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科普|钨钛钴(WC-TiC-Co)类硬质合金的性能和选用

钨钛钴类硬质合金(代号YT)除含WC和Co外,还含有TiC 5%~30%,常用的牌号有YT5、YT14、YT15、YT30等。牌号中的Y表示硬质合金,T表示TiC,T后面的数字表示TiC含量。


性能

  1. 硬度

  2. YT类硬质合金的硬度之所以高于YG类,是因为TiC的硬度(3200HV)比WC的硬度(2400HV)高的缘故。硬质合金中含TiC愈多,则硬度愈高,耐磨性就愈好,抗月牙洼磨损能力也愈强。例如YT5的硬度为89HRA,YT15为91HRA,YT30则为92.5HRA

  3. 强度

  4. 当含钴量相同时,YT类硬质合金的抗弯强度比YG类低,而且碳化钛含量愈高,强度就愈低。例如,含钴量均为6%的YT15和YG6比较,前者的抗弯强度为115kg/厘米平方,比YG6低30kg/厘米平方。YT30的抗弯强度仅为90kg/厘米平方,比YT15还低。

  5. 冲击韧性

  6. YT类硬质合金的冲击韧性比YG类还要低。随着TiC含量的增加,冲击韧性则降低。例如,YT14的冲击韧性为0.07kg▪m/厘米平方,YT30则为0.03kg▪m/厘米平方。由于YT类硬质合金的冲击韧性更差,因此更不能承受大的冲击和振动。

  7. 导热性

  8. TiC的热导率比WC的热导率更低,故YT类硬质合金的导热性比YG类的更差。例如,YT15的热导率还不及YG6的一半,而且硬质合金中含TiC愈多,其导热性也愈差。

  9. 粘结性

  10. TiC可提高硬质合金的粘结温度,如图所示,阻止硬质合金元素的扩散。YT类硬质合金发生粘结的开始温度为700~900°C,发生扩散的开始温度为1000°C左右,其抗粘结能力比YG类要好。

  1. 耐热性

  2. YT类硬质合金的耐热性高于YG类。TiC含量愈高,硬质合金的耐热性也愈好。YT30的高温硬度高于YT15,更高于YT5。随着温度的升高,YT类硬质合金的硬度也会下降,如图所示,在800°C时的硬度相当于常温时的35%~45%。TiC含量愈高,则硬度下降的幅度愈小。

YT类硬质合金的抗弯强度虽然也随温度升高而下降,但其变化较小。如YT30即使在1000°C的高温下仍具有常温时的强度值。

YT类硬质合金的抗氧化能力也高于YG类。在高温下,YT类硬质合金的氧化损失比YG类小很多,而且含TiC愈多,其抗氧化能力也愈强。

由于不同牌号硬质合金的耐热性不同,允许的切削速度也不同。在其他条件相同时,YT30的切削速度可比YT15提高40%~50%,而YT5的切削速度则为YT15的60%~70%。

02


钨钴钛类硬质合金的选用

YT类硬质合金适于加工塑性材料(如钢)。加工钢料时,由于塑性变形很大,摩擦很剧烈,因此切削温度很高。而YT类硬质合金具有较高的硬度,特别是具有高的耐热性,抗粘结能力和抗氧化能力均较好,故刀具磨损小,耐用度高。

YT类硬质合金中含钴量较高含碳化钛较少时,抗弯强度较高,比较能承受冲击,适于作粗加工用;含钴量较少含碳化钛较多时,耐磨性及耐热性较好,适于作精加工用。但含碳化钛愈高,其磨加工性和焊接性能也愈差,刃磨和焊接时容易产生裂纹,如YT30。

各类牌号钨钛钴类硬质合金的用途见表:

YT、YG这两类硬质合金的强度和硬度之间常常是矛盾的:强度高的硬质合金,其硬度就越低;硬度高的硬质合金,则强度就较低。硬质合金牌号的选择,实际上就是按不同的加工条件(工件材料、毛坯形状、加工类型、工艺系统刚性、切削用量等),从中抓取主要矛盾进行取舍。例如,加工铸铁,一般用钨钴类硬质合金加工钢料,一般用钨钛钴类硬质合金。如用钨钴类硬质合金加工钢料,则因其耐热性较差,切钢时产生的高温会迅速在刀具前刀面上产生月牙洼,加速刀具的磨损和崩刃。相反,如果用钨钛钴类硬质合金加工铸铁的话,则因其强度较低,性脆不耐冲击,就容易崩刃。

然而,在加工含钛的不锈钢(如1Cr18Ni9Ti)和钛合金时,就不宜采用钨钛钴类硬质合金。因为这类硬质合金中的钛元素和加工材料中的钛元素之间的亲和力会产生严重的粘刀现象。这时切削温度高,摩擦因素大,因而会加剧刀具磨损。如选用钨钴类硬质合金加工,则切削温度较低,刀具磨损较小,加工表面光洁度就高。

又如,加工淬火钢、高强度钢、不锈钢或耐热钢时,这时由于切削力很大,切屑与前刀面接触长度很短,切削力集中在刀刃附近,容易产生崩刃现象,因而不宜采用强度低、脆性大的钨钛钴类硬质合金,而要选用韧性较好的钨钴钛类硬质合金。同时,这类加工材料的导热性较差,热量集中在刀尖处,而钨钴类硬质合金的导热性较好,就有利于热量传出和降低切削温度。

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