輪模數(shù)1.5),工效比粉末冶金高速鋼(PMHSS)高2倍,用Cermet制造的鉸刀能進行高速鉸孔,切削速度可達150m/min肝芯。鈦基硬質(zhì)合金的性能介于陶瓷和WC基硬質(zhì)合金之間,其切削速度可填補WC基硬質(zhì)合金和陶瓷材料之間的一段空白,可用于高速切削各類鋼材,尤其適于鋼材的精加工和半精加工。據(jù)國外切削專家預測,今后在鋼的切削方面,TiC基和Ti(C,N)基硬質(zhì)合金所占比重將達到可轉(zhuǎn)位刀片總需求量50%,并將成為銑削鋼材的最佳刀具材料幢剂。

二智贰、鈦基硬質(zhì)合金的類型及應用

鈦基硬質(zhì)合金按其組成和性能不同,常用的有以下三種類型:1)TiC基合金；2)添加其它碳化物(如WC凳赃、TaC等)和金屬(如Co)的強韌TiC基合金涣母；3)Ti(C,N)基合金。

1.TiC基硬質(zhì)合金

TiC基硬質(zhì)合金是以TiC為主要成份的TiC-Ni-Mo合金撕贞。Ni作為粘結(jié)金屬,增加其含量,可提高合金的強度,但卻會使合金的硬度降低霎挟。向Ni中添加Mo(或Mo2C),可改善液態(tài)金屬對TiC的濕潤性,使TiC晶粒變細。當Ni含量一定時(如含10%Ni),增加Mo的含量,可提高合金的強度和硬度麻掸。Ni和Mo的含量通常為20%~30%酥夭。

由于TiC的熔點(達3250℃)高于WC(2630℃),密度只有WC的1/3,抗氧化性能遠優(yōu)于WC,故TiC基硬質(zhì)合金除具有硬度高(一般可達91HRA~93.5HRA,高的可達94HRA~95HRA)、耐磨性好脊奋、抗月牙洼磨損能力強等特點外,還具有較高的抗氧化熬北、抗粘結(jié)和耐高溫等性能,在1100~1300℃的高溫下仍能進行高速切削,切削鋼料時有較低的磨損率,可用來替代目前廣泛使用的WC-Co基硬質(zhì)合金而大大降低成本(W、Co價貴,為國際上緊缺資源),因而近年來發(fā)展很快诚隙。國外一些性能優(yōu)異的硬質(zhì)合金制品,如奧地利MetallwerkPlansee公司生產(chǎn)的WZ系列讶隐、英國HardMetalTools公司生產(chǎn)的HR系列、日本Tungaloy公司生產(chǎn)的NTK系列久又、美國Kennametal公司生產(chǎn)的K系列和美國FirthSterling公司生產(chǎn)的FS系列與我國湖南株洲硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的YN系列都是TiC基硬質(zhì)合金產(chǎn)品巫延。

國內(nèi)目前通常使用的TiC基硬質(zhì)合金牌號是YN05,用其切削正火和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的鋼材,其切削性能優(yōu)于WC基合金P01(YT30)。由于TiC的屈服強度低,其值為4GPa,僅為WC屈服強度的2/3,故其韌性稍差地消。而TiC的彈性模量(321GPa)也不到WC彈性模量(710GPa)的一半,加以TiC是面心立方晶格,滑移系多,抗塑性變形能力低炉峰。此外,TiC的導熱性也遠較WC為小,切削刃處的局部溫度很高,容易產(chǎn)生塑性變形,故TiC基合金主要適用于鋼材的精加工和半精加工畏妖。

2.強韌TiC基硬質(zhì)合金

在TiC-Ni-Mo合金中以WC、TaC等韌性較好的碳化物取代部分TiC(以彌補TiC性能的先天不足),是提高硬質(zhì)合金質(zhì)量,擴大其使用范圍的一種有效方法宗揣。加入WC及TaC可以提高硬質(zhì)合金的韌性和抗斷裂性能,提高彈性模量,抗塑性變形能力,高溫抗軟化能力及高溫強度层掺。此外,加入WC還可改善硬質(zhì)合金的導熱性,降低刀尖處的局部過熱現(xiàn)象:加入TaC、NbC后還可提高合金的抗熱震性能,并有抑制碳化物晶粒長大的作用,使之更適于斷續(xù)切削加工芍摩。

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