真空热处理在硬质合金切削工具和冲模中的应用

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1、真空热处理在硬质合金切削工具和冲模中的应用王德琛刘静波摘　要：研究了真空热处理对硬质合金性能的影响，硬质合金刀片和冲模热处理后均得到整体强韧化，特别是抗弯强度σbb明显提高。通过生产试验，能成倍提高使用寿命。关键词：硬质合金；真空热处理；强韧化；抗弯强度1前言硬质合金作为机械、矿山、电子、标准件等行业的工模具材料，虽然具有高硬度、耐磨、耐腐蚀等优良性能，但在矿山钻采和金属切削刀具的使用中，普遍存在的因韧性差导致严重崩刃脆断和早期磨损失效两大难题，限制了它的使用范围，特别在受冲击载荷的场合，如矿山凿岩、地质钻探、冷冲冷锻、粗铣等工模具材料中，不仅要求高硬度、耐磨，重要的还需要整体强韧性好。近十几

2、年来，我们对硬质合金热处理作了比较系统的研究。80年代末，研制出新一代矿山用硬质合金，已得到了广泛应用［1］，取得了显著的经济效益和社会效益。为了进一步拓宽与开发热处理硬质合金的使用领域，形成热处理硬质合金系列化，是今后研究的方向。这里重点对铣削和冲模用硬质合金的真空热处理进行了研究，并获得明显的效果。2　试验方法2.1　热处理方式以前，硬质合金热处理方式是仿效钢材的热处理，即在硬质合金制品烧结后，再进行二次升温淬火，然后回火。而今我们用一种新的热处理方式来取代它，这种方式就是烧结淬火，即产品烧结后，不随炉冷却至室温，而是在烧结温度或冷却到一定的温度直接淬火，免去二次升温过程，从而达到省时、省

3、力、降低能耗及提高效率的目的。2.2　原料及合金牌号本试验配制两种系列硬质合金：①模具系列：YG15C、YG20C；②铣削系列：YG6、YG8、YS30、YT14、YT5、YW2。还配制了作某些条件对比试验用YG6C、YG8C、YG15合金。配制以上合金所用WC、（TiW）C及Co粉均取自株洲硬质合金厂。2.3　试验设备硬质合金配料混合及压制直至脱蜡均采用常规生产设备，烧结淬火在WZS-20型和WZS-45型真空烧结淬火两用炉中进行。在WZS-20炉做工艺试验，在WZS-45炉进行工业生产应用。两台真空炉均可完成真空烧结、真空淬火、气冷淬火等多种工艺。淬火工艺的全过程可按预先给定的程序自动进行

4、，还可手动操作。3　试验内容常规检测项目采用的标准试样是5mm×5mm×30mm抗弯强度试样，用A116刀片测试合金密度、硬度和矫顽力。压制好的试样，经脱蜡后，做以下试验。3.1　两种热处理方式的对比分别对YG15C和YT14合金进行了烧结后二次升温淬油和烧结后直接淬油，两种热处理方式对比试验。在两种热处理方式中，各取一个效果最佳的工艺对YG6、YG8、YG11C、YG15C、YG20C、YS30、YT14、YT5、YW2合金进行处理，试验结果均为经回火后的最后检测结果，见图1（抗弯强度增量为与烧结态对比的相对增量，以下各图均同）。从图1可见，直接热处理是可行的，用该方法处理WC-（TiW）C

5、-Co合金优于二次升温热处理。图1　各合金牌号两种热处理方式对比试验结果1.烧结后直接油淬　2.烧结后二次升温油淬3.2　不同淬火介质试验硬质合金真空淬火采用油淬和气淬。气淬选用氮气，比较经济。图2、图3为YG8、YW2合金经不同介质淬火后的效果。图2　YG8合金经不同介质淬火增量后抗弯强度1.油淬　　2.气淬图3　YW2合金经不同介质淬火增量后抗弯强度1.油淬　　2.气淬从图2可见YG8合金直接油淬比直接气淬抗弯强度增量明显，而从图3可见，YW2合金直接气淬比直接油淬抗弯强度增加明显。因此，不同牌号的合金应采用不同的淬火介质，即不同的合金，要求不同的淬火冷却速度，以使合金中W、C在钴相的溶解

6、量和钴相的马氏体转变以及由于合金各组分的热膨胀系数不同所导致的热应力达到最佳组合。3.3　不同钴含量合金的对比图4为不同钴含量的合金热处理后抗弯强度的比较。图4表明，热处理后的合金抗弯强度的最大值随合金中钴含量的升高而升高，这与热处理使钴相强韧化的机理相一致，并随着钴含量的升高，合金抗弯强度峰值对应较高的最佳淬火温度（Tq）。Tq升高的趋势是由于钴含量增加，合金的应变松弛能力增强，从而使W、C在钴相中的溶解量、钴相马氏体相变及热应力的最佳组合温度升高。图4　不同钴含量合金热处理效果比较1.YG15C　2.YG11C　3.YG6C　4.YG83.4　淬火温度硬质合金真空烧结淬火工艺，在热处理方式

7、、淬火介质确定以后，淬火温度的选择就至关重要。从上述试验看出，合金牌号不同，最佳淬火温度（Tq）也不同。Tq主要取决于合金的成分（如图4），随着钴含量增加，Tq趋于升高，通过反复试验最后确定Tq。3.5　回火温度的选择由于硬质相（WC）与粘结相Co的膨胀系数相差约3倍，故淬火后的合金内部存在应力，这种应力可能导致合金产生择回火温度（Tt）主要考虑两点，一是尽量消除合金的应力，另外是使钴相的析出降到