年产200吨YG类硬质合金的烧结车间设计文献综述

年产200吨YG类硬质合金的烧结车间设计

文 献 综 述

学 生： 学 号：

专 业：材料科学与工程

班 级： 指导老师：

四川理工学院材料与化学工程学院

二O一一年三月

四川理工学院本科毕业设计 文献综述

前言

硬质合金 (Cemented carbide)是以难熔金属碳化物(WC、TIC等)为基体，铁族金属(Co、Fe、Ni等)作粘结剂，用粉末冶金方法制造的一种多相组合材料。

硬质合金具有很高的硬度、耐磨性、抗压强度和弹性模量，并具有一定的抗冲击性和小的热膨胀系数，其良好的耐腐蚀性、导热导电性是区别非金属硬质材料的显著特征。

世界上人工制成的第一种硬质合金诞生于1923年，德国人施勒特尔[1]往碳化钨粉末中加进10%~20%的钴做粘结剂，发明了硬度仅次于金刚石的碳化钨和钴的新合金，即是硬质合金，并很快将这种新技术运用到刀具的生产中。随后的1929年美国人施瓦茨科夫在原有成分中加进了一定量的碳化钨和碳化钛的复式碳化物，改善了刀具切削钢材的性能，这是硬质合金发展史上的又一成就。从此，硬质合金开始在工业的各个领域中得到广泛的应用。硬质合金经过70多年的发展，经历了普通合金、亚微细晶粒合金、超细及纳米晶粒合金3大发展阶段，到如今已经取得了惊人的进步：它由小规模的生产发展为一个完整的独立的工业体系，它的触角几乎伸到所有的工业和技术部门，己成为现代工业部门和新技术领域不可缺少的工具材料和结构材料。

到目前为止，以WC和Co粘结剂为基的硬质合金仍然是此类产品的主要潮流。硬质合金有着工业的“牙齿”[2]的美称，就在于它有着很高的硬度。纯WC的硬度相当高，其洛式硬度达到了94，纯度高的Co特别的软，但它有一个特点：纯Co对碳化物有很好的润湿性。将WC与Co结合起来制成的WC-Co硬质合金在受力的情况下，由碳化物颗粒形成的骨架可以承受很大的压力，显示出很高的硬度，而作为粘结相的钴，则通过形变吸收产生机械变形的能量，抑制裂纹的延伸，呈现出较好的韧性和耐磨性[3]，同时，WC在Co中的溶解度较低，所以Co粘结的WC基硬质合金强度最高，硬质合金的这些优良的性能，使它成为工业上不可缺少的工具材料和结构材料。

硬质合金具有以下的主要特点：l)具有很高的硬度和耐磨性，尤其可贵的是在较高的温度下仍有很高的硬度；2)具有很高的抗压强度，可高达6000MPa；3)具有很高的弹性模量，在常温下刚性好；4)具有较稳定的化学性，耐腐蚀性和抗氧化性好，耐酸，耐碱，600-800℃时不发生明显氧化；5)冲击韧性较低，且导热系数及导电系数与铁及其合金接近。

由于硬质合金具有很高的硬度，常温下可达89~93HRA，而且可以在800℃以上的高温下进行工作，使其切削效率比高速钢高很多，它的诞生引起了金属切削加工工业的技术革命，它被看作是工具材料发展中，继碳素工具刚和高速钢之后的第三个阶段的标志。与高速钢刀具相比，硬质合金较脆，可加工性差，过去

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仅限于用在车刀与面铣刀，但近年已扩展到整体与镶齿钻头、铰刀、立铣刀、正面刃铣刀和螺纹、齿轮刀具等，因为硬质合金与工具钢、高速钢相比，有自身的优点[4]；(1)很大程度上提高了工具寿命，如切削工具寿命提高了5-80倍，量具寿命提高了20-150倍，模具寿命提高了50-100倍；(2)使金属切削速度和地壳钻进速度提高了几倍，甚至几十倍，从而提高了劳动效率；(3)提高了工件的精度和光洁度；(4)某些难加工材料的切削加工得以实现；(5)能够制成某些耐高温或抗腐蚀的耐磨零件，从而提高了在特殊恶劣条件下的零件的寿命。

随着科学技术和工业的发展，人们对硬质合金的要求日益提高，越来越多国家对硬质合金基础理论、生产工艺、工艺装备、使用技术等展开了大量的卓有成效的研究，使其生产工艺日趋成熟、工艺装备日臻完善、应用技术日益提高，从而推动了硬质合金生产不断发展，新技术不断涌现，质量不断提高，品种不断扩大，市场不断开拓。

1硬质合金工业的发展

现代硬质合金作为一种新型工具材料，自1926年由德国克虏伯公司开始工业生产以来，迄今已有80多年的发展历史，其间主要经历了四个发展阶段[5]。

第一阶段(1927一1936)—世界硬质合金的形成阶段

1926年德国的克虏伯公司将K．施律特尔制得的具有高强度、硬度的硬质合金投放入市场，随后美国、奥地利、英国、苏联、日本等国相继研究成功并生

产硬质合金。同时为了解决钢材加工问题，一些国家开始研究通过在WC－Co硬质合金中添加其它难熔化合物来改善其性能[6]。

第二阶段(1937一1949)—世界硬质合金工业的发展阶段

第二次世界大战刺激了硬质合金工业的大发展，在这一阶段，为了满足军工生产的需要，硬质合金品种不断扩大，质量不断升高，不仅在生产中广泛应用含铌的硬质合金，而且开发了无钨合金以解决缺钨的问题。

第三阶段(1950-1969)—硬质合金工业的成熟阶段

战后经济的恢复和发展，硬质合金工业进入了新的发展阶段，其应用领域也迅速扩大。随着硬质合金生产和应用的扩大，对硬质合金提出了更高的要求。具体体现在以下几个方面[7]：(l)完善硬质合金生产工艺，研制并推广一些新型工艺设备；(2)在硬质合金材质方面，用WC- TaC(NbC)-Co和WC-TiC-TaC(NbC)-Co硬质合金来代替WC-Co和WC-TiC-Co合金；(3)在硬质合金刀具形状方面，采用可转位刀片。

第四阶段(1970年到现在卜世界硬质合金工业的产品精密化阶段

进入到七、八十年代以后，世界硬质合金工业无论在生产技术和工艺装备方面，还是在材质和品种方面都取得了一些新的进展，采用了一些新技术和新设备，

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从而进一步推动了硬质合金工业的发展。在生产技术领域中主要是进一步完善和推广七十年代出现的新工艺和新设备，诸如喷雾干燥、搅拌球磨、各种成形方法，热等静压、真空烧结等工艺与设备，并开发成功一些新工艺，诸如钨钴复合氧化物直接碳化衬取WC-Co化学混合料的工艺，毫微相WC-Co混合料的化学生产工艺、流化床制粒工艺、烧结—热等静压工艺，以及各种硬质合金后续处理技术等。这些工艺和改进和新工艺的推广应用，大大地提高了硬质合金质量，扩大了硬质台金的应用领域。在产品开发方面，研制并推广一些新型硬质合金，诸如新型超细硬质台金、碳氮化钛基硬质合金、低钨少担硬质合金、新型钢结硬质合金、新型粘结剂硬质合金、新型间隙硬质合金、新型多元硼化物基硬质合金、WC-Ni-Fe高比重合金为基础添加硼化物制取的新型无钴非传统硬质合金、二硼化钛基金属陶瓷硬质合金等。这些新型硬质合金的开发，不仅对于满足工业发展的需要，特别是满足新技术领域的某些特殊需要起了重要的作用，而且也扩大了硬质合金的品种，开拓了新的应用领域。与此同时，硬质合金产品结构也发生了一些明显的变化，切削工具和地质矿山工具的硬质合金用量有下降的趋势，而模具和耐磨零件的硬质合金用量则呈增长的倾向。其间硬质合金的发展有三个突出的特点[8]：(l)涂层硬质合金发展迅速，其产量大幅度增加，应用领域不断扩大，已成功地应用于铣削等重加工工序；(2)研制成功并迅速普及了低压热等静压技术；(3)硬质合金制品向精密化、小型化的方向发展，己出现微型麻花钻头、点阵打印针、精密工模具等高新产品。

2国外硬质合金的研究进展

近10多年来，世界硬质合金的研究与发展取得了举世瞩目的成绩。新结构、新晶粒尺寸范围、新概念、新涂层硬质合金，新结构硬质合金刀具，硬质合金新材料，硬质合金生产新技术、新设备(如微波烧结设备、放电等离子体快速烧结设备)不断涌现。美国的Nanodyne公司采用喷雾转化系列专利技术，己能大规模工业生产WC-Co纳米复合粉，目前已达到了年产500吨的生产水平；瑞典的Sandvik于1999年5月10日在新闻发布会上隆重推出了晶粒度为0.2um的新型纳米硬质合金PN90，从而在国际上开创了工业规模生产0.2um超细硬质合金的先河；德国的Konrad Fried richs KG硬质合金工厂(世界最著名的硬质合金挤压棒生产企业)也推出了牌号为 KFK55SFspecial晶粒度为0.2um的超细硬质合金，用这种合金可以制造直径为0.1mm的PCB微钻，而且此公司还采用先进的硬质合金挤压技术，已能工业规模生产直径达38毫米的带或不带精确螺旋冷却孔的棒材，而目前我国只能生产直径小于20毫米的棒材；美国Kennametal公司开发出一种铣削高速钢用的多层涂层硬质合金刀片(KC792M)，这种涂层刀片可进行平稳切削，并可使用较尖的刀头，降低功率消耗，延长使用寿命[9]。

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3我国硬质合金的研究进展

我国硬质合金工业的发展始于本世纪五十年代初期。1958年，苏联援建的我国第一家硬质合金厂—株洲硬质合金厂(当时称株洲六O一厂)的建成投产，开创了我国硬质合金工业发展的新篇章。随着国民经济发展以及国内有关技术人才队伍的成长壮大，我国第二个硬质合金厂—南昌硬质合金厂相继投产。1965年，我国自行设计的第二大硬质合金厂—自贡硬质合金厂破土动工，尽管时值文革，但在党和政府的关怀及株洲硬质合金厂的大力支持下，于1970年正式试车投产。从此，我国硬质合金工业步入了一个大的发展阶段。经过50多年的风风雨雨，我国硬质合金工业大致经历了五个阶段，即雏形期(1958年以前)、发展壮大期(1958～1980年)、技改期(1980～1990年)、繁荣期(1990～2000年)、战略重组与竞争期(2000年以来)。

从上世纪70年代中期，我国就开始起步研究超细硬质合金，但由于技术基础和工艺装备水平起点较低等原因，与国外先进水平的差距逐渐拉开。80-90年代，国内的株洲硬质合金集团有限公司和自贡硬质合金有限责任公司都对亚微米和超细硬质合金的研究投入了大量的人力、物力。“九五”期间，在国际纳米材料发展热潮的推动下，国家“863计划”立项支持武汉理工大学、株洲硬质合金集团有限公司、北京科技大学、清华大学联合开发“超细晶粒WC基硬质合金的工业化制备技术”，试图在创新性的超细硬质合金材料制备技术方面缩短与国际先进水平的差距。经过5年时间的努力，可以制备出了细小、均匀的纳米复合WC-Co原料粉末。“十五”期间国家“863计划”继续支持复合粉工艺的完善和工程化“火炬计划”和“国家重点新产品计划”则支持优化传统的混合粉工艺制备超细硬质合金。在超细粉末原料方面，厦门金鹭特种合金有限公司、株洲硬质合金集团有限公司、自贡硬质合金有限责任公司等单位都己掌握了制备 BET粒度约为0.1-0.2um级别纳米WC粉末的技术、武汉理工大学采用流化床技术可获得50nm左右的WC-Co复合纳米粉末。

通过“七五”、“八五”、“九五”和“十五”期间的建设、技术引进与改造，以及科技攻关，国内硬质合金工业已形成了覆盖大半个中国(从广东至黑龙江、从上海至四川陕西均有硬质合金生产企业)的合理格局，工艺技术与装备水平不断提高，有的设备已能自主设计与制造，与国外同行的差距正在逐渐缩小。目前国内硬质合金企业生产的牌号已达320个以上。规格型号也达40000个以上，产品种类丰富齐全，硬质合金切削工具、地矿合金、耐磨零件、异型制品等被广泛应用于工程、机械、汽车、地质勘探、石化、煤炭、筑路、电力、电子、纺织等国民经济的各个领域，部分产品还出口到东南亚、欧美等国，质优价廉已成为我国硬质合金产品的一个重要“标志”。

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四川理工学院本科毕业设计 参考文献

参 考 文 献

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