預熱處理能否減少硬質(zhì)合金刀具的裂紋？

來源：發(fā)布時間：2024-10-24

1. **預熱處理對減少裂紋的原理**

- **降低溫度梯度**：在燒結過程中，如果沒有預熱處理，刀具材料從室溫直接快速升溫到燒結溫度，會產(chǎn)生較大的溫度梯度。這是因為材料表面升溫速度比內(nèi)部快，導致內(nèi)外膨脹程度不同，產(chǎn)生熱應力。而預熱處理可以使材料先在較低溫度下緩慢升溫，使材料內(nèi)部溫度分布更加均勻，減小后續(xù)燒結過程中的溫度梯度，從而降低熱應力，減少裂紋產(chǎn)生的可能性。

- **促進成分均勻化和應力釋放**：對于硬質(zhì)合金刀具，其由多種成分組成（如WC - Co硬質(zhì)合金中的WC和Co）。預熱處理可以使這些成分在較低溫度下有一定的擴散和均勻化過程，減少因成分不均勻在燒結過程中產(chǎn)生的局部應力集中。同時，預熱過程也能使粉末坯體中原有的殘余應力得到一定程度的釋放，進一步降低裂紋產(chǎn)生的風險。

2. **預熱處理的具體方式和參數(shù)選擇對減少裂紋的影響**

- **預熱溫度選擇**

- **原理**：預熱溫度應根據(jù)刀具材料成分和坯體的初始狀態(tài)來確定。如果預熱溫度過低，無法達到均勻溫度和釋放應力的效果；如果預熱溫度過高，則可能會導致一些成分提前發(fā)生反應或產(chǎn)生新的應力。例如，對于WC - Co硬質(zhì)合金刀具，預熱溫度一般在400 - 600℃之間比較合適。這個溫度范圍可以使Co粘結相有一定的流動性，促進其在WC顆粒間的初步擴散，同時不會引起WC晶粒的異常長大或其他不良的化學反應。

- **案例**：在實際生產(chǎn)中，有實驗表明，將WC - Co硬質(zhì)合金刀具坯體在400℃預熱后再進行燒結，相比未預熱的刀具，在燒結后的裂紋數(shù)量明顯減少，刀具的質(zhì)量得到顯著提高。

- **預熱時間控制**

- **原理**：預熱時間與預熱溫度和坯體尺寸有關。足夠的預熱時間才能保證材料內(nèi)部溫度均勻和應力的充分釋放。在預熱初期，溫度主要是在坯體表面升高，隨著時間的延長，熱量逐漸向內(nèi)部傳遞。如果預熱時間過短，材料內(nèi)部還沒有達到均勻溫度，就無法有效發(fā)揮預熱的作用。例如，對于直徑為10mm左右的硬質(zhì)合金刀具坯體，在400 - 600℃預熱時，預熱時間可控制在30 - 60分鐘。

- **案例**：通過對比不同預熱時間下刀具的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)當WC - Co硬質(zhì)合金刀具坯體在500℃預熱時間從30分鐘延長到60分鐘時，刀具在燒結后的微觀結構更加均勻，裂紋等缺陷明顯減少。

- **預熱氣氛的影響**

- **原理**：預熱氣氛也很重要，合適的氣氛可以防止刀具坯體在預熱過程中氧化。如果在氧化氣氛中預熱，刀具材料表面會形成氧化物，這些氧化物在后續(xù)燒結過程中可能會導致應力集中，增加裂紋產(chǎn)生的幾率。例如，采用真空或惰性氣體（如氬氣）作為預熱氣氛，可以有效避免氧化反應。

- **案例**：在生產(chǎn)WC - TiC - Co硬質(zhì)合金刀具時，在氬氣保護下進行500 - 600℃、40 - 60分鐘的預熱處理，刀具坯體的氧化程度明顯降低，燒結后刀具的性能和表面質(zhì)量都得到了提升，裂紋明顯減少。