1、硬质合金的应用课题目录课题目录硬质合金的概述硬质合金的概述硬质合金的性能硬质合金的性能 生产工艺生产工艺加工设备加工设备国外硬质合金国外硬质合金12345第一章第一章 硬质合金的概述硬质合金的概述u由难熔金属的硬质化合物和由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。制成的一种合金材料。硬质合金的优越性硬质合金的优越性硬质合金具有硬质合金具有硬度高硬度高、耐磨耐磨、强度强度和韧性较好和韧性较好、耐热耐热、耐腐蚀耐腐蚀等一系等一系列优良性能。特别是它的高硬度和列优良性能。特别是它的高硬度和耐磨性，即使在耐磨性，即使在500500的温度下也基的温度下也
2、基本保持不变，在本保持不变，在10001000时仍有很高时仍有很高的硬度。的硬度。生产原料生产原料主要原料有三氧化钨、钨主要原料有三氧化钨、钨粉、三氧化钛、铌粉或五粉、三氧化钛、铌粉或五氧化二铌、氧化钴及炭黑氧化二铌、氧化钴及炭黑等。在硬质合金的生产中，等。在硬质合金的生产中，一般需要制取碳化钨、碳一般需要制取碳化钨、碳化钛、碳化铌和金属钴粉。化钛、碳化铌和金属钴粉。工艺流程工艺流程a）将难熔金属硬质化合物（碳化钨、碳化钽等）、粘结金）将难熔金属硬质化合物（碳化钨、碳化钽等）、粘结金属（钴粉或镍粉）及少量添加剂（硬脂酸或依索敏）经过配属（钴粉或镍粉）及少量添加剂（硬脂酸或依索敏）经过配料，在己
3、烷研磨介质中进行混合和研磨，添加石蜡的料浆，料，在己烷研磨介质中进行混合和研磨，添加石蜡的料浆，再经真空干燥（或喷雾干燥）、过筛、制粒，再经真空干燥（或喷雾干燥）、过筛、制粒，制成掺蜡混合制成掺蜡混合料；料；b)掺蜡混合料经鉴定合格，经过精密掺蜡混合料经鉴定合格，经过精密压制压制，制成高精度压制成高精度压坯；坯；c)压坯经压坯经真空脱蜡烧结真空脱蜡烧结或低压烧结，制成硬质合金。或低压烧结，制成硬质合金。工艺流程图工艺流程图各工艺过程原理各工艺过程原理混合料制备原理混合料制备原理压制原理压制原理 烧结原理烧结原理混合料制备原理混合料制备原理称取所需的各组份原料及少量添加剂，称取所需的各组份原料及
4、少量添加剂，装入滚动球磨机或搅拌球磨机装入滚动球磨机或搅拌球磨机，在球磨，在球磨机中合金球研磨体的冲击、研磨作用下机中合金球研磨体的冲击、研磨作用下，各组份原料各组份原料在己烷研磨介质中在己烷研磨介质中得到细得到细化和均匀分布化和均匀分布，在喷雾干燥前（或湿磨，在喷雾干燥前（或湿磨后期）加入一定量液态石蜡，卸料后经后期）加入一定量液态石蜡，卸料后经喷雾干燥、振动过筛（或真空干燥、均喷雾干燥、振动过筛（或真空干燥、均匀化破碎过筛），制成有一定成分和粒匀化破碎过筛），制成有一定成分和粒度要求的掺蜡混合料，以满足压制成型度要求的掺蜡混合料，以满足压制成型和真空烧结的需要。和真空烧结的需要。球磨机球磨
5、机球磨机由给料部、出料部、回转部、传动球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。运转平稳，工作可靠磨性。运转平稳，工作可靠。球磨机球磨机 球磨机结构图球磨机结构图制粒设备制粒设备制粒方法：制粒方法：压团法、滚动法、喷雾法。压团法、滚动法、喷雾法。制粒方法对比制粒方法对比u压团法：将料粒在较低的压力压团法：将料粒在较
6、低的压力（200230kg/cm2）下压成一定大小的团块，然）下压成一定大小的团块，然后将团块打碎用后将团块打碎用30目的筛子过筛，就是到了料目的筛子过筛，就是到了料粒。此法效率低，且所得料粒较硬。流动性较粒。此法效率低，且所得料粒较硬。流动性较差。差。u滚动法：使物料在滚筒中滚动而球化制粒的，滚动法：使物料在滚筒中滚动而球化制粒的，一般一般YG料要求较细的滚筒或较低的转速，而料要求较细的滚筒或较低的转速，而YT料则要求较粗的滚筒或较高的转速，滚动制粒料则要求较粗的滚筒或较高的转速，滚动制粒机有连续式和间歇式二种。机有连续式和间歇式二种。u喷雾法：石蜡丙酮料浆喷雾，喷雾法：石蜡丙酮料浆喷雾，1
7、20 氮气干燥氮气干燥喷雾制粒系统图喷雾制粒系统图 压制原理压制原理将混合料装入定型模腔内，在压力机冲将混合料装入定型模腔内，在压力机冲头或其它传压介质施予的压力的作用下头或其它传压介质施予的压力的作用下，压力传向模腔内的粉末，粉末发生位移压力传向模腔内的粉末，粉末发生位移和变形，随压力的增加，粉末颗粒之间和变形，随压力的增加，粉末颗粒之间的距离变小，粉末颗粒之间发生机械啮的距离变小，粉末颗粒之间发生机械啮合，孔隙度大大降低，同时在成型剂的合，孔隙度大大降低，同时在成型剂的作用下，作用下，混合料被密实成具有一定形状、混合料被密实成具有一定形状、尺寸、密度、强度的压坯。尺寸、密度、强度的压坯。自
8、动压机自动压机u粉末成型压力机是通过加压、加热方法使粉粉末成型压力机是通过加压、加热方法使粉末成形的压力机。末成形的压力机。u粉末成型液压机由主机及控制机构两大部分粉末成型液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括机身、主缸、顶出组成。液压机主机部分包括机身、主缸、顶出缸及充液装置等。缸及充液装置等。动力机构由油箱、液压泵、动力机构由油箱、液压泵、电动机及各种压力阀和方向阀等组成。电动机及各种压力阀和方向阀等组成。压制工艺过程压制工艺过程压制工艺过程：压制工艺过程：压制压制-干燥干燥-加工清理加工清理 烧结原理烧结原理u在真空条件下加热，进行真空脱蜡烧在真空条件下加热，进行真空脱蜡
9、烧结过程，有利于排除杂质，提高烧结气结过程，有利于排除杂质，提高烧结气氛纯度，改善粘结相的润湿性，促进反氛纯度，改善粘结相的润湿性，促进反应。应。u在整个烧结过程中，烧结体致密到接在整个烧结过程中，烧结体致密到接近无孔隙，并产生一系列物理化学作用近无孔隙，并产生一系列物理化学作用和组织结构调整，最终形成致密的、有和组织结构调整，最终形成致密的、有一定化学成分、物理力学性能、组织结一定化学成分、物理力学性能、组织结构的硬质合金。构的硬质合金。单体脱蜡真空烧结仪单体脱蜡真空烧结仪1 1、真空烧结是指粉末、粉末压坯或者其他形式、真空烧结是指粉末、粉末压坯或者其他形式的物料在真空环境下，在适当的温度下
10、受热，的物料在真空环境下，在适当的温度下受热，借助于原子迁移实现颗粒间的联结。借助于原子迁移实现颗粒间的联结。2 2、真空烧结的工艺过程为：脱蜡（胶）、预烧、真空烧结的工艺过程为：脱蜡（胶）、预烧烧结冷却出炉烧结冷却出炉真空烧结炉的内部结构图真空烧结炉的内部结构图 真空烧结炉的实物图真空烧结炉的实物图硬质合金加工种类硬质合金加工种类 磨料磨削加工磨料磨削加工 金刚石磨轮磨削加工金刚石磨轮磨削加工 电火花加工电火花加工 电解磨削加工电解磨削加工磨料磨削加工磨料磨削加工u磨料磨削加工方法，可磨料磨削加工方法，可用以加工模具及切削刀具。用以加工模具及切削刀具。u磨削硬质合金常用的是磨削硬质合金常用的
11、是绿色碳化硅砂轮。研磨抛绿色碳化硅砂轮。研磨抛光则多用碳化硼或金刚石光则多用碳化硼或金刚石粉等。粉等。磨料磨削加工简图磨料磨削加工磨料磨削加工优缺点磨料磨削加工优缺点优点：优点：1.加工余量少，加工加工余量少，加工精度高。精度高。2.磨削加工范围广。磨削加工范围广。缺点：缺点：1.磨削速度高，耗能磨削速度高，耗能多。多。2.磨削工件表面易烧伤。磨削工件表面易烧伤。3.有有残余应力。残余应力。4.砂轮有一定的自锐性。砂轮有一定的自锐性。金刚石磨轮磨削加工金刚石磨轮磨削加工 金刚石磨轮是目前磨金刚石磨轮是目前磨削硬质合金最好的工具。削硬质合金最好的工具。适用于精磨及半精磨工适用于精磨及半精磨工序，
12、用以加工硬质合金、序，用以加工硬质合金、陶瓷、半导体等高硬度脆陶瓷、半导体等高硬度脆性材料。性材料。金刚石磨轮金刚石磨轮金刚石磨轮磨削加工优缺点金刚石磨轮磨削加工优缺点优点优点：1.能够加工高硬材料。能够加工高硬材料。2.能够提高加工材料的粘度，降低能够提高加工材料的粘度，降低表面粗糙度。表面粗糙度。3.实现硬脆材料的超实现硬脆材料的超光滑表面磨削。光滑表面磨削。缺点：缺点：容易出现结合剂对磨粒容易出现结合剂对磨粒的把持力不够，磨耗增大。的把持力不够，磨耗增大。电火花加工电火花加工电火花加工是利用浸在工作电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导
13、电材料生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。加工或电蚀加工。电火花加工原理图电火花加工原理图电火花加工的优缺点电火花加工的优缺点u优点：优点：能加工普通切削加工方法难以切削能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；料硬；u缺点：缺点：1、不能加工不导电的材料；、不能加工不导电的材料；2、加工、加工过程中，有因为使用控制不良，引起火灾的安全隐患；过程中，有因为使用控制不良，引
14、起火灾的安全隐患；3、加工效率较低（相对机械加工来讲）；、加工效率较低（相对机械加工来讲）；4、加工过程造、加工过程造成被加工件的内应力增加而变形，加工尺寸精度不高。成被加工件的内应力增加而变形，加工尺寸精度不高。电解磨削加工电解磨削加工电解磨削是由电解作用和机械作用相结电解磨削是由电解作用和机械作用相结合的磨削过程。电解起主导作用，约占合的磨削过程。电解起主导作用，约占75-90，机械作用在一般情况下仅占，机械作用在一般情况下仅占10.电解磨削原理电解磨削原理u磨轮与工件之间保持一定的接触压磨轮与工件之间保持一定的接触压力，凸出的磨料使工件与磨轮的金属力，凸出的磨料使工件与磨轮的金属基本体间
15、构成一定的间隙，流动的电基本体间构成一定的间隙，流动的电解液经喷嘴输入间隙中，使工件表面解液经喷嘴输入间隙中，使工件表面产生电化学作用，金属被电解并在其产生电化学作用，金属被电解并在其表面上形成一层氧化薄膜，这层氧化表面上形成一层氧化薄膜，这层氧化薄膜，由磨轮上的磨料磨去，随电解薄膜，由磨轮上的磨料磨去，随电解液冲走，电解作用与磨削过程交替进液冲走，电解作用与磨削过程交替进行，直至达到一定的精度和光洁度为行，直至达到一定的精度和光洁度为止。止。电解磨削优缺点电解磨削优缺点u 优点：优点：1.磨轮损耗低磨轮损耗低2.加工工件表面产热加工工件表面产热少。少。3.不产生磨削烧伤、裂纹、残余应力。不产
16、生磨削烧伤、裂纹、残余应力。u缺点：缺点：在高温、高压、高速以及恶劣的在高温、高压、高速以及恶劣的环境中，工件越来越难加工。环境中，工件越来越难加工。国外硬质合金国外硬质合金u瑞典瑞典u总部设在瑞典的山特维克是欧洲最大的硬质合金生产者总部设在瑞典的山特维克是欧洲最大的硬质合金生产者和供货商和供货商,也是全世界最大的硬质合金生产者和供货商。也是全世界最大的硬质合金生产者和供货商。它的硬质合金的它的硬质合金的94%在国外销售在国外销售,而且大部分而且大部分(超过超过2000)是在国外生产的。是在国外生产的。u 山特维克是硬质合金行业最大的跨国公司。山特维克是硬质合金行业最大的跨国公司。1999年底
17、年底,它在全世界它在全世界58个国家和地区设有子公司。还在未设子公司个国家和地区设有子公司。还在未设子公司的许多国家或地区设有办事处。它的总资产约合的许多国家或地区设有办事处。它的总资产约合40亿美元。亿美元。在硬质合金及其工具方面在硬质合金及其工具方面,1999年的销售收入约合年的销售收入约合18 3亿美亿美元。元。国外硬质合金国外硬质合金u美国美国u总部设在美国的肯纳金属公司是硬质合金行业的一个大总部设在美国的肯纳金属公司是硬质合金行业的一个大跨国公司。它与山特维克不同跨国公司。它与山特维克不同,除了硬质合金及其工具以除了硬质合金及其工具以外外,不生产其它产品。就这方面而言不生产其它产品。
18、就这方面而言,它的生产规模与山特它的生产规模与山特维克相近。它维克相近。它1999年的销售收入为年的销售收入为19亿美元。但同年的净亿美元。但同年的净利润只有利润只有5430万美元万美元,大约只有山特维克硬质合金系统的大约只有山特维克硬质合金系统的四分之一。四分之一。u肯纳金属肯纳金属1999年的总资产为年的总资产为20亿美元亿美元,它用于这方面科它用于这方面科研开发的经费只有销售额的研开发的经费只有销售额的1%左右左右,1999年是年是1880万美元。万美元。这个比例只有山特维克集团的三分之一强这个比例只有山特维克集团的三分之一强,绝对值只有可绝对值只有可诺满的分三分之一强。诺满的分三分之一强。国外硬质合金国外硬质合金日本日本u日本的硬质合金企业中虽然没有像山特维克和日本的硬质合金企业中虽然没有像山特维克和肯纳金属公司那样的大公司肯纳金属公司那样的大公司,但它也是一个硬质合但它也是一个硬质合金生产大国。日本有超硬工具协会金生产大国。日本有超硬工具协会,参加协会的企参加协会的企业共业共42家。其中家。其中5家不生产硬质合金家不生产硬质合金,是专门经营是专门经营进口的。从事生产并经营进口的企业中进口的。从事生产并经营进口的企业中,规模较大、规模较大、品种齐全的有东芝、住友电气、品种齐全的有东芝、住友电气、日本钨、三菱材料、日立工具和等日本钨、三菱材料、日立工具和等6家公司。家公司。
