調(diào)整燒結(jié)溫度時(shí)，如何避免硬質(zhì)合金刀具出現(xiàn)裂紋？

來源：發(fā)布時(shí)間：2024-10-24

1. **控制溫度變化速率**

- **原理**：

- 加熱速率過快會(huì)使刀具材料產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。這是因?yàn)榈毒卟牧蟽?nèi)外溫差急劇增大，不同成分的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致材料各部分收縮不一致。例如，在WC - Co硬質(zhì)合金中，WC和Co的熱膨脹系數(shù)存在差異，快速加熱時(shí)，在它們的界面處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引發(fā)裂紋。

- 冷卻速率同樣關(guān)鍵。如果冷卻速度過快，刀具材料會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。當(dāng)殘余應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂紋。例如，在從高溫冷卻的過程中，刀具表面的溫度下降比內(nèi)部快，表面收縮受到內(nèi)部材料的限制，會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

- **控制方法**：

- 加熱時(shí)，將加熱速率控制在較為合適的范圍，一般為5 - 10℃/min。這樣可以使刀具材料在加熱過程中有足夠的時(shí)間來適應(yīng)溫度變化，減少熱應(yīng)力。對(duì)于冷卻過程，冷卻速率可以控制在3 - 8℃/min。在實(shí)際操作中，可以通過控制加熱和冷卻設(shè)備的功率，或者采用分段加熱和冷卻的方式來優(yōu)化溫度變化速率。例如，在加熱初期采用較低的加熱速率，待材料整體溫度升高后，再適當(dāng)加快加熱速率；冷卻時(shí)也可以先快速冷卻到一定溫度，然后再緩慢冷卻。

2. **選擇合適的燒結(jié)溫度范圍**

- **原理**：

- 不同成分的硬質(zhì)合金刀具都有其適宜的燒結(jié)溫度范圍。如果燒結(jié)溫度過高，超出材料所能承受的范圍，會(huì)導(dǎo)致刀具內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，進(jìn)而引發(fā)裂紋。例如，對(duì)于WC - Co硬質(zhì)合金刀具，當(dāng)燒結(jié)溫度高于1500℃時(shí)，WC晶粒會(huì)迅速長(zhǎng)大，同時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，使刀具出現(xiàn)裂紋。

- 燒結(jié)溫度過低也會(huì)有問題。如果溫度不足，粉末顆粒之間的結(jié)合不緊密，材料密度較低，在后續(xù)的加工或使用過程中，由于外部應(yīng)力的作用，也容易出現(xiàn)裂紋。

- **選擇方法**：

- 根據(jù)刀具的材料成分來確定合適的燒結(jié)溫度范圍。對(duì)于WC - Co硬質(zhì)合金刀具，通常的燒結(jié)溫度在1400 - 1450℃之間；對(duì)于WC - TiC - Co硬質(zhì)合金刀具，燒結(jié)溫度一般在1450 - 1500℃左右。在實(shí)際操作中，可以通過實(shí)驗(yàn)來確定比較好燒結(jié)溫度，采用差熱分析（DTA）等熱分析手段，觀察材料在不同溫度下的熱反應(yīng)，找到能夠使粉末顆粒充分燒結(jié)且組織結(jié)構(gòu)良好的溫度點(diǎn)，同時(shí)避免因溫度過高或過低導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

3. **采用合適的燒結(jié)氣氛**

- **原理**：

- 燒結(jié)氣氛主要影響刀具材料的化學(xué)穩(wěn)定性和雜質(zhì)含量。在氧化氣氛中燒結(jié)，刀具材料會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，形成氧化物雜質(zhì)。這些氧化物會(huì)降低刀具的純度，并且可能會(huì)在材料內(nèi)部形成脆性相，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。例如，WC - Co硬質(zhì)合金刀具在空氣氣氛中燒結(jié)時(shí)，WC可能會(huì)氧化生成WO?，這會(huì)使刀具的組織結(jié)構(gòu)變得脆弱，容易出現(xiàn)裂紋。

- **采用方法**：

- 優(yōu)先選擇真空燒結(jié)或惰性氣體保護(hù)燒結(jié)。真空燒結(jié)可以提供良好的無氧環(huán)境，惰性氣體（如氬氣）保護(hù)燒結(jié)也能有效防止氧化反應(yīng)。在燒結(jié)過程中，要確保燒結(jié)設(shè)備的密封性良好，維持穩(wěn)定的真空度或惰性氣體流量。例如，真空燒結(jié)時(shí)，真空度應(yīng)保持在10?3 - 10?? Pa左右，以保證良好的燒結(jié)效果，減少因氧化等因素導(dǎo)致的裂紋。

4. **優(yōu)化刀具坯體的原始結(jié)構(gòu)**

- **原理**：

- 如果刀具坯體的原始結(jié)構(gòu)存在缺陷，如孔隙率過高、粉末混合不均勻等，在燒結(jié)過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致裂紋。例如，當(dāng)坯體孔隙率較高時(shí)，在燒結(jié)過程中孔隙的收縮會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力增大，引發(fā)裂紋。

- **優(yōu)化方法**：

- 在粉末冶金工藝的前期階段，要確保粉末的質(zhì)量和混合均勻度。采用合適的壓制工藝，提高坯體的密度，降低孔隙率。例如，通過提高壓制壓力，使粉末顆粒更加緊密地堆積，減少孔隙。同時(shí)，在混合粉末時(shí)，使用先進(jìn)的混合技術(shù)，如機(jī)械合金化或高能球磨等方法，保證硬質(zhì)相和粘結(jié)相粉末均勻混合，避免因成分不均勻?qū)е碌木植繎?yīng)力集中和裂紋產(chǎn)生。