發展鋼結硬質合金的意義

2020-12-20 中鋼網資訊

鋼結硬質合金是以難溶金屬碳化物(主要有WC、TiC等)為硬質相、以鋼作粘結相的一種複合材料。鋼結硬質合金的硬質相一般佔合金總質量的30%~50%，其餘部分為鋼基體。由於鋼基體所佔比例較大，鋼的性質較為明顯，有著良好的可加工性，可熱處理性和可鍛性等，經過粉末混合、壓製成型、燒結、鍛造、切削加工、熱處理等工序後，可得到各種規格、各種形狀的鋼結硬質合金製品，其應用範圍十分廣泛。鋼結硬質合金的力學性能介於硬質合金和鋼之間，與鋼相比，有更高的硬度、更好的耐磨性及更高的彈性模量和抗壓強度；與硬質合金相比，有良好的抗彎強度和衝擊韌性，有良好的自潤滑性、較低的摩擦係數、優良的化學穩定性，表現出優異的綜合性能。其硬度可達到HRC60~70，而韌性指標則較普通硬質合金有較大程度的改善。在退火狀態下，可以採用普通切削加工設備和刀具進行車、銑、刨、磨、鑽等機械加工，還可以鍛造、焊接；而在淬硬狀態下，則具有很高的硬度。由於含有大量彌散分布的高硬度硬質相，其耐磨性可以與高鈷硬質合金接近；比高合金模具鋼有更高的彈性模量、耐磨性、抗壓強度和抗彎強度。由於有以上特點，鋼結硬質合金在鋼材中有其特殊的優勢。更重要的是，鋼結硬質合金的價格不及普通硬質合金的一半，而使用壽命卻是鋼的幾倍，幾十倍，甚至幾百倍，具有很大的經濟效益。鋼結硬質合金製品可根據需要進行各種熱處理操作，以滿足不同模具在使用性能上的要求，特別是經過淬火和回火後，可獲得回火馬氏體+合金碳化物+均勻分布的硬質相所構成的組織，保證了模具材料的強度、硬度、韌性等使用性能要求，同時提高了模具的耐磨性；還可以採用鑲嵌的方式在模具的關鍵部位使用，提高產品的加工質量和加工精度。

鋼結硬質合金的成分範圍不斷拓寬，現正向兩頭延伸，一頭向硬質合金領域延伸，提高硬質相含量，最高可達92%；另一頭向高速鋼領域延伸，提高鋼基體含量，最高可達90%。通過選擇不同鋼種和成分作粘結劑，可製取具有特定性能的合金，以適應各種不同應用領域的要求。

近年的研究發現，以富鐵的Fe-Co-Ni作為粘結劑的鋼結硬質合金，其性能甚至優於WC-Co硬質合金，因為在Fe-Co-Ni系中可通過馬氏體相變、沉澱硬化和有序−無序相變使合金強化，其抗彎強度與普通硬質合金相當，綜合性能優異。研究還發現，在合金中添加0.4%~0.8%的稀土元素，就對合金的組織和性能產生極大影響。例如，稀土元素鈰和鑭在球磨過程中與體系中的活性氧、硫反應，生成穩定的硫氧化物，起到脫硫脫氧的作用。另據報導，在TiC基鋼結硬質合金中添加適量的納米TiN，細小的TiN「鑲嵌」在較大的TiC晶粒晶界上，能抑制TiC晶粒長大並阻礙硬質相的橋接。同時，納米顆粒作為間隙粒子填充到較大的硬質相顆粒空隙中，能提高材料的緻密度。（鋼研）

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