熱等靜壓工藝能提高硬質(zhì)合金刀具的哪些性能？

來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2024-10-24

1. **密度和孔隙率方面**

- **原理**：熱等靜壓工藝是在高溫和高壓下進(jìn)行的。在這種環(huán)境中，硬質(zhì)合金刀具內(nèi)部的孔隙會(huì)在壓力的作用下逐漸閉合。由于硬質(zhì)合金是由粉末冶金工藝制備的，不可避免地會(huì)存在一些孔隙。熱等靜壓通過(guò)施加各向同性的壓力，使材料中的孔隙被壓實(shí)，從而顯著提高材料的密度。

- **性能提升**：例如，未經(jīng)熱等靜壓處理的硬質(zhì)合金刀具密度可能在14.0 - 14.5g/cm3左右，孔隙率相對(duì)較高。經(jīng)過(guò)熱等靜壓工藝后，密度可以提高到接近理論密度（對(duì)于WC - Co硬質(zhì)合金，理論密度約為15.0 - 15.3g/cm3），孔隙率可降低至1%以下。這使得刀具的組織結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高了刀具的硬度、強(qiáng)度等性能。

2. **硬度和強(qiáng)度方面**

- **原理**：密度的提高使得硬質(zhì)合金刀具內(nèi)部的硬質(zhì)相和粘結(jié)相之間的結(jié)合更加緊密。在熱等靜壓過(guò)程中，高壓促使顆粒間的接觸更加緊密，原子間的擴(kuò)散更加充分，進(jìn)一步強(qiáng)化了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對(duì)于硬度來(lái)說(shuō)，緊密的結(jié)構(gòu)可以更好地抵抗外力的壓入；對(duì)于強(qiáng)度而言，材料內(nèi)部結(jié)合力的增強(qiáng)使得刀具能夠承受更大的拉伸、彎曲和剪切力。

- **性能提升**：經(jīng)熱等靜壓處理后，硬質(zhì)合金刀具的硬度可提高5% - 10%。例如，WC - Co硬質(zhì)合金刀具原本洛氏硬度（HRA）在89 - 91之間，熱等靜壓后可提升至92 - 93。在強(qiáng)度方面，其抗彎強(qiáng)度可提高10% - 20%。如原本抗彎強(qiáng)度為2000 - 2200MPa的刀具，處理后可達(dá)2200 - 2400MPa，這使得刀具在承受較大切削力時(shí)更不容易變形或折斷。

3. **韌性方面**

- **原理**：熱等靜壓處理減少了刀具內(nèi)部的孔隙和缺陷，這些孔隙和缺陷在切削過(guò)程中往往是應(yīng)力集中點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)力集中在這些薄弱區(qū)域時(shí)，容易導(dǎo)致刀具產(chǎn)生裂紋和斷裂。通過(guò)消除這些孔隙，刀具在受到外力沖擊或切削力變化時(shí)，能夠更均勻地分散應(yīng)力，從而提高韌性。

- **性能提升**：刀具的韌性可提高15% - 25%。例如，在沖擊韌性測(cè)試中，未處理的刀具沖擊吸收能量可能為20 - 30J，經(jīng)過(guò)熱等靜壓處理后，沖擊吸收能量可達(dá)到25 - 35J左右。這對(duì)于斷續(xù)切削或承受沖擊載荷的刀具來(lái)說(shuō)，能夠有效減少崩刃現(xiàn)象，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

4. **耐磨性方面**

- **原理**：致密的組織結(jié)構(gòu)和提高的硬度有助于提高刀具的耐磨性。在切削過(guò)程中，刀具與工件之間的摩擦?xí)?dǎo)致刀具表面的磨損。熱等靜壓后的刀具，由于其表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，硬質(zhì)相更難被磨掉，粘結(jié)相也能更好地保持硬質(zhì)相的位置，從而減少磨損。

- **性能提升**：刀具的耐磨性可提高20% - 30%。例如，在切削試驗(yàn)中，未經(jīng)過(guò)熱等靜壓處理的刀具在切削一定長(zhǎng)度后，后刀面磨損量可能達(dá)到0.3 - 0.4mm，而經(jīng)過(guò)熱等靜壓處理后的刀具在相同切削條件下，后刀面磨損量可降低至0.2 - 0.3mm左右，這在長(zhǎng)期切削加工中能夠明顯降低刀具的更換頻率。