如何提高硬質合金刀具的韌性？

來源：發(fā)布時間：2024-09-20

以下是一些提高硬質合金刀具韌性的方法：

### 一、優(yōu)化成分設計

1. **粘結劑調整**

- **選擇合適的粘結劑種類**：

- 鈷（Co）是硬質合金中常用的粘結劑，適當增加鈷含量可以提高刀具的韌性。例如，將鈷含量從6%提高到10%左右，能夠使刀具在受到沖擊時，粘結相更好地緩沖應力，減少裂紋的產生和擴展。

- **粘結劑合金化**：

- 在粘結劑中添加其他元素進行合金化。例如添加少量的鎳（Ni）、鉻（Cr）等元素，這些元素可以改變粘結劑的晶體結構和性能。鎳可以提高粘結劑的韌性，鉻可以增強粘結劑的抗氧化性和耐腐蝕性，從而間接提高硬質合金刀具的韌性。

2. **硬質相調控**

- **控制硬質相粒度**：

- 減小硬質相碳化鎢（WC）的粒度可以提高硬質合金的韌性。當WC粒度從微米級減小到亞微米級時，硬質相和粘結相之間的界面面積增大，在受到外力時，應力能夠更均勻地分散，提高刀具抵抗裂紋擴展的能力。

- **優(yōu)化硬質相晶型**：

- 采用特殊晶型的硬質相。例如，在一些高性能硬質合金刀具中，采用六方晶型的WC可以改善硬質合金的韌性。六方晶型的WC在與粘結劑的結合和應力傳遞方面具有獨特的優(yōu)勢。

### 二、改進制備工藝

1. **燒結工藝優(yōu)化**

- **控制燒結溫度和時間**：

- 精確控制燒結溫度和時間對于提高刀具韌性至關重要。較低的燒結溫度和適當延長的燒結時間可以減少硬質合金內部的缺陷，如孔隙等。例如，在燒結溫度為1350 - 1400°C，燒結時間為1 - 2小時的條件下，能夠使硬質合金的組織結構更加致密均勻，提高刀具的韌性。

- **采用熱等靜壓（HIP）技術**：

- HIP技術可以在高溫高壓下對燒結后的硬質合金進行處理，能夠有效消除內部孔隙，提高材料的致密度。經過HIP處理后的硬質合金刀具，其韌性會得到顯著提高，特別是對于大尺寸或形狀復雜的刀具，HIP技術的效果更為明顯。

2. **涂層工藝改進**

- **選擇合適的涂層材料和方法**：

- 選擇韌性較好的涂層材料，如氮化鈦（TiN）涂層，它不僅可以提高刀具的硬度和耐磨性，還能在一定程度上提高刀具的韌性。采用物相沉積（PVD）方法制備涂層時，PVD涂層具有較低的內應力，與刀具基體的結合較好，能夠在提高刀具耐磨性的同時，減少涂層對刀具韌性的負面影響。

- **梯度涂層設計**：

- 采用梯度涂層結構，即涂層的成分或結構從刀具表面到基體逐漸變化。例如，從表面的高硬度耐磨層到靠近基體的韌性過渡層。這種梯度涂層可以有效地緩解涂層與基體之間因性能差異而產生的應力集中，提高刀具的整體韌性。

### 三、刀具結構設計優(yōu)化

1. **刀具幾何形狀設計**

- **調整前角、后角和刃傾角**：

- 適當增大前角可以減小切削力，從而減少刀具在切削過程中所受的應力，提高刀具的韌性。但是前角過大也會削弱切削刃的強度，需要根據具體的加工材料和工況進行合理調整。一般來說，在加工韌性材料時，可以將前角增大到10 - 15°。同時，合理選擇后角和刃傾角也能夠優(yōu)化刀具的受力狀態(tài)，提高刀具的韌性。

- **優(yōu)化刀尖半徑和刃口形狀**：

- 增大刀尖半徑可以增加刀具的強度和韌性，在粗加工時，較大的刀尖半徑能夠承受更大的切削力。例如，將刀尖半徑從0.2mm增大到0.4mm。對于刃口形狀，可以采用圓弧刃口或負倒棱刃口等設計，這些刃口形狀能夠提高刀具的抗沖擊能力，增強刀具的韌性。

2. **刀具整體結構設計**

- **采用多層復合結構**：

- 設計刀具的多層復合結構，例如，采用硬質合金芯部和韌性較好的外層材料相結合的結構。外層材料可以在刀具受到沖擊時起到緩沖作用，保護內部的硬質合金芯部，提高刀具的整體韌性。

- **增加刀具的結構支撐**：

- 在刀具的設計中增加結構支撐部分，如在刀具的柄部或刀體上設計加強筋等結構。這些結構可以提高刀具的剛性，減少在切削過程中刀具的振動和變形，從而間接提高刀具的韌性。

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