烧结工等级培训教案(部分)

1绪言§1硬质合金一、定义：由难熔金属碳化物和粘结金属组成，并采用粉末冶金工艺方法生产的重要金属材料。二、硬质合金常用组分的主要性质组分晶格类型碳含量%显微硬度（kg/mm2）弹性模数×105N/mm2导热率K/cm0C.秒热膨胀系数×106熔点0CWC六方体6.131780-25007.10.0476.22720TiC立方体20.052988-32004.60.0877.43147TaC立方体6.231550-15992.910.0538.23880NbC立方体11.451960-20553.450.044—3480Coε-密排六方α-面心立方—HB=132-280～20.1312.51492三、硬质合金成分在合金中的作用由于难熔金属碳化物具有高硬度、高熔点、高耐磨高性、抗氧化性特点，使合金具有高硬度和耐磨性。粘结金属钴具有良好的物理机械性能，而熔点又高于硬质合金的工作温度。在硬质合金结构中，紧密粘结硬质相是合金具有足够强度与韧性（1、粘结作用—将脆性WC晶粒联粘结起来。2、在外力作用下变形时，吸收应变能和松弛应力，增加韧性。）§2硬质合金的基本特点1、具有很高硬度和耐磨性。常温下硬度可达HRA87～94，特别是红硬性好，6000C时超过高速钢，10000C时超过碳钢的常温硬度值；2、具有很高的机械强度，抗压强度可高达6000N/mm2，9000C时抗弯强度仍可有1000N/mm2以上；3、弹性模数高，通常为（4～7）×105N/mm2，在常温下刚性较好，无明显的塑性变形；4、耐腐蚀性和抗氧化性好，耐酸、耐碱，600—8000C时不发生明显氧化；5、冲击韧性较低。6、热膨胀系数小。27、电导率和热导率与铁和铁合金相近。由于硬质合金的上述特点，使得它在现代工具材料、耐磨材料、耐腐蚀和耐高温材料等方面占据着重要地位。§3硬质合金分类一、按成分和性质可分为五类1、WC—Co（或称钨钴）类合金：这类合金主要由碳化钨和钴组成。按照含钴量，这类合金可以分为低钴、中钴和高钴。低钴合金通常含钴3—8%、中钴合金（钴10—15%）、高钴合金（20—30%）。主要用作铸铁、有色金属及合金切削刀具、金属拉伸模具、冲击模具、耐磨零件、量具、矿山石油地质工具。2、WC—TiC—Co（或称钨钛钴）类合金：按照碳化钛含量可分为低钛、中钛和高钛合金三种。低钛合金一般含碳化钛4～6%、含钴9～15%，强度最高。中钛合金一般碳化钛10～20%、含钴6～18%。高钛合金一般含碳化钛25～40%、含钴4∽6%。性能与WC—Co类相比，抗氧化性好，红硬性好，高速切削时刃具寿命长，但强度较WC—Co低。其主要用于钢材切削加工。3、WC—TiC—TaC—Co（或称钨钛钴钽）类合金：与WC—TiC—Co类相比，抗氧化性及抗热震性好，刀具寿命长。与WC—Co类相比，加工钢材时耐磨性好，加工铸铁时，效率降低不多。主要用于难加工材料的切削加工。4、钢结类合金（YE）：这类合金由碳化钨或碳化钛与碳素钢或合金钢组成。与前几类合金相比，其突出特点是：具有钢的可加工性、可锻性、可焊性及可热处理性。主要用于各种冲压模、冷镦模、成形模、拉伸模及耐磨零件。（5）碳化钛基合金（YN）：这类合金由碳化钛、金属镍和金属钼或碳化钼组成，硬度与抗弯强度比较好。主要用作切削工具，目前已推广到耐磨零件和耐磨工具等方面，因而是一类很有发展前途的切削工具材料。二、硬质合金按其用途分切削刀片、耐磨零件、矿用合金、型材和硬面材料等。三、国际标准组织（ISO）硬质合金分类K类（相当于YG）主要用于加工短切屑黑色金属、有色金属和非金属材料。P类（相当于YT）主要用于加工长切屑黑色金属。M类（相当于YW）介于二者之间的材质。§4合金牌号表示法一、WC—CoYG3x细晶粒结构钴含量3钨钴类硬质合金YG8C粗晶粒结构钴含量钨钴类硬质合金YG6A添加少量TiC（或NbC）钴含量钨钴类硬质合金牌号ZK30SF中“Z”表示自硬公司，“K”表示短切削，“30”表示分类组号，“SF”表示超细。二、WC—TiC—CoYT5YT14YT15YT30TiC%YT798钴含量TiC%764厂YT715TiC%764厂三、WC—TiC—TaC—CoYW1YW2顺序号类别通用合金§5产品型号的分类一、切削刀片：焊接刀片、机夹刀片、可转位刀片4二、矿用分厂型号产品1、钎片包括K10、K20、K22、K23、K30、K0、K2、K3、KX十种型式的毛坯产品。2、钻齿平顶齿CP、边楔齿CB、勺形齿CS、楔形齿CE、锥形齿CZ、球形齿CQ异型齿CX、3、截煤齿包括片状齿、柱状齿、以及异型齿三大类。三、耐磨零件产品型号耐磨类产品主要分为冲压模类、拉丝模类、顶锤（压缸、辊环）类、硬质合金型材类、其它机械附件非标类（Fx、Fu、Fm、Fc、Fk、FR、FG、F118、F114、Pw、PD、PY、PX、NC、NR、NF、NX）五类。1、冲压模（1）顶模：BD型、BD—A型（3）缩杆模：BS—F型、BS型（2）三序顶模：BD—B型（4）T型勒光模：BT型（5）沉头顶模：BC型（6）割模：BG型（7）内六方模：BF型、BF—A型、BF—B型（8）电池模：BM型、BM—A型、BM—B型2、拉丝模分类：YS系列、GB系列、YB系列、Z系列3、硬质合金型材分类与命名：（1）挤压型材分XG（管材）、XB（板材）、XF（方条）、XC（棒材）、XQ（枪钻）、XL（螺旋刀片）六类例：XGT835LXB10T2L长度L（3位）长度L（3位）内径d2（放大10倍后用2位）厚度b（2）2.5mm外径d1（2或3）T8：8.50mm宽度a（2）10.00mm挤压管材毛坯挤压板材毛坯XCT10LXQdL长度L（3位）长度L（3位）直径d（2或3）直径d（2或3）挤压棒材毛坯挤压枪钻毛坯5XF0404L1XLβdL长度L（3位）刃长（3）厚度b（2）4.00mm刃径（2）宽度a（2）4.00mm螺旋角（2）挤压方条毛坯挤压螺旋刀片毛坯（2）模压型材分为RG型（管材）、RB（板材）、RC（棒材）RG4013250ARB05727C长度L（2位）50mm厚度C（2）内径d（放大10倍后用3位）13.2宽度B（2或3）27.00mm外径D（2或3）40mm长度L（3位）57.00mm模压管材板材RCdL长度L（3位）直径d（2或3）模压棒材后面可以加A、B、C…以表示带小数。6石蜡§6硬质合金工艺流程图碳化钨粉钴粉复式碳化物配料酒精滚动球磨搅拌球磨、可倾式球磨己烷振动干燥真空干燥喷雾干燥振动过筛均匀化破碎过筛振动过筛湿磨混合料鉴定掺胶、干燥、擦筛鉴定制粒掺胶（蜡）混合料压制压坯干燥、加工及检查合格压坯装舟烧结卸舟、喷砂清理成品检查硬质合金7§1.7合金物理机械性能硬质合金的性能包括1、物理性能：密度d、导热率、导电率、热膨胀系数、磁性（磁力Hc和磁饱和R）等2、机械性能：硬度、强度、冲击韧性、弹性模数等3、化学性能：抗氧化性、抗腐蚀性4、使用性能：切削性能、钻探实验、高温性能1、密度（1）、定义：单位体积合金的质量。（2）、理论和实际密度计算：（3）、影响因素：由于孔隙的存在，实际密度小于理论密度A、随着钴含量增加，密度下降；YT合金随着碳化钛增加而密度下降。B、渗碳、欠烧、脏化、未压好等都会使密度降低。C、脱碳形成比重大的η相，使合金密度稍有增加。D、烧结工艺：合金欠烧，密度降低。2、硬度（1）定义：合金抵抗变形和磨损的能力。（2）影响因素A、化学成分：随着钴含量增加，硬度下降；YT合金随着碳化钛增加而硬度增加。B、晶粒大小：随晶粒细化而硬度增加。C、含碳量：石墨夹杂（软相）硬度下降；η相（Co3W3C）硬脆性，使硬度增加。3、抗弯强度（1）定义：合金在弯曲负荷作用下，试样完全断裂时的极限强度。（2）影响因素A、随着钴含量增加，抗弯强度增加；钴含量一定时，YT合金随着碳化钛增加而抗弯强度下降。B、组织缺陷：污垢、孔隙、钴池、非均匀的粘结相分布、异常粗大的WC等，抗弯强度下降。C、石墨夹杂，抗弯强度下降；η相抗弯强度，抗顽弯强度急剧下降。YG合金在正常的两相区内，抗弯强度最高。对于含钴量较低的合金，抗弯强度的最大值偏高碳侧，因为含碳量较高时，钴中溶解的钨少，钴相韧性好，使合金强度增加；而对于含钴量较高的合金中，抗弯强度的最大值偏低碳侧，因为含碳量较低，钴相中溶解的钨高，钴相被强化，合金强度增加。三相YT合金正常组织抗弯强度的最大值偏高碳侧。4、矫顽磁力（1）定义：完全去掉合金中的剩磁所需的磁场强度。（2）影响因素A、随着钴含量增加，矫顽磁力降低。B、碳化钨晶粒细化，钴的分散度提高，矫顽磁力增加。C、石墨夹杂，矫顽磁力基本不变；η相，矫顽磁力增加。5、磁饱和检查合金中是否存在η相。影响因素A、随着钴含量增加，磁饱和增加，但达到一定值后趋缓。8B、含碳量增加，磁饱和增加；η相，磁饱和下降。第一章烧结基本理论§1.1概述1、烧结定义：粉末或粉末压坯，在适当温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。2、烧结目的：使多孔的、机械强度很小粉末压坯，在高温的作用下转变成为致密的、具有一定组织结构和物理机械性能的硬质合金。3、硬质合金烧结过程有两个显著的标志：（1）通过致密化过程使压坯达到接近于无孔隙合金；（2）通过一系列物理化学作用的过程，最终形成硬质合金的组织结构，从而具有优良的性能。4、烧结分类：通常按烧结过程有无明显的液相和烧结系统组成进行分类：（1）单元系烧结：纯金属或化合物，在其熔点以下进行的固相烧结过程。T烧=（2/3～4/5）Tm（0K）（2）多元系固相烧结：由两种或两种以上的组分构成的烧结体系，在其中低熔组分的熔点温度以下所进行固相烧结过程。（2）多元系液相烧结：以超过系统中低熔组分熔点的温度进行的烧结过程。§1.2烧结过程（参照工艺教材P66-70）一、关于W—C—Co状态图沿Co—WC线的垂直变温截面W—C—Co三元系状态图是立体图，在此状态图中，WC—Co合金仅仅是沿Co—WC线的截面及其附近的一小部分。因此，为了方便起见，一般只研究我们所须的某些垂直截面和等温截面图（一般是凝固温度时的等温截面）1、W—C—Co状态图沿Co—WC线的垂直截面可看成伪二元系Co—WC的变温截面；2、WC在Co中的溶解度随温度而变化：室温下为1%，10000C时约为4%，当共晶温度时约为8—15%，在13400C时进行二元共晶转变：L=γ+WC3、在1000—14800C的高温烧结阶段4、冷却阶段：液相成分沿cd线变化，同时有碳化钨从液相析出，当温度降至1340℃以下时，发生共晶反应L=γ+WC。二、烧结的三个阶段及其发生的变化（一）WC—Co合金1、低温烧结阶段：室温——10000C（1）成型剂的挥发与裂解。（2）压坯中粉末颗粒表面氧化物被还原。（3）压坯中的残留应力开始消除。（4）碳化钨开始向钴中扩散。（5）压坯中粉末颗粒之间的表面原子扩散作用，使烧结体有轻微收缩，强度有所增加。（6）当混合料中的碳化钨含量低于理论含碳量时，形成η相。92、高温烧结阶段：10000C——烧结温度（1）随温度升高，碳化钨在钴中溶解度逐渐增加。（2）在约高于共晶温度时，开始出现液相，γ相逐渐溶于液相，最后全部转入液相。（3）通过扩散、塑性流动和液相流动，完成致密化。（4）碳化钨晶粒通过液相重结晶长大。（5）由于压坯的成分不纯，因此，实际的烧结过程中，液相出现的更早。（6）高温烧结阶段的相组成取决于合金中的含碳量。碳不足时：WC+η+液相；碳过量时：WC+C+液相；碳适量时WC+液相。3、冷却阶段：烧结温度——室温（1）温度降低，碳化钨从液相或γ固溶体中析出。（2）冷却后合金的最终相组成取决于凝固前合金的含碳量碳不足时：WC+η+γ；碳过量时：WC+C+γ；碳适量时WC+γ。（二）YT合金的烧结过程YT合金多一固溶体成分，而TiC—WC固溶体在钴中的溶解度比WC在钴中的溶解度小得多，因而高温烧结时液相的成分不同，出现液相的温度不同和所的合金组织不同。碳不足时：WC+TiC—WC+η+γ；碳过量时：WC+TiC—