硬質(zhì)合金力學(xué)性能
硬質(zhì)合金作為工業(yè)的牙齒,是以一種或者多種難熔金屬的碳化物(WC、TiC等)作為硬質(zhì)相,用過渡族金屬(Co等)作為黏結(jié)相,采用粉末冶金技術(shù)制備生產(chǎn)的多相材料.作為切削硬質(zhì)合金刀具用途的,常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等,常用的黏結(jié)相有Co、Ni、Fe等.硬質(zhì)合金的強(qiáng)度主要取決于黏結(jié)相的含量.硬質(zhì)合金具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn),在眾多的工業(yè)生產(chǎn)加工作業(yè)中廣泛應(yīng)用,是最優(yōu)良的工具材料之一.
按照物理學(xué)的相關(guān)參數(shù)來分析,硬質(zhì)合金力學(xué)性能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.抗彎強(qiáng)度
硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度比高速鋼低,即使是抗彎強(qiáng)度較高的YG8硬質(zhì)合金其抗彎強(qiáng)度也只有高速鋼的一半左右.硬質(zhì)合金中鈷含量越高,其強(qiáng)度也越高.鈷含量相同,WC-TiC-Co合金的抗彎強(qiáng)度隨著TiC含量的增加而降低.除了碳化物的種類之外,WC晶粒的大小也對(duì)硬質(zhì)合金的強(qiáng)度有影響.粗晶硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度高于中晶粒硬質(zhì)合金.
2.抗壓強(qiáng)度
硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度很高,能夠比高速鋼高30%-50%,約為3500-5600MPa,熱等靜壓產(chǎn)品可達(dá)6000MPa.硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度與鈷含量有關(guān),鈷含量5%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大.細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度大于粗晶粒.YT類硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度低于YG類硬質(zhì)合金,隨著TiC含量的增加而降低.添加少量的TaC、NbC、VC等能夠細(xì)化WC晶粒,從而提高抗壓強(qiáng)度.
由于硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度大大高于抗彎強(qiáng)度,所以在設(shè)計(jì)刀具結(jié)構(gòu)和選擇硬質(zhì)合金刀片時(shí),應(yīng)盡量使刀頭處于壓應(yīng)力狀態(tài),而少受彎曲力矩.
3.抗拉強(qiáng)度
硬質(zhì)合金的抗拉強(qiáng)度為750-1500MPa,大約為抗壓強(qiáng)度的1/4.由于影響硬質(zhì)合金材料塑性的因素很多,因此某一硬質(zhì)合金的抗拉強(qiáng)度通常都是在一定的范圍內(nèi).
4.沖擊韌性
硬質(zhì)合金的沖擊韌性比高速鋼低,性能較好的YG8合金的沖擊韌性為30-40KJ/m2,而W18Cr4V高速鋼的沖擊韌性為180-320KJ/m2.
含TiC的硬質(zhì)合金其沖擊韌性有所下降,TiC含量有6%增加到10%時(shí),沖擊韌性顯著降低.溫度對(duì)WC-Co硬質(zhì)合金的沖擊韌性有一定影響,在較高的溫度下,沖擊韌性有所提高.
由于硬質(zhì)合金的沖擊韌性低于高速鋼,所以不適宜使用于有強(qiáng)烈沖擊和振動(dòng)的情況,否則可能會(huì)引起甭刃.硬質(zhì)合金沖擊韌性的波動(dòng)較大,其絕對(duì)值與試驗(yàn)方法有關(guān),所以比較硬質(zhì)合金的沖擊韌性時(shí),應(yīng)該實(shí)用同一儀器,比較相同尺寸形狀的樣品.
5.疲勞強(qiáng)度
由于刀具通常是在動(dòng)態(tài)條件下工作,所以其疲勞強(qiáng)度十分重要.硬質(zhì)合金中鈷含量越高,疲勞強(qiáng)度也越高.硬質(zhì)合金的疲勞強(qiáng)度與試樣的表面質(zhì)量有很大關(guān)系.表面光潔程度越好,疲勞強(qiáng)度越高.
硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程,每一道工序都直接影響到硬質(zhì)合金產(chǎn)品的使用性能.
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