硬質(zhì)合金基礎(chǔ)知識PPT課件

1、硬質(zhì)合金分類及用途硬質(zhì)合金分類及用途一、什么是硬質(zhì)合金一、什么是硬質(zhì)合金?它有什么特點它有什么特點?1 1、定義：、定義：硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法生產(chǎn)的、由難熔金屬化合物（硬質(zhì)相）和粘接金屬（粘接相）所構(gòu)成的組合材料。2 2、特點：、特點：n 硬度高、耐磨性高；n 抗壓強度高（可達6000MPa）； n 穩(wěn)定性好；n 脆性較大。3 3、優(yōu)點：、優(yōu)點：與工具鋼比較，硬質(zhì)合金的優(yōu)點是： 大大提高工具壽命，幾倍到幾十倍； 提高了切削速度和勞動效率； 提高了工件的精度和光潔度。第1頁/共58頁二、硬質(zhì)合金和混凝土的比較二、硬質(zhì)合金和混凝土的比較2 2、工藝流程：、工藝流程：混料 壓制 燒結(jié) 1 1、成

2、分、成分3 3、組織結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)第2頁/共58頁第3頁/共58頁二、硬質(zhì)合金的成分、結(jié)構(gòu)與性能二、硬質(zhì)合金的成分、結(jié)構(gòu)與性能成分：成分：硬質(zhì)合金的主要成分有WC、Co和TiC，次要成分有TiN、Ni、Mo、TaC、NbC、VC、Cr3C2等。其中WC（包括TiC在內(nèi)）占80%以上，Co占20%以下。其余成分比例很小。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：鎢鈷合金的正常結(jié)構(gòu)為WC相和Co相的兩相組織。前者也稱為硬質(zhì)相或相，后者為粘接相或相。鎢鈦鈷合金的正常結(jié)構(gòu)有兩種，一種是（Ti、W）C+Co兩相組織，一種是（Ti、W）+WC+Co三相組織。性能：性能：硬質(zhì)合金的主要性能指標有密度、抗彎強度、硬度、矯頑磁力、鈷磁等等。

3、密度是硬質(zhì)合金質(zhì)量最基本的指標，它是其他各項性能的基礎(chǔ)。硬度與抗彎強度是硬質(zhì)合金兩項主要機械性能指標，直接影響合金的使用效果。這三項性能就基本決定了硬質(zhì)合金的綜合品質(zhì)，是產(chǎn)品出廠的考核指標，也是用戶最關(guān)注的指標，合理選用硬質(zhì)合金的重要依據(jù)。第4頁/共58頁三、刀具材料中常用的幾種物質(zhì)的作用三、刀具材料中常用的幾種物質(zhì)的作用：WCWC耐磨相，刀具材料的主成分；CoCo韌性相，隨著Co含量的增加，合金的強韌性增加而硬度降 低；TiCTiC硬質(zhì)相，隨著TiC含量的增加，合金的抗月牙洼磨損能力增強，但合金的強韌性降低，合金的脆性增大；TaCTaC、NbCNbC硬質(zhì)相，能明顯提高合金的高溫性能和耐磨性，

4、加有TaC、NbC的合金通用性好；CrC、VC抑制劑，抑制WC晶粒的長大。第5頁/共58頁四、硬質(zhì)合金分類四、硬質(zhì)合金分類1. 1. 根據(jù)成分不同，可將硬質(zhì)合金分為根據(jù)成分不同，可將硬質(zhì)合金分為5 5大類。大類。n碳化鎢基硬質(zhì)合金：碳化鎢基硬質(zhì)合金：包括WC-Co、WC-TiC-Co、WC-TaC-Co、WC-TiC-TaC（NbC）-Co等。 這些合金均以WC為主成分。n碳化鈦基或碳氮化鈦基硬質(zhì)合金：碳化鈦基或碳氮化鈦基硬質(zhì)合金：通常以TiC或Ti（C、N）為基本成分，以Ni-Mo作粘結(jié)劑而組成的一種硬質(zhì)合金。 如TiC-Mo-Ni、TiC-WC-TaC（NbC）-Mo-Ni、Ti（C、N）

5、-Mo-Co-Ni等。n涂層硬質(zhì)合金：涂層硬質(zhì)合金：在合金表面上沉積一層TiC、TiN、TiB2、ZrN、CrN、AI2O3、TiCN、B4C、SiC、BN、TiAIN、金剛石等物質(zhì)，使工具的使用性能成倍提高。第6頁/共58頁n鋼結(jié)硬質(zhì)合金：鋼結(jié)硬質(zhì)合金：主要成分是鋼，而以TiC或WC作硬質(zhì)相組成的一類硬質(zhì)合金。其顯著特點是可熱處理與機加工，是界于工具鋼和硬質(zhì)合金之間的一類中間合金。n其他硬質(zhì)合金：其他硬質(zhì)合金：如Cr3C2基硬質(zhì)合金，以Cr3C2為主成分，以Ni或Ni-W等作粘結(jié)劑所組成的硬質(zhì)合金，通常用作耐磨耐腐蝕零件。n 此外還有兩類重要的刀具材料，一類是陶瓷材料，包括氧化鋁系（白陶）、

6、氮化硅系和賽隆陶瓷（Si3N4/Al2O3）。另一類是超硬材料，聚晶金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼PCBN。第7頁/共58頁2、按用途分類、按用途分類硬質(zhì)合金具有一系列優(yōu)良性能，用途十分廣泛，隨著時間推移用途還在不斷擴大，主要用途分述如下：n切削工具：切削工具：硬質(zhì)合金可用作各種各樣的切削工具。我國切削工具的硬質(zhì)合金用量約占整個硬質(zhì)合金產(chǎn)量的三分之一(約3000噸左右)，其中用于焊接刀具的占78%左右，用于可轉(zhuǎn)位刀具的占22%左右。而數(shù)控刀具用硬質(zhì)合金僅占可轉(zhuǎn)位刀具用硬質(zhì)合金的20%左右，此外還有整體硬質(zhì)合金鉆頭，整體硬質(zhì)合金小園鋸片，硬質(zhì)合金微鉆等切削工具。n 地質(zhì)礦山工具：地質(zhì)礦山工具：

7、地質(zhì)礦山工具同樣是硬質(zhì)合金的一大用途。我國地礦用硬質(zhì)合金約占硬質(zhì)合金生產(chǎn)總量的25%，主要用于沖擊鑿巖用釬頭，地質(zhì)勘探用鉆頭、礦山油田用潛孔鉆、牙輪鉆以及截煤機截齒、建材工業(yè)沖擊鉆等。第8頁/共58頁n模具：模具：用作各類模具的硬質(zhì)合金約占硬質(zhì)合金生產(chǎn)總量的8%，有拉絲模、冷鐓模、冷擠壓模、熱擠壓模、熱鍛模、成形沖模以及拉拔管芯棒，如長芯棒、球狀蕊棒、浮動蕊棒等，近十幾年軋制線材用各類硬質(zhì)合金軋輥用量增速很快，我國軋輥用硬質(zhì)合金已占硬質(zhì)合金生產(chǎn)總量的3%。n結(jié)構(gòu)零件：結(jié)構(gòu)零件：硬質(zhì)合金用來作結(jié)構(gòu)零件的制品很多，如旋轉(zhuǎn)密封環(huán)、壓縮機活塞、車床夾頭、磨床心軸、軸承軸頸等。n耐磨零件：耐磨零件：用硬

8、質(zhì)合金制成的耐磨零件有噴嘴、導(dǎo)軌、柱塞、球、輪胎防滑釘、鏟雪機板等舉不勝舉。n耐高壓高溫用腔體：耐高壓高溫用腔體：最重要的用途就是生產(chǎn)合成金剛石用的頂錘、壓缸等制品，頂錘、壓缸用硬質(zhì)合金已占我國硬質(zhì)合金生產(chǎn)總量的9%。n其他用途：其他用途：硬質(zhì)合金用途越來越廣，近幾年已在民用領(lǐng)域不斷擴展，如表鏈、表殼、高級箱包的拉鏈頭、硬質(zhì)合金商標等。 第9頁/共58頁五、被加工材料分類及工具材料選擇五、被加工材料分類及工具材料選擇P P類：類：鋼、鋼鑄件。如普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（代碼如）、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（如45鋼、50錳、20G等）、碳素工具鋼（如T7、T7A、T8、T8A、T13、T13A等），切削牌號一般選擇

9、WCo Ti類合金，如YT5、YT14、YT15、YT15R、YT05、YT30、YC101、YC201、YC301、YC45等； MM類：類：奧氏體/鐵素體/馬氏體不銹鋼（如1Cr18Ni9Ti、0Cr19Ni、1Cr17Mo、0Cr13Al、3Cr13、7Cr17、1Cr18Ni11Si4AlTi、0Cr26Ni5Mo2）、鑄鋼、錳鋼（40Mn18Cr3、50Mn18Cr4等）、合金鋼（含有Ni、Si、Co、Al、Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等合金元素的碳素鋼）、合金鑄鐵、可鍛鑄鐵、易切鋼（Y12、Y15、Y30、Y40Mn等），切削牌號選擇WCoTiTa（Nb）類合金，如YW1、YW2

10、、YW3、YS8、YS25、YM101、YM201、YM301、YC201等； K K類：類：普通鑄鐵、難加工鑄鐵（冷硬鑄鐵、高鉻鑄鐵、高硅鑄鐵）、短屑可鍛鑄鐵，一般選用WCo類合金，如YG3X、YG3、YG6X、YG6、YG6A、YG8、YG8N、YD101、YD201、YD301等；第10頁/共58頁NN類：類：有色金屬和無機材料（鋁、鎂、銅、黃銅、塑料等），一般選用WCo類合金和金屬陶瓷，WCo類合金多采用細晶和超細晶合金，YG6X、YF06、YM201、YD201等；S S類：類：耐熱優(yōu)質(zhì)合金即高溫合金（Fe基、FeNi基、Ni基、Co基、Ti基合金，如GH1015、GH2036、GH

11、3128、GH4033、K211、K406、K640、TA2、TA8、TB1、TB2、TC1TC6等），除Ti基高溫合金外，一般可選用WCoTiTa（Nb）類或WCo類合金，如YS8、YM201、YM301、YG6X、YG8、YW2、YW3、YD201等；而Ti基高溫合金應(yīng)選用不含Ti的WCo類合金，如YG8、YG6X、YG8N、YG6A，理想情況是采用超細晶合金牌號。H H類：類：淬硬材料（GCr15淬火鋼、Cr12、T12A等），傳統(tǒng)牌號宜選用YM101、YM201、YS8、YG8N、YNG151等，最好是用立方氮化硼刀片。 第11頁/共58頁 對不同的被加工材料選擇了各類別的合金后，還要

12、根據(jù)加工參數(shù)來選擇牌號，一般來說，精加工考慮工件的表面質(zhì)量，即表面精度，加工時切削速度快，吃刀深度小，走刀量小，振動小，沖擊小，要求合金耐磨性好，硬度高，強度韌性次之，就應(yīng)選擇晶粒細、鈦含量高、鈷含量低的合金；半精加工耐磨性和強韌性適中，選用中顆粒碳化鎢、Ti含量中等、Co含量中等的合金；粗加工吃刀深度大，走刀量大，切削速度慢，振動大，沖擊大，就強調(diào)刀片的抗沖擊性能要好，耐磨性次之，應(yīng)選用粗顆粒碳化鎢、Ti含量低、Co含量高的合金。第12頁/共58頁 新的命名法則是根據(jù)牌號的加工范圍來命名的，所以，牌號的選擇相對簡單，如P類加工，用YC10、YC101、YC201、YC301、YC35、YC4

13、5等，字母Y表示硬質(zhì)合金，C表示長切屑，數(shù)字表示加工范圍，一般以前面兩位數(shù)字表示，“10”表示精加工，“20”表示半精加工，“30”表示粗加工，“35”“45”重載粗加工。M類加工，用YM101、YM201、YM301命名，K類加工，用YD101、YD201、YD301命名，其字母和數(shù)字表示的意義同P類牌號的命名。 對WCoTi類合金，YT5、YT14、YT15、YT30、YT05等，牌號中的數(shù)字表示Ti的大致含量。YT5，Ti含量為5%；YT14，Ti含量11.3；YT15，Ti含量12.7；YT30，Ti含量22.5。WCo類合金，YG3、YG3X、YG6、YG6X、YG6A、YG8、YG

14、8N等，數(shù)字表示Co含量，YG3，Co是3%，其余類推，X表示細顆粒，A表示加了TaC，N表示加了NbC。對WCoTiTa（Nb）類合金，YW1、YW2、YW3、YS25、YS8等，這些牌號沒有規(guī)律可循，只能靠記憶。第13頁/共58頁 牌號是根據(jù)切削要求來設(shè)計的，不同的被加工材料，其切削加工性不一樣，碳素鋼，塑性、韌性較好，切屑不易折斷，切屑從前刀面排出，對前刀面產(chǎn)生強烈的月牙洼磨損，因此，鋼材的切削，要選擇抗月牙洼磨損的硬質(zhì)合金，TiC、TaC（NbC）具有很好的抗月牙洼磨損作用，所以切削鋼材的牌號都含有TiC，TaC（NbC）由于成本增加較多，切削碳素鋼，一般不選用含TaC（NbC）的牌號

15、。TaC（NbC）不僅抗月牙洼磨損，還能改善合金的抗熱沖擊性能，由此含TaC（NbC）的合金高溫性能好，加工M類合金，由于加工硬化嚴重，切削抗力大，切削溫度高，就應(yīng)選擇含TaC（NbC）的合金；鑄鐵等脆性材料，切屑呈崩碎或粉末狀，對前刀面磨損不大，主要是后刀面磨損，脆性材料的加工特點是切削力和切削熱集中在切削刃附近，使刀具刃口負荷很重，容易產(chǎn)生磨損和崩刃，一般選用鎢鈷類合金，因為含有TiC的合金比較脆，所以，WCo類合金比WCoTi類合金強韌性要好。第14頁/共58頁七、七、SANDVIK生產(chǎn)工藝發(fā)展歷程生產(chǎn)工藝發(fā)展歷程 1976年以前，Sandvik硬質(zhì)合金生產(chǎn)與我們老系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝差不多，

16、直到1976年，噴霧干燥工藝在混合料制備中的應(yīng)用及DMK240脫膠-燒結(jié)一體爐的研制成功，使Sandvik硬質(zhì)合金毛坯生產(chǎn)發(fā)生了重大變革，下面列出Sandvik變革前后的工藝控制模式：第15頁/共58頁項目 變革前 變革后1、混合料制備 濕磨機和經(jīng)典的干 可傾式濕蘑機和 設(shè)備 燥、制粒設(shè)備 噴霧干燥 工藝控制 WC總碳、粒度（Fsss） WC總碳、粒度（Fsss） 球磨實驗 Bctot、HCP 成型擠 石蠟 PEG2、壓制壓制工序主要強調(diào)對毛刺的控制，他們通過10年的努力，使壓制毛刺從45um降到25um。3、燒結(jié)設(shè)備和工藝 兩階段燒結(jié) 一階段脫膠燒結(jié) 脫蠟：三種脫蠟工藝H2、N2、 H2脫膠

17、，脫膠過程采用 真空脫膠 反復(fù)進行的抽空充N2的 真空燒結(jié)或推進式H2燒結(jié) Torvac過程接著真空燒結(jié)第16頁/共58頁 從上述Sandvik的生產(chǎn)工藝過程控制知道，該公司質(zhì)量控制主要在“四度”：控碳精度、晶粒度、尺寸精度及孔隙度。工藝方法注重“三性”：穩(wěn)定性、實用性和可靠性。工藝管理講究科學(xué)和嚴謹。公司刀片生產(chǎn)基本流程公司刀片生產(chǎn)基本流程刀片生產(chǎn)走的是Sandvik生產(chǎn)工藝路線，基本流程是：原料標準制定球磨試驗配料計算濕磨噴霧干燥混合料鑒定壓制燒結(jié)研磨鈍化清洗涂層包裝第17頁/共58頁 成型劑是硬質(zhì)合金制造過程中最重要、研究最多的工藝材料。由于成型方法多、成型劑原理不同，要求不同，種類也很

18、多。擠壓成型劑、注射成型劑、粉漿澆注成型劑等文獻資料報導(dǎo)不少，但主要是關(guān)于原理和特性方面的陳述，真實的成份和組份幾乎沒有公開的。模壓成型劑相對簡單一些，成熟一些，公開的程度也大一些。目前最常用的模壓成型劑大致分為三大類，即橡膠、石蠟和聚乙二醇。 橡膠的優(yōu)點是成型壓力低，壓坯強度高，可以用于復(fù)雜制品成型。缺點是雜質(zhì)含量高，易于老化，不適合噴霧干燥，不宜于真空脫除，通常殘留碳量高達（.3）。目前只有中國、俄羅斯等用于生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品和形狀復(fù)雜產(chǎn)品。丁鈉橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠是目前橡膠成型劑中應(yīng)用比較多的。八、常用的成型劑類型八、常用的成型劑類型第18頁/共58頁 石蠟的優(yōu)點是既適于噴霧干燥，也適于

19、一般混合器摻蠟制粒。石蠟純度高，易于脫除，殘留碳非常低（以下），粒料不易老化。缺點是混合料松裝密度小，壓縮比大，壓制壓力大，壓坯強度低，復(fù)雜形狀產(chǎn)品難成型，混合料的壓制性能受溫度影響較大。 聚乙二醇的優(yōu)點是溶于酒精和水，特別適合于噴霧干燥。它純度高，易脫除，殘留碳與石蠟相當，且成型性能好，壓坯強度也高。其缺點是有吸水性，對環(huán)境的溫度和濕度要求高。第19頁/共58頁九、硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝流程九、硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝流程濕磨噴霧干燥壓制燒結(jié)成品酒精WC粉 Co粉 固熔體粉 成型劑第20頁/共58頁第二章第二章 混合料制備混合料制備 混合料制備是硬質(zhì)合金生產(chǎn)的第一道工序，也是最重要的生產(chǎn)工序之一；混合料質(zhì)

20、量的好壞直接關(guān)系到硬質(zhì)合金產(chǎn)品的內(nèi)部材質(zhì)與外觀質(zhì)量。一、概一、概念念 混合料制備是將各種難熔金屬的碳化物和粘結(jié)金屬及少量的抑制劑等粉末通過配料計算、球磨、干燥等工序過程制備成有準確成份、配料組分均勻分布、粒度一定的粒狀混合物的生產(chǎn)工藝過程。 混合料制備中通常使用的有各類難熔金屬碳化物、粘結(jié)金屬與少量抑制晶粒長粗的添加劑。輔助工藝材料包括成型劑聚乙二醇與石臘，濕磨介質(zhì)酒精。第21頁/共58頁二、混合料兩種生產(chǎn)工藝對比二、混合料兩種生產(chǎn)工藝對比 在傳統(tǒng)混合料生產(chǎn)工藝中一般選用橡膠作成型劑；人們習(xí)慣稱之為橡膠工藝。混合料的生產(chǎn)分為兩步：第一步是用酒精作介質(zhì)，采用180立升滾筒式球磨機磨料；再用通蒸汽

21、的振動干燥器生產(chǎn)不含成型劑的粉末混合料。然后在混合料中加入橡膠汽油溶液經(jīng)螺旋攪拌皿攪拌混合均勻后，經(jīng)蒸汽干燥柜進行干燥，最后擦碎過篩、制粒，變成可供壓制的混合料。 傳統(tǒng)的混合料生產(chǎn)工藝因為其生產(chǎn)工藝流程較長，人為影響因素較多，生產(chǎn)過程不易控制，因而生產(chǎn)的混合料質(zhì)量較差，是一種逐步被淘汰的生產(chǎn)方法。 第22頁/共58頁現(xiàn)代混合料生產(chǎn)工藝是一種生產(chǎn)工藝流程短、生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)工藝相互配套的科學(xué)合理的生產(chǎn)工藝。現(xiàn)代混合料生產(chǎn)工藝流程： 配料計算配料濕磨噴霧干燥混合料鑒定現(xiàn)代混合料生產(chǎn)工藝的特點： 生產(chǎn)工藝流程短；生產(chǎn)工藝技術(shù)與生產(chǎn)設(shè)備合理配套；主要的生產(chǎn)過程均在密閉的系統(tǒng)中進行；各個工藝參數(shù)都能進行準

22、確的測控是現(xiàn)代混合料生產(chǎn)的主要特征。生產(chǎn)出來的混合料質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，適合于生產(chǎn)高精度的數(shù)控刀片壓坯的原料。第23頁/共58頁三、三、 配料與濕磨配料與濕磨1 1、 濕磨的作用：濕磨的作用：濕磨主要作用是將配制成固定成份的粉末原料通過該工藝過程使其具備有一定顆粒度，各組元均勻分布的混合料漿，濕磨過程對混合料所起的作用表現(xiàn)在下述四個方面。 混合作用混合作用：混合料通常是由多種組份組成；而且各組分自身的密度、粒度也不盡相同；但要制得優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金產(chǎn)品使用的原料混合料各組份必須均勻分布。通常是通過濕磨方法來實現(xiàn)。第24頁/共58頁 破碎作用破碎作用：混合料生產(chǎn)中所使用的原料粒度規(guī)格不相同。特別是其中的

23、主要原料WC存在不少的團粒結(jié)構(gòu)。同時粒度的大小也不相同。這不利于生產(chǎn)高質(zhì)量的合金，濕磨就能起到物料的破碎與粒度均化之作用。 增氧作用增氧作用：混合料在濕磨過程中與研磨體、球磨筒體相互之間激烈的碰撞與磨擦作用較易發(fā)生氧化作用。此外，濕磨過程中酒精中存在的水也間接的強化了這種增氧趨勢。 防止?jié)衲ミ^程的增氧作用方法有兩個：一是冷卻；二是選擇恰當?shù)纳a(chǎn)工藝。 濕磨過程的增氧不管采用什么防止措施增氧總是發(fā)生的，只不過是程度有所差別而已。300立升可傾斜式球磨機在正常 運 行 狀 態(tài) 下 單 位 小 時 的 增 氧 量 導(dǎo) 至 碳 損 失 約 為0.003%(wt%)。第25頁/共58頁 活化作用活化作用

24、：球磨過程中由于球體、物料與筒體之間存在激烈的撞碰與磨擦，極易使粉末的晶格發(fā)生扭曲、畸變；粉末體內(nèi)能增加；這種現(xiàn)象在強化球磨與攪拌球磨過程表現(xiàn)得尤為明顯。球磨過程中出現(xiàn)的活化現(xiàn)象有兩種不同的看法：傳統(tǒng)的觀點認為它對燒結(jié)的收縮、致密化過程有利，稱之為“活化燒結(jié)”；但在引進技術(shù)中認為這種“活化現(xiàn)象”對合金生產(chǎn)不利，它極易引起“夾粗”現(xiàn)象的發(fā)生，因而一般均不主張采用強化球磨與超時球磨的工藝方法生產(chǎn)混合料。第26頁/共58頁2. 2. 球磨筒轉(zhuǎn)速球磨筒轉(zhuǎn)速 球磨過程使組元分布均勻和組元粒度細化，是通過研磨體之間相對碰撞和摩擦來實現(xiàn)的，選擇適當?shù)耐搀w轉(zhuǎn)速可將研磨體碰撞與摩擦控制在最佳狀態(tài)，此時的研磨效果

25、也是最好的。 傳統(tǒng)的球磨理論認為：筒體在運動過程中將研磨體帶到一定的高度后，研磨體自由滾動落下產(chǎn)生滾動研磨；筒體轉(zhuǎn)速太高，研磨體附在筒體內(nèi)壁上處于相對“靜止”狀態(tài)，此時研磨體之間的碰撞與磨擦作用都較弱，研磨效果不好；而筒體轉(zhuǎn)速太低時，研磨體與筒壁處在相對滑動的狀態(tài)，研磨體之間相對碰撞作用大為削弱，研磨效果主要體現(xiàn)在研磨體與混合料之間的摩擦作用，其效果相對也很低。如何介定球磨筒的轉(zhuǎn)速，一般都采用臨界轉(zhuǎn)速這一概念。第27頁/共58頁 臨界轉(zhuǎn)速是使研磨體在球磨筒轉(zhuǎn)動時，緊貼筒壁旋轉(zhuǎn)的最低速度，可由下面公式計算確定：臨界 式中D球磨筒直徑（米）。假設(shè)時，則臨界轉(zhuǎn)速計算得60轉(zhuǎn)/分鐘；通常在球磨機轉(zhuǎn)速的

26、設(shè)定中取其臨界轉(zhuǎn)速的75%左右為宜；采用轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的75%左右，則球被帶到較高的位置往下落，這種研磨主要靠沖擊作用而發(fā)生，稱之為沖擊研磨，這種研磨速度不適宜于硬質(zhì)合金粉末原料的研磨，合金粉末本身粒度較小，材質(zhì)硬而碎，不需有多大的動靜即可將物料磨碎，因而在濕磨工藝中通常采用臨界轉(zhuǎn)速的60%左右的轉(zhuǎn)速作為筒體的實際轉(zhuǎn)速。180立升球磨機與300L可傾斜式球磨機均采用左右的臨界轉(zhuǎn)速為實際球磨機轉(zhuǎn)速，約為36轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速；而600L可傾斜式球磨機則采用33轉(zhuǎn)/分的筒體轉(zhuǎn)速。第28頁/共58頁3. 研磨體形狀、規(guī)格、與裝機總量影響 300L可傾斜式球磨機一改傳統(tǒng)球狀硬質(zhì)合金研磨體為圓柱狀硬質(zhì)合金研磨

27、體，這一改變對混合料研磨過程起到良性變化。從理論上來講，球與球相互碰撞接觸為一個“點”；柱體之間相互接觸則為一條“線”；作為研磨刃口而言，“點”與“線”是有相當區(qū)別的；首先“線”是由若干“點”集合而成；就研磨效率而言，柱狀體研磨體明顯高于球狀研磨體；同時，柱狀研磨體研磨刃口為一條線，在研磨過程中，有若干粉末個體被研磨，但最先研磨到的必然是那些粒度粗的個體，這樣一來粗顆粒物料被研磨的機率大大高于細顆粒物料；這明顯有利于研磨效率的提高和粒度的均勻細化。反過來用球型研磨體，研磨刃口為一“點”，與前者比較起來，點研磨刃口少得多；因而研磨效率相應(yīng)的要低得多；此外球與球相接觸，接觸點處的粉末“粗”與“細”

28、是隨機選擇。碰到什么就研磨什么，而不像柱與柱接觸處，粒度粗的物料優(yōu)先研磨。圖三與圖四分別表示兩種不同形狀的研磨體間接觸示意圖。第29頁/共58頁圖三 球狀研磨體接觸示意圖 圖四 柱狀研磨體接觸示意圖第30頁/共58頁研磨體規(guī)格標準裝量百分數(shù)與重量數(shù)裝球百分數(shù)（%）300L(kg)600L（kg）A5.514.415.5%186kg372kgB7.315.616.0%192kg384kgC8.516.332.5%390kg780kgD9.516.733.0%396kg792kgE10.517.003.0%36kg72kg100%1200kg2400kg300L球磨機裝球量為1200公斤/臺；球/

29、料比按裝料量來進行調(diào)節(jié)；研磨體由五種不同的規(guī)格所組成；300L球磨機所使用的研磨體規(guī)格與實際裝量見表。表 300L/600L球磨棒工藝指令第31頁/共58頁球磨設(shè)備研磨體裝量（kg）酒精加量（L）球磨時間300L球磨機15005015研磨體的補充按配料指令與混合料一起進行。補充的研磨體采用E類、10標準新研磨體；補充前新球一定要按指令進行球磨。表新球磨體研磨工藝指令研磨體在使用一段時間內(nèi)，按指令半年規(guī)定進行稱量與選球。研磨體的補充：定期稱量與篩選所有這一切都是確保球磨機在長期運行中研磨效率的穩(wěn)定性，這也是確?；旌狭吓c合金的粒度的穩(wěn)定關(guān)鍵之一。第32頁/共58頁4. 酒精加量 混合料在球磨過程中

30、，濕磨介質(zhì)的加量如何選擇使球磨效率達到最佳水準同時又確保相關(guān)工藝能順利進行，這是一個相當重要的工藝問題。 傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝主要按混合料使用的WC原料粗、中、細等不同規(guī)格，結(jié)合混合料鈷金屬含量的高低，分段進行相應(yīng)的規(guī)定，無嚴格的標準指令，酒精加入時無精確記量設(shè)備。 現(xiàn)代硬質(zhì)合金生產(chǎn)則以每公斤混合料加多少酒精為標準；它是以混合料的比表面積或松裝密度的大小來確定的；一般是細顆粒合金、高鈷合金標準取值大；而粗晶粒合金、低鈷合金標準取值小?，F(xiàn)有合金牌號酒精加量標準在L/公斤混合料范圍內(nèi)波動。 值得特別指出的是酒精標準加量值不能隨便變更，否則會使料漿的粘度不合格，嚴重影響后續(xù)工序噴霧干燥工藝過程的順利進行，最

31、終影響到混合料的物理力學(xué)性能。第33頁/共58頁5. 5. 球磨時間及球磨時間因子球磨時間及球磨時間因子 混合料在球磨過程中混合的均勻性和粒度的細化均與球磨時間密切相關(guān)；球磨時間越長混合越均勻，粉末的粒度也越細，但這僅僅是在某一時段區(qū)域內(nèi)需遵循這一規(guī)律；無限延長球磨時間對合金性能將產(chǎn)生負面影響。 300L球磨機如果僅僅是要求混合料各組元分布均勻，濕磨12小時即可；而要使合金的晶粒度達到某一取值范圍則必須制定出相應(yīng)的科學(xué)合理的球磨工藝制度；現(xiàn)代硬質(zhì)合金生產(chǎn)技術(shù)引入了“HCP”這一概念，它是目前為止最為準確衡量“WC”粒度的物理量，為硬質(zhì)合金生產(chǎn)中粒度控制提供了先決條件。對某一具體合金牌號而言，其

32、混合料球磨時間單有WC原料和HCP值還是不夠的，還必須要有一個混合料球磨單位時間（小時），合金矯頑磁力的增加值這物理量，這就是“球磨時間子”，不同合金牌號球磨時間因子是不同的；300L球磨機正常工藝條件下生產(chǎn)混合料其球磨時間因子取值范圍在KA/m之間，球磨時間因子是一個試驗數(shù)據(jù)，采用的球磨機、球磨工藝參數(shù)不同，所得到的球磨因子也不同。球磨時間因子在混合料球磨時間的確定、新牌號合金的開發(fā)、球磨時間取樣與返回料處理中運用廣泛。第34頁/共58頁 6.濕磨機清理濕磨機清理 濕磨機清理一般可分為簡單清理與復(fù)雜清理兩種方式。 簡單清理：濕磨機卸料后，如果接下來裝料為相同合金牌號的混合料（包括141牌號）

33、即采用簡單清理程序?qū)η蚰C進行清理即可。也就是采用球磨用酒精進行4L6次清理。這一簡易的清理在濕磨卸料過程已經(jīng)完成。也就是說，接下來如果是球磨相同牌號的混合料，球磨機可以不進行單獨的清理過程而直接裝料。 復(fù)雜清理：球磨機卸料后，如果需球磨其它牌號的混合料則需進行復(fù)雜清理程序。程序內(nèi)容包括：50立升水球磨35分鐘；重復(fù)清洗三次；6立升酒精，清洗一次。 注：粗顆粒牌號轉(zhuǎn)換為球磨超細混合料，清理過程應(yīng)該給以特別關(guān)注。第35頁/共58頁7 、噴霧干燥、噴霧干燥 混合料料漿干燥的目的是將濕磨料漿中液體介質(zhì)與混合料分離并回收其介質(zhì)，使干燥后的混合料達到一定的物理力學(xué)性能標準，符合后續(xù)工序壓制成型對混合料的

34、性能要求?；旌狭系母稍锓绞胶芏啵话愀鶕?jù)生產(chǎn)工藝需要，生產(chǎn)規(guī)模與設(shè)備投資情況來定。但國內(nèi)較為廣泛采用的仍為蒸汽加熱的振動干燥器，而規(guī)模較大、生產(chǎn)高精產(chǎn)品的廠家逐步在采用現(xiàn)代化的噴霧干燥。 噴霧干燥的最大特點是在封閉的循環(huán)系統(tǒng)中用氮氣進行保護下的干燥。噴霧干燥制得的粒狀混合料性能穩(wěn)定；流動性極好；特別適宜于高精度數(shù)控刀片壓制毛坯的生產(chǎn)。此外，濕磨介質(zhì)酒精有一個獨立的回收系統(tǒng)，回收酒精質(zhì)量好、回收率高。第36頁/共58頁8、 混合料質(zhì)量檢查與質(zhì)量評價混合料質(zhì)量檢查與質(zhì)量評價 干燥好的混合料在投入下道工序生產(chǎn)之前，必須對混合料的質(zhì)量作出檢查與評價，這一過程通常稱之為混合料鑒定。 傳統(tǒng)硬質(zhì)合金生產(chǎn)中混

35、合料鑒定稱之為“一公斤鑒定”，具體包括化學(xué)分析與試探性檢驗兩個部分；化學(xué)分析通常對混合料各主要組成進行分析，而試探性檢驗是將不含成型劑的混合料約1kg加入橡膠汽油溶液制成含成型劑的混合料，壓制成5530毫米的長條與A115/K040B燒結(jié)成抗彎強度與組織結(jié)構(gòu)分析試樣。長條進行強度檢查，而刀片與釬片分別進行斷口檢查、物理力學(xué)性能檢查，組織結(jié)構(gòu)及金相檢查等。第37頁/共58頁 現(xiàn)代硬質(zhì)合金生產(chǎn)中混合料鑒定同樣是由兩部分組成；物理力學(xué)性能檢查與PS21長條性能檢查，它既含介了傳統(tǒng)“一公斤混合料鑒定”內(nèi)容，又為壓制成型工序提供必要的混合料物理力學(xué)性能，從而確保了壓坯幾何尺寸與外觀精度；這種鑒定方式與傳

36、統(tǒng)方法相比較顯得更科學(xué)、更合理。第38頁/共58頁混合料生產(chǎn)中總碳控制 日本學(xué)者林木素等認為，合金兩相區(qū)的碳含量上、下限為：碳含量上限=6.13%-0.058Co(重量)%碳含量下限=6.13%-0.079Co(重量)%而國內(nèi)學(xué)者一般認為兩相區(qū)碳含量上限與WC中的理論碳含量6.128%吻合；而碳含量的下限與Co量有關(guān)；碳含量下限=6.125%-0.0737Co(重量)%根據(jù)上述公式粗略的計算，通常生產(chǎn)的YG8的合金，其碳含量允許波動范圍約為0.177%與0.299%，碳的控制范圍相對還是較寬的。傳統(tǒng)硬質(zhì)合金生產(chǎn)中總碳的調(diào)控一般采用控制原料WC總碳與所使用的成型劑添加量。這種控制方式較粗糙，不可

37、控因素很多。因而生產(chǎn)的合金滲/脫碳現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。第39頁/共58頁 9、 混合料鑒定混合料鑒定 混合料物理力學(xué)性能檢查：檢查項目包括流動性、松裝密度、粒度分布以及物料外觀形貌檢查。 混合料PS21檢查：檢查項目包括C1、C2值測量，抗彎強度、硬度、密度、鈷磁與矯頑磁力等；金相組織結(jié)構(gòu)包括孔隙度、宏觀孔隙以及滲/脫碳等項目。 1.混合料物理力學(xué)性能檢查也可以認為是噴霧干燥法生產(chǎn)混合料的現(xiàn)場質(zhì)控的一種方式。采用隨機取樣、對混合料的霍爾流量、松裝密度、粒度分布及混合料形貌進行測量與觀察；判定噴霧干燥系統(tǒng)是否正常，混合料質(zhì)量是否達到其標準；當系統(tǒng)不正常，或者混合料性能不合格時應(yīng)該及時調(diào)整干燥工藝參數(shù)。

38、第40頁/共58頁 對混合料物理力學(xué)性能檢查另一種方式是實驗室檢查，檢查評定的結(jié)果是后續(xù)工序參數(shù)確定之依據(jù)，混合料取樣規(guī)則，每桶100kg/桶取樣一份約100g，做下列檢查?；魻柫髁繙y定：用25cm3混合料通過霍爾流量計，記錄所用的時間；含成型劑的粒狀混合料霍爾流量標準為3245秒/25cm3混合料。第41頁/共58頁 松裝密度測定：采用霍爾流量的混合料25cm3即可用來測量松裝密度，25cm3混合料稱重后除以體積數(shù)即為松裝密度，其標準范圍約為合金燒結(jié)密度的；桶與桶之間波動不得超過1.5%。 粒度分布測定：采用標準篩網(wǎng)進行測定，要求0.0625mm（相當于250目60目之間）粒度的粉末占85%

39、以上；而粒度小于250目以上的習(xí)慣稱之粉末的物料百分量小于15%。此外還可用30倍放大鏡在50mm距離內(nèi)對置于玻璃板上的物料進行觀察，用以判定混合料料粒外觀形貌（主要指粒子圓度；“半邊”及“實心”粒子等）。第42頁/共58頁PS21長條制作 混合料鑒定中為了檢測混合料材質(zhì)性能必須將被測混合料制成一定規(guī)格的合金成品，才能進行各項性能的檢測；目前國際通用的檢測產(chǎn)品規(guī)格為（）（）（）的合金長條。 按操作卡片每批混合料壓制10根，作好標記，測量好相關(guān)數(shù)據(jù)；（其中壓制壓力是一重要數(shù)據(jù)，一般在40140MPa/mm2）。 按操作指令燒結(jié)成合金成品。 將PS21長條經(jīng)噴砂處理，測量好相應(yīng)數(shù)據(jù)并作好數(shù)據(jù)記錄。

40、第43頁/共58頁PS21性能檢測： C1與C2值的測定；C1值是指合金燒結(jié)過程中重量損失百分數(shù)（%），這種損失主要是指成型劑的揮發(fā)和氧化物的還原等造成的失重。一般取值在1.52.5%之間。 C2值是指產(chǎn)品高度與寬度之間收縮比差異，主要取決于合金的牌號與混合料的批次等，該值有正、負值之分：C1=100 式中：mp表示壓制塊重量（g）ms表示燒結(jié)塊重量（g）C1值用于壓制毛坯壓制單重的計算第44頁/共58頁C2=（ ）100% 式中：bp表示壓制品寬度尺寸（mm）bs表示燒結(jié)品寬度尺寸（mm）hp表示壓制品高度尺寸（mm）hs表示燒結(jié)品高度尺寸（mm）C2值用于壓制毛坯高度計算。 物理力學(xué)性能檢

41、查：檢查的范圍包括密度、磁力、鈷磁、抗變強度；這些檢查均在68根PS21長條試樣上進行。 金相組織及結(jié)構(gòu)檢查：檢查的范圍包括孔隙度，宏觀孔隙（缺陷），晶粒狀態(tài)，滲碳/脫碳，夾細/夾粗/混料及其它缺陷。第45頁/共58頁 混合料生產(chǎn)中粒度控制混合料生產(chǎn)中粒度控制硬質(zhì)合金合金生產(chǎn)中粒度控制一般是指合金在生產(chǎn)中對碳化鎢晶粒度的控制。合金的晶粒度直接影響合金的耐磨性、韌性（包括斷裂韌性、沖擊韌性、抗彎強度與抗壓強度等），它與合金的碳含量一樣是影響合金綜合性能的關(guān)鍵因素。合金的晶粒度它包含兩層意思：一是指合金的平均晶粒度；二是指合金的粒度分布，是否存在通常稱之為的夾粗/夾細，晶粒分布是否均勻等。影響合金

42、晶粒度的主要因素：原始WC粒度、球磨時間與燒結(jié)工藝等三個。下面僅就前兩個進行論述，至于燒結(jié)工藝影響后面有專門章節(jié)論述。第46頁/共58頁傳統(tǒng)硬質(zhì)合金生產(chǎn)中矯頑磁力并沒有納入合金產(chǎn)品性能考核的質(zhì)量指標，只是作為合金組織結(jié)構(gòu)、合金粒度的參考指標；而在現(xiàn)代硬質(zhì)合金生產(chǎn)技術(shù)中，矯頑磁力是硬質(zhì)合金粒度的關(guān)鍵指標。 矯頑磁力（Hc）硬質(zhì)合金生產(chǎn)中通常采用鈷金屬作粘結(jié)金屬，鈷是鐵磁性物質(zhì)。硬質(zhì)合金的矯頑磁力由鈷的平均自由程即鈷層厚度所決定。而鈷層厚度又由合金的鈷含量和碳化鎢晶粒的大小所決定；在鈷含量相同的情況下，碳化鎢晶粒的大小決定了矯頑磁力（Hc）值。因而，硬質(zhì)合金碳化鎢晶粒度大小通?？捎煤辖鸬某C頑磁力H

43、c值來評價。第47頁/共58頁Wc-Co合金Hc值與碳化鎢晶粒度尺寸可用下面的關(guān)系式表述：Hc=2.5+式中Hc合金矯頑磁力（KA/m）Com合金的磁飽和值（%） 合金WC平均晶粒度（m）comdcw143cwd第48頁/共58頁 當合金出現(xiàn)非磁性的1相時，合金中磁性鈷的相對數(shù)量減少，鈷層相應(yīng)減??；因而矯頑磁力比正常組織結(jié)構(gòu)的為高；從公式中可以看出，合金的粒度隨合金的碳含量降低（即Com降低）碳化鎢的晶粒相應(yīng)變細；矯頑磁力相應(yīng)增大。當合金處在狀態(tài)圖缺碳一側(cè)時，這種趨勢更明顯。 當合金組織結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)石墨相時，即合金中碳處于飽和狀態(tài)，Com值等于合金的鈷含量。合金在燒結(jié)過程中出現(xiàn)液相的溫度偏低，液

44、相數(shù)量偏多；使WC長大的機率與趨勢增加；合金的粒度變粗，矯頑磁力變小。在這一關(guān)系式利用矯頑磁力來判定合金的晶粒度；因為Hc與Com一樣是可以直接測量出的；既直觀又快捷。第49頁/共58頁 從以上的關(guān)系式中，合金的晶粒度不僅與Hc有關(guān)，同時還與Com值密切相關(guān)；也就是該合金的粒度與合金的碳量密切相關(guān)。 硬質(zhì)合金粒度控制 硬質(zhì)合金生產(chǎn)中粒度控制起主要作用的是對生產(chǎn)所使用原料（WC）粒度的控制。即采用粗顆粒WC原料，生產(chǎn)出來的合金為粗晶粒合金，反之用細顆粒WC原粒，生產(chǎn)出來的合金為細顆粒合金。當然從理論上來說，采用特殊的方法與工藝手段不排除用一種規(guī)格的原料（WC），生產(chǎn)粒度規(guī)格不同的產(chǎn)品，但生產(chǎn)工藝

45、不是很科學(xué)合理；產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品制造成本等也無法形成批量生產(chǎn)。第50頁/共58頁 原始WC的粒度測量的方法比較多，如天秤沉降法、甲醇吸附法、金相顯微法、Fsss等。但由于碳化鎢粉末幾乎都是顆粒聚合體；而上述方法大多數(shù)是測量粉末的表面積，再換算成平均晶粒尺寸。由于粉末多數(shù)為顆粒的聚集體，所以計算出粉末表面積是一種假像，并不反映出粉末的真實表面積。因而，計算出來的平均晶粒度尺寸也不準確，使用費氏粒度相同的原料也很難生產(chǎn)出晶粒度相同、性能一致的合金。因為用上面介紹的粒度測量方法不能反映出被測物質(zhì)的真實粒度，現(xiàn)代硬質(zhì)合金生產(chǎn)中采用了一種稱之為球磨試驗法來檢測碳化鎢的粒度，具體試驗過程前面已經(jīng)做過詳細論述

46、。球磨試驗后的粒度用HCP值表示，是經(jīng)過校正調(diào)整的矯頑磁力作為原始WC的粒度衡量值。第51頁/共58頁 硬質(zhì)合金生產(chǎn)中當生產(chǎn)工藝技術(shù)、生產(chǎn)主體工藝設(shè)備確定之后，影響合金晶粒度的主要因素是原始WC的粒度。此外球磨時間的長短，在生產(chǎn)超細晶粒合金中抑制劑加量的多少也是影響合金粒度不可忽略的原因。至于燒結(jié)溫度與燒結(jié)氣氛對合金晶粒的影響，后面相關(guān)部分將詳細論述。 混合料生產(chǎn)過程對于某一合金牌號而言生產(chǎn)工藝參數(shù)都是固定的，特別是原料HCP、Bc-tot及濕磨工藝參數(shù)均固定不變。但根據(jù)需要球磨時間是唯一可調(diào)控的因素?；旌狭仙a(chǎn)中選用某一粒度標準（HCP）的原料WC，雖然HCP取值是合格的，但HCP有一波動范圍。例如Fsss為6mm的WC，HCP值范圍在KA/m，如何生產(chǎn)出粒度符合標準的合金；也就是該采用合格的wc原料，但粗、細（HCP）不同的原料要生產(chǎn)出晶粒度相同的合金來，這就靠調(diào)整球磨時間的長短來實現(xiàn)。第52頁/共58頁此外，可供粒度調(diào)整的另一物理因素，即球磨時間因子，根據(jù)某一合金牌號的球磨時間因子