硬質合金作為工業的牙齒,是以一種或者多種難熔金屬的碳化物(WC、TiC等)作為硬質相,用過渡族金屬(Co等)作為黏結相,采用粉末冶金技術制備生產的多相材料.作為切削硬質合金刀具用途的,常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等,常用的黏結相有Co、Ni、Fe等.硬質合金的強度主要取決于黏結相的含量.硬質合金具有高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、線膨脹系數小等優點,在眾多的工業生產加工作業中廣泛應用,是優良的工具材料之一.

按照物理學的相關參數來分析,硬質合金力學性能主要表現在以下幾個方面:

1.抗彎強度

硬質合金的抗彎強度比高速鋼低,即使是抗彎強度較高的YG8硬質合金其抗彎強度也只有高速鋼的一半左右.硬質合金中鈷含量越高,其強度也越高.鈷含量相同,WC-TiC-Co合金的抗彎強度隨著TiC含量的增加而降低.除了碳化物的種類之外,WC晶粒的大小也對硬質合金的強度有影響.粗晶硬質合金的抗彎強度高于中晶粒硬質合金.

2.抗壓強度

硬質合金的抗壓強度很高,能夠比高速鋼高30%-50%,約為3500-5600MPa,熱等靜壓產品可達6000MPa.硬質合金的抗壓強度與鈷含量有關,鈷含量5%時抗壓強度最大.細晶粒硬質合金的抗壓強度大于粗晶粒.YT類硬質合金的抗壓強度低于YG類硬質合金,隨著TiC含量的增加而降低.添加少量的TaC、NbC、VC等能夠細化WC晶粒,從而提高抗壓強度.

由于硬質合金的抗壓強度大大高于抗彎強度,所以在設計刀具結構和選擇硬質合金刀片時,應盡量使刀頭處于壓應力狀態,而少受彎曲力矩.

3.抗拉強度

硬質合金的抗拉強度為750-1500MPa,大約為抗壓強度的1/4.由于影響硬質合金材料塑性的因素很多,因此某一硬質合金的抗拉強度通常都是在一定的范圍內.

4.沖擊韌性

硬質合金的沖擊韌性比高速鋼低,性能較好的YG8合金的沖擊韌性為30-40KJ/m²,而W18Cr4V高速鋼的沖擊韌性為180-320KJ/m².

含TiC的硬質合金其沖擊韌性有所下降,TiC含量有6%增加到10%時,沖擊韌性顯著降低.溫度對WC-Co硬質合金的沖擊韌性有一定影響,在較高的溫度下,沖擊韌性有所提高.

由于硬質合金的沖擊韌性低于高速鋼,所以不適宜使用于有強烈沖擊和振動的情況,否則可能會引起甭刃.硬質合金沖擊韌性的波動較大,其絕對值與試驗方法有關,所以比較硬質合金的沖擊韌性時,應該實用同一儀器,比較相同尺寸形狀的樣品.

5.疲勞強度

由于刀具通常是在動態條件下工作,所以其疲勞強度十分重要.硬質合金中鈷含量越高,疲勞強度也越高.硬質合金的疲勞強度與試樣的表面質量有很大關系.表面光潔程度越好,疲勞強度越高.

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