| 单词 | 硬质合金热处理技术 |
| 释义 | 【硬质合金热处理技术】 拼译：heat treatinig technology of cemented carbides 随着科学技术的发展，对硬质合金性能的要求越来越高。为了提高硬质合金工具及结构零件的性能，延长其使用寿命，人们开发出各种硬质合金表面涂覆技术，诸如化学和物理气相沉积技术等，对提高硬质合金的使用性能起了重要的作用。但是，硬质合金表面涂覆技术只能强化其表层，而不能改善其内在质量，无法达到整体强化的目的，因而其应用上受到了一定的限制，而硬质合金热处理就为整体强化提供了一条有效的处理途径。20世纪70～80年代以来，许多国家开展了这方面的研究工作，尤其是前苏联对WC基硬质合金的热处理进行了大量系统的研究，研制出各种牌号WC基硬质合金的热处理工艺，并成功地应用于工业生产，取得了明显的经济和社会效益。 关于硬质合金热处理性质的研究，大体上可分为3种类型：一是在873～1523K退火(或回火)，保温1～120h；二是烧结制品从烧结温度直接在不同介质中淬火；三是烧结后冷却到室温的制品在573～1173K下于不同介质中淬火。第1类热处理的特点是改善各相的应力状态和时效粘结相；第2和第3类热处理的特点是改变两相首先地粘结相的结构特征和体视特征。众所周知，粘结相的成分和性能在很大程度上决定着硬质合金的强度性能和变形性能。改变粘结相的成分和结构，亦即改变整个合金的性能，可通过两种方法：一是通过调节烧结后的冷却速度；二是通过热处理。由此可见，硬质合金热处理是基本改变粘结相成分、结构及分布状态而使合金整个体积强化的一种处理方法，是提高硬质合金整体性能的有效途径。既然硬质合金热处理是基于改变粘结相状态的一种使合金整个体积强化的方法，那么对硬质合金热处理工艺的基本要求，就是要保证在热处理加热过程中能在粘结相发生成分与结构的转变，并在随后的冷却中使这一转变全部或部分地稳定下来。淬火处理是能满足这一要求的最适宜的方法，因为淬火处理能够把高温下形成的钴基固溶体成分全部或部分地保留下来。在淬火时，硬质合金加热温度应高于1273K，因为根据W-Co-C系三元相图，当制品加热到1273K时，钨和碳开始明显地溶于钴基粘结相中。影响热处理过程的主要因素之一是加热用的介质。它不仅应防止被处理的合金表面层氧化或脱碳，而且能保证被处理合金中结构转化的温度条件。实践证明，采用成分(wt%)90～98BaCl2、0．2～5K4Fe(CN)6和1．8～5MgCo3或CaCo3的熔盐作为加热介质，可满足上述要求。加热温度视成分不同一般为1273K～1573K，加热速度为10～15K／s，合金在熔盐中保持4～5miin(视成分而定)。正确选择淬火介质对于有效进行热处理具有十分重要的作用。通常可采用水、油、硝石等作为淬火介质。但在油中淬火的效果比较好，因为在油中冷却时，在被淬火的合金周围生成的阻碍散热的汽套由于油的粘度大而缓慢地消失，而在水中淬火时该汽套则迅速破裂。在能保证冷却速度5～15K／s的加热的油中淬火效果更好。例如，WC－15%Co合金在加热到317K的油中淬火时，抗弯强度和冲击韧性提高最大，对钴含量低的合金(如WC－8%Co、WC－6%Co)而言，油的温度则应更高一些。热处理对WC-Co硬质合金力学性能的影响是十分明显的。经热处理后，合金的抗弯强度可提高5%～17%，硬度提高3%～9%，冲击韧性的提高最为明显，达15%～30%，甚至更高。热处理后硬质合金力学性能的提高导致其耐磨性的提高。经热处理后WC－6%Co和WC－15%Co合金在与电炉刚玉摩擦时耐磨性分别提高60%和71%，在与绿色碳化硅和碳化硼摩擦时，其耐磨性提高7%～18%，在与研磨性能较低的材料(如铸铁、钢材、木材等)摩擦时，热处理对硬质合金工具耐磨性的影响更为显著，一般可提高20%～100%。热处理对硬质合金疲劳强度的影响最为明显。高压装置、冲压模具、凿岩工具、铣刀等的工业使用表明，经热处理的硬质合金镶嵌件的使用寿命平均可提高0．2～1倍。热处理对改善硬质合金力学性能和使用性能这种显著作用主要是由于在热处理过程中合金内部发生一些结构和状态的变化所致。热处理后取决于碳化物骨架和晶粒强度的抗压强度几乎没有变化，只有提高的倾向。热处理对硬质合金性能的效应主要反映在改变钴基粘结相的成分与结构上。在热处理过程中，随着合金加热温度的升高，钨和碳在钴基粘结相中的溶解量增大，当温度超过1273K时，便形成饱和固溶体。如果合金从该温度急剧冷却或淬火，那么在高温下溶解于钴基粘结剂中的钨和碳来不及析出而全部或部分地保留在其中。在热处理过程中，由于钨在钴基粘结相中的补充溶解，合金的塑性和强度得到改善。在硬质合金热处理过程中，与钨和碳在钴基粘结相中补充溶解的同时，伴随着发生钴的同素异形转变。钴是多晶型金属。根据金属学原理，多晶形转变取决于位错的扩展，位错扩展宽度决定于晶体的层错能，而后者又与溶质原子的偏聚有关，因为溶质的偏聚可升高晶体的层错能。在硬质合金烧结过程中，当温度达到690K时钴开始由密排立方晶体转变为具有塑性的面心立方晶型，随着温度继续升高，钨和碳溶于钴基粘结相中，并达到饱和状态。在烧结后的缓慢冷却过程中，作为溶质的钨和碳逐步析出，从而使高温下形成的面心立方晶型重新转化为密排立方晶型，导致钴基粘结相塑性降低。淬火处理则可阻止高温下形成的饱和浓度的溶质原子(钨和碳)析出，而偏聚在钴相内的位错上，有效地提高位错能，从而减小层错宽度，抑制钴的晶型转变。这是热处理导致钴基粘接相塑性提高的一重要原因。热处理导致钴基粘结相和整个合金塑性的显著提高，也与碳化钨晶粒邻接度的减少有关。据报导，在保持钴的平均自由程(钴层厚度)的情况下，降低碳化钨晶粒邻接度，获得结构均匀的合金，会提高抗弯强度。在WCCo合金热处理过程中，在平均自由程保持不变的情况下WCWC邻接度明显下降，钴基粘接相在碳化钨相中的分布更为均匀，同时WC晶粒由原始状态下的晶界整齐的多面体变成具有波浪形晶界的球状体，应力集中减少，断裂功增加，从而合金强度提高。经热处理后的合金的总变形功明显增大，其中又以塑性变形功为主，而弹性变形功则变化很小。与此相适应，在合金受载的情况下，合金中在亚临界期内能积蓄更多的显微断裂或损伤，因而合金断裂功明显提高。如上所述，热处理引起的合金塑性和力学性能的提高是由硬质合金内部结构和变化所决定的。热处理前后合金磁性能的测定结果证实了这一点。热处理后硬质合金矫顽磁力通常都有提高，而导磁率一般都下降。热处理引起的矫顽磁力提高最大可达10%～40%，而导磁率则降低20%～30%。由于粘结相夹层厚度通过热处理几乎不变，可见，热处理引起的磁性能变化是由于粘结相成分及其应力状态的变化所致，而与制品尺寸无关，这反映在制品的整个体积中。因此，热处理可使硬质合金整个体积得到强化。WC-Co硬质合金经淬火后进行适当的回火(或时效)处理，可使合金强度进一步提高。硬质合金热处理的应用范围相当广泛。据报导，经热处理的硬质合金可用作整体钻头、锻模、冲模、镦模、金属成形模、高压顶锤、凿岩钎头、截煤机齿、粗车和粗铣刀具、木材切削刀具及其他硬质合金工具，在生产实践中效果极好，并取得十分显著的经济效益。1．矿山凿岩工具。热处理(淬火)会提高凿岩工具硬质合金的强度。淬火后，与强度提高的同时，合金的变形性能也得到改善。例如，当粗晶粒WC－11%Co合金在加载到0．85P最大时，其塑性变形功比原始状态提高17%，而残留变形则提高20%。前苏联用经热处理刀片镶嵌的凿岩工具在各种不同的矿山地质条件下凿岩时效果均好。例如，在用BP－30型凿岩作业时，每个镶嵌经淬火的WC－15%Co合金的KB11－42－25A钎头的进尺比未淬火合金的钎头高18%，同时平均凿岩速度提高12%，耐磨性提高15%。在用镶嵌粗料WC－8%Co合金刀片的БY－1100－1－6型钎头凿岩时，淬火强化的效果最显著。在这种情况下，大多数镶嵌未经淬火强刀片的钎头在第一次重磨后就损坏，而经淬火强化的韧性较高的合金可使每个钎头的进尺提高75%，同时未发现硬质合金断裂。在用K100B风动冲击钎头时进尺可提高33%。由此可见，硬质合金刀片淬火可大幅度提高凿岩工具的寿命，从而可明显地提高矿山凿岩的技术经济指标，节省工具材料。2．硬质合金顶锤。在合成人造金刚石、立方氮化硼等超硬材料时，高压装置的效率在很大程度上取决于硬质合金顶锤的寿命。合成人造金刚石的高压装置的工业应用经验表明，热处理可明显提高硬质合金顶锤的寿命。这是因为在承受高温高压的过程中，经热处理的硬质合金顶锤的特点是能储备更大的变形能量。经热处理的硬质合金顶锤的工业应用表明，顶锤寿命可平均提高13%～70%。前苏联在用经热处理的有较细晶粒的WC－6%Co合金顶锤合成CB牌号金刚石时取得了明显的效果。在合成CB牌号金刚石时，其合成条件与合成一般金刚石的条件不同，需要在明显高的工作参数(压力和温度)下进行。在这样的条件下，经热处理的硬质合金顶锤的寿命比未经热处理的顶锤寿命高28%～32%。3．金属无屑加工工具。金属无屑加工过程不断朝着提高单位负荷和冲压速度的方向发展。因此进一步提高硬质合金冲压工具的寿命已成为极其迫切的任务。而钴含量高的硬质合金通过热处理可大幅度提高其在静载荷特别是动载荷下的强度性能，从而为改善这类工具提供了一条有效的途径。工业试验结果表明，塑性变形功较高的高钴合金(WC－15%Co、WC－20%Co和特粗粒WC－20%Co)的热处理可使在冲击负荷规范下使用的工具寿命提高0．3～1．5倍，从而可大大地节约硬质合金。4．切削工具。无论是钨钴合金，还是钨钛钴合金，经热处理后其强度性能均有提高，从而可提高硬质合金切削工具的效能。用“破坏进给量”法测定的WC－8%Co合金切削刀片的强度经热处理后可比原始状态提高20%～40%。用镶嵌经热处理的刀片的切削刀具在现场条件下进行的生产试验证明，这种刀具具有较高的强度和可靠性，如刀具的损坏和显微剥落明显减少，钎焊产生的裂纹数量下降等。在加工可变齿形的齿轮时工具的可靠性十分重要，因为齿轮滚刀上任何微小截面的突起在冲击载荷下都会造成刀具崩刃和过早损坏。因此通过热处理来改善硬质合金滚刀的使用性能是一种十分有效的方法。例如，在用模数为3．5mm和3．75mm的齿轮滚刀在切削速度157m／／min、轴向进给量2．5～3mm／γ、铣削深度4．5mm和9mm的条件下加工钢齿轮时，经热处理的齿与未经热处理的齿相比崩刃和剥落现象明显减少，而且磨损强度也降低一半。同时用经热处理的刀片镶嵌的滚刀寿命也提高一倍。在用镶嵌齿条的滚齿刀加工齿轮时，带经热处理齿条的滚刀比未带经热处理齿条的滚刀在达到最大磨损(0．45～0．50mm)时可多加工40～50个零件，而且未经热处理的齿条在任何时候都可能发生崩刃，而经热处理的齿条只有达到最大磨损后才出现崩刃。结果表明，经热处理的齿条崩刃数量减少2／3，而其寿命提高35%～50%。5．热压硬质合金。热处理不仅对提高烧结硬质合金性能有良好的效果，而且使热压硬质合金性能应有更大的效果，因为在热压硬质中，钨在钴基粘结相中的溶解度由于碳化钨晶粒较细而得到提高。以热压WC－8%Co合金为例，以400K／min的速度将其加热到1473K，并等温保温5min，然后在油中淬火。经热处理后合金的硬度和矫磁力变化不大，强度略有提高。模拟使用条件的磨损试验表明，磨损强度由热处理前的6．0mm／km降到热处理后的1．6mm／km，即耐磨性提高2倍以上。热压硬质合金使用性能通过热处理的提高是由于钴基粘结相在热处理过程中通过钨补充溶解而强化所决定的。淬火后钴基粘结相中的钨含量比原始状态提高20～25wt%。由此可见，热压硬质合金的淬火处理是显著提高其耐磨性的一种有效途径。(株洲硬质合金厂李沐山撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。