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硬質(zhì)合金刀具是使用比較廣泛的一類高速加工(HSM)刀具材料，此類材料是通過粉末冶金工藝生產(chǎn)的，由硬質(zhì)碳化物(通常為碳化鎢WC)顆粒和質(zhì)地較軟的金屬結(jié)合劑組成。為什么有如此之多的硬質(zhì)合金牌號(hào)?硬質(zhì)合金刀具制造商如何為某種特定的切削加工選擇正確的刀具材料?為了回答這些問題，首先讓我們了解一下使硬質(zhì)合金成為一種理想刀具材料的各種特性。
(一)硬度與韌性
WC-Co硬質(zhì)合金刀具在兼具硬度和韌性方面具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。碳化鎢(WC)本身具有很高的硬度(超過剛玉或氧化鋁)，而且在工作溫度升高時(shí)其硬度也很少下降。但是，它缺乏足夠的韌性，而這對(duì)于切削刀具是必不可少的性能。為了利用碳化鎢的高硬度，并改善其韌性，人們利用金屬結(jié)合劑將碳化鎢結(jié)合在一起，從而使這種材料既具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高速鋼的硬度，同時(shí)又能夠承受在大多數(shù)切削加工中的切削力。此外，它還能承受高速加工所產(chǎn)生的切削高溫。
如今，幾乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂層，因此，基體材料的作用似乎顯得不太重要了。但實(shí)際上，正是WC-Co材料的高彈性系數(shù)(衡量剛度的指標(biāo)，WC-Co的室溫彈性系數(shù)約為高速鋼的三倍)為涂層提供了不變形的基底。WC-Co基體還能提供所需要的韌性。這些性能都是WC-Co材料的基本特性，但也可以在生產(chǎn)硬質(zhì)合金粉體時(shí)，通過調(diào)整材料成分和微觀結(jié)構(gòu)而定制材料性能。
因此，刀具性能與特定加工的適配性在很大程度上取決于最初的制粉工藝。
(二)硬質(zhì)合金刀具制粉工藝
碳化鎢粉是通過對(duì)鎢(W)粉進(jìn)行滲碳處理而獲得的。碳化鎢粉的特性(尤其是其粒度)主要取決于原料鎢粉的粒度以及滲碳的溫度和時(shí)間?；瘜W(xué)控制也至關(guān)重要，碳含量必須保持恒定(接近重量比為6.13%的理論配比值)。為了通過后續(xù)工序來控制粉體粒度，可以在滲碳處理之前添加少量的釩和/或鉻。不同的下游工藝條件和不同的最終加工用途需要采用特定的碳化鎢粒度、碳含量、釩含量和鉻含量的組合，通過這些組合的變化，可以產(chǎn)生各種不同的碳化鎢粉。
當(dāng)碳化鎢粉與金屬結(jié)合劑兩者混合碾磨從而生產(chǎn)出硬質(zhì)合金粉料的時(shí)候，可以采用各種不同的組合方式。比較常用的鈷含量一般是3%-25%(重量比)，如果是需要增強(qiáng)刀具抗腐蝕性的情況下，那么就要加入鎳和鉻。此外，還可以通過添加其他合金成分，進(jìn)一步改良金屬結(jié)合劑。例如，在WC-Co硬質(zhì)合金中添加釕，可在不降低其硬度的前提下顯著提高其韌性。增加結(jié)合劑的含量也可以提高硬質(zhì)合金的韌性，但卻會(huì)降低其硬度。
