摘　要：研究了真空熱處理對(duì)硬質(zhì)合金性能的影響，硬質(zhì)合金刀片和沖模熱處理后均得到整體強(qiáng)韌化，特別是抗彎強(qiáng)度σ明顯提高。通過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，能成倍提高使用壽命。

　　

　　關(guān)鍵詞：硬質(zhì)合金；真空熱處理；強(qiáng)韌化；抗彎強(qiáng)度

　　

　　1前言

　　

　　硬質(zhì)合金作為機(jī)械、礦山、電子、標(biāo)準(zhǔn)件等行業(yè)的工模具材料，雖然具有高硬度、耐磨、耐腐蝕　等優(yōu)良性能，但在礦山鉆采和金屬切削刀具的使用中，普遍存在的因韌性差導(dǎo)致嚴(yán)重崩刃脆斷和早期磨損失效兩大難題，限制了它的使用范圍，特別在受沖擊載荷的場(chǎng)合，如礦山鑿巖、地質(zhì)鉆探、冷沖　冷鍛、粗銑等工模具材料中，不僅要求高硬度、耐磨，重要的還需要整體強(qiáng)韌性好。近十幾年來(lái)，我們對(duì)硬質(zhì)合金熱處理作了比較系統(tǒng)的研究。80年代末，研制出新一代礦山用硬質(zhì)合金，已得到了廣泛應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為了進(jìn)一步拓寬與開(kāi)發(fā)熱處理硬質(zhì)合金的使用領(lǐng)域，形成熱處理硬質(zhì)合金系列化，是今后研究的方向。這里重點(diǎn)對(duì)銑削和沖模用硬質(zhì)合金的真空熱處理進(jìn)行了研究，并獲得明顯的效果。

　　

　　2　試驗(yàn)方法

　　

　　2.1　熱處理方式

　　

　　以前，硬質(zhì)合金熱處理方式是仿效鋼材的熱處理，即在硬質(zhì)合金制品燒結(jié)后，再進(jìn)行二次升溫淬火，然后回火。而今我們用一種新的熱處理方式來(lái)取代它，這種方式就是燒結(jié)淬火，即產(chǎn)品燒結(jié)后，不隨爐冷卻至室溫，而是在燒結(jié)溫度或冷卻到一定的溫度直接淬火，免去二次升溫過(guò)程，從而達(dá)到省時(shí)、省力、降低能耗及提高效率的目的。

　　

　　2.2　原料及合金牌號(hào)

　　

　　本試驗(yàn)配制兩種系列硬質(zhì)合金： ①模具系列：YG15C、YG20C； 　?、阢娤飨盗校篩G6、YG8、YS30、YT14、YT5、YW2。 還配制了作某些條件對(duì)比試驗(yàn)用YG6C、YG8C、YG15合金。 　　配制以上合金所用WC、（TiW）C及Co粉均取自株洲硬質(zhì)合金廠(chǎng)。

　　

　　2.3　試驗(yàn)設(shè)備

　　

　　硬質(zhì)合金配料混合及壓制直至脫蠟均采用常規(guī)生產(chǎn)設(shè)備，燒結(jié)淬火在WZS-20型和WZS-45型真空燒結(jié)淬火兩用爐中進(jìn)行。

　　

　　在WZS-20爐做工藝試驗(yàn)，在WZS-45爐進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。兩臺(tái)真空爐均可完成真空燒結(jié)、真空淬火、氣冷淬火等多種工藝。淬火工藝的全過(guò)程可按預(yù)先給定的程序自動(dòng)進(jìn)行，還可手動(dòng)操作。

　　

　　3　試驗(yàn)內(nèi)容

　　

　　常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目采用的標(biāo)準(zhǔn)試樣是5mm×5mm×30mm抗彎強(qiáng)度試樣，用A116刀片測(cè)試合金密度、硬度和矯頑力。壓制好的試樣，經(jīng)脫蠟后，做以下試驗(yàn)。 3.1　兩種熱處理方式的對(duì)比

　　

　　分別對(duì)YG15C和YT14合金進(jìn)行了燒結(jié)后二次升溫淬油和燒結(jié)后直接淬油，兩種熱處理方式對(duì)比試驗(yàn)。

　　

　　在兩種熱處理方式中，各取一個(gè)效果z*佳的工藝對(duì)YG6、YG8、YG11C、YG15C、YG20C、YS30、YT14、YT5、YW2合金進(jìn)行處理，試驗(yàn)結(jié)果均為經(jīng)回火后的z*后檢測(cè)結(jié)果　直接熱處理是可行的，用該方法處理WC-（TiW）C-Co合金優(yōu)于二次升溫?zé)崽幚怼?.燒結(jié)后直接油淬　2.燒結(jié)后二次升溫油淬

　　

　　3.2　不同淬火介質(zhì)試驗(yàn)

　　

　　硬質(zhì)合金真空淬火采用油淬和氣淬。氣淬選用氮?dú)?，比較經(jīng)濟(jì)。圖2、圖3為YG8、YW2合金經(jīng)不同介質(zhì)淬火后的效果。

　　

　　YW2合金直接氣淬比直接油淬抗彎強(qiáng)度增加明顯。因此，不同牌號(hào)的合金應(yīng)采用不同的淬火介質(zhì)，即不同的合金，要求不同的淬火冷卻速度，以使合金中W、C在鈷相的溶解量和鈷相的馬氏體轉(zhuǎn)變以及由于合金各組分的熱膨脹系數(shù)不同所導(dǎo)致的熱應(yīng)力達(dá)到z*佳組合。

　　

　　3.3　不同鈷含量合金的對(duì)比

　　

　　熱處理后的合金抗彎強(qiáng)度的z*大值隨合金中鈷含量的升高而升高，這與熱處理使鈷相強(qiáng)韌化的機(jī)理相一致，并隨著鈷含量的升高，合金抗彎強(qiáng)度峰值對(duì)應(yīng)較高的z*佳淬火溫度（Tq）。Tq升高的趨勢(shì)是由于鈷含量增加，合金的應(yīng)變松弛能力增強(qiáng)，從而使W、C在鈷相中的溶解量、鈷相馬氏體相變及熱應(yīng)力的z*佳組合溫度升高

　　

　　硬質(zhì)合金真空燒結(jié)淬火工藝，在熱處理方式、淬火介質(zhì)確定以后，淬火溫度的選擇就至關(guān)重要。從上述試驗(yàn)看出，合金牌號(hào)不同，z*佳淬火溫度（Tq）也不同。Tq主要取決于合金的成分，隨著鈷含量增加，Tq趨于升高，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)z*后確定Tq。

　　

　　3.5　回火溫度的選擇

　　

　　由于硬質(zhì)相（WC）與粘結(jié)相Co的膨脹系數(shù)相差約3倍，故淬火后的合金內(nèi)部存在應(yīng)力，這種應(yīng)力可能導(dǎo)致合金產(chǎn)生擇回火溫度（Tt）主要考慮兩點(diǎn)，一是盡量消除合金的應(yīng)力，另外是使鈷相的析出降到z*低。因此，回火溫度應(yīng)該是選擇兩者俱佳的溫度。在低溫階段回火，隨著Tt升高，抗彎強(qiáng)度增大。這時(shí)的回火主要是要消除應(yīng)力過(guò)程，而Co相析出物很少。根據(jù)Co相析出強(qiáng)化原理，微量Co析出物導(dǎo)致彌散強(qiáng)化。但隨著Tt的繼續(xù)升高，Co相析出物增多，合金矯頑力迅速增加，析出產(chǎn)物如Co3W3C、Co7W6、Co3W、Co7W2為脆性相，使合金組織結(jié)構(gòu)嚴(yán)重惡化，故使抗彎強(qiáng)度急劇下降。因此，對(duì)低鈷和中鈷合金，Tt應(yīng)選擇高一些，高鈷合金Tt應(yīng)選擇較低。如圖5所示，YG15合金回火時(shí)間在4～30h之間，抗彎強(qiáng)度、硬度及矯頑力都變化不大，因此，延長(zhǎng)回火時(shí)間意義不大。

　　

　　4　生產(chǎn)試驗(yàn)

　　

　　4.1　切削刀具

　　

　　生產(chǎn)試驗(yàn)表明，所有牌號(hào)的硬質(zhì)合金刀片經(jīng)熱處理后其性能明顯優(yōu)于燒結(jié)態(tài)，其使用壽命倍增，。如北京內(nèi)燃機(jī)廠(chǎng)試驗(yàn)的熱處理刀片其耐磨性、韌性和使用壽命明顯提高。所有試驗(yàn)單位的現(xiàn)場(chǎng)操作人員都反映硬質(zhì)合金熱處理刀片較之未熱處理的刀片光潔度高，耐用度好，使用壽命長(zhǎng)?！∮操|(zhì)合金刀片現(xiàn)場(chǎng)銑削試驗(yàn)結(jié)果 廠(chǎng)　　家 合金牌號(hào) 合金狀態(tài) 規(guī)格型號(hào) 加工材料 工件名稱(chēng) 切削用量 粗糙度／μm 加工量／件或時(shí)間? 壽命提高（倍） 轉(zhuǎn)速n／ 走刀量ar／ 切深ap／ r.min－1 mm.r－1 mm 北京內(nèi)燃機(jī)總廠(chǎng)二分廠(chǎng) YS30 燒結(jié)態(tài)熱處理熱處理 416051141605114160511 45鋼調(diào)質(zhì)件 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸 350350350 1.21.21.2 3－43－43－4 555 296件808件946件 —1.72.2 太原礦山機(jī)械廠(chǎng) YT14 燒結(jié)態(tài)熱處理 313108313108 ZG25鑄鋼 右牽載箱體 226226 1.31.3 2.52.5 45 20min32min —1.6 洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠(chǎng)齒輪廠(chǎng) YT14 燒結(jié)態(tài)熱處理 4160511 45鋼調(diào)質(zhì)件 倒檔軸毛坯 350350 0.40.4 33 　 250件550件 —1.2 云南機(jī)床廠(chǎng) YT14 燒結(jié)態(tài)1＃熱處理2＃熱處理 416108416108416108 45鋼鍛鋼 　 590590590 0.20.20.2 333 　 100件200件400件 13 *每刃加工時(shí)間　1?！?＃為不同熱處理制度

　　

　　4.2　沖模 上海鋼球廠(chǎng)是我國(guó)較大的鋼球生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)，對(duì)19／32″規(guī)格的鋼球沖模進(jìn)行了試驗(yàn)，經(jīng)熱處理比未熱處理模具壽命提高1倍以上，比原用Cr12Mo鋼模壽命提高10倍。目前用的鋼模壽命短、工效低，因此，又試制了3套11／16″規(guī)格的模具，熱處理比未熱處理的模具壽命提高4.2倍，比Cr12鋼模提高十幾倍。

　　

　　5　結(jié)論

　　

　?。?）　使用WZS-20和WZS-45型真空燒結(jié)淬火爐能夠?qū)崿F(xiàn)硬質(zhì)合金燒結(jié)后直接淬火，省時(shí)、省力、節(jié)能降耗。 （2）　各種用途的硬質(zhì)合金經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に嚐崽幚?，其性能均能不同程度地提高，銑削和沖模用硬質(zhì)合金經(jīng)熱處理后，可以成倍提高使用壽命。