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硬質(zhì)合金與高溫合金介紹
0 t/ n. n5 z p) \4 L8 g9 l. v" |硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金的基體由兩部分組成：一部分是硬化相；另一部分是粘結(jié)金屬。 硬化相是元素周期表中過渡金屬的碳化物，如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭，它們的硬度很高，熔點(diǎn)都在2000℃以上，有的甚至超過4000℃。另外，過渡金屬的氮化物、硼化物、硅化物也有類似的特性，也可以充當(dāng)硬質(zhì)合金中的硬化相。硬化相的存在決定了合金具有極高硬度和耐磨性。 粘結(jié)金屬一般是鐵族金屬，常用的是鈷和鎳。 制造硬質(zhì)合金時(shí)，選用的原料粉末粒度在1～2微米之間，且純度很高。原料按規(guī)定組成比例進(jìn)行配料，加進(jìn)酒精或其他介質(zhì)在濕式球磨機(jī)中濕磨，使它們充分混合、粉碎，經(jīng)干燥、過篩后加入蠟或膠等一類的成型劑，再經(jīng)過干燥、過篩制得混合料。然后，把混合料制粒、壓型，加熱到接近粘結(jié)金屬熔點(diǎn)（1300～1500℃）的時(shí)候，硬化相與粘結(jié)金屬便形成共晶合金。經(jīng)過冷卻，硬化相分布在粘結(jié)金屬組成的網(wǎng)格里，彼此緊密地聯(lián)系在一起，形成一個(gè)牢固的整體。硬質(zhì)合金的硬度取決于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越細(xì)，則硬度也越大。硬質(zhì)合金的韌性由粘結(jié)金屬?zèng)Q定，粘結(jié)金屬含量越高，抗彎強(qiáng)度越大。 1923年，德國(guó)的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進(jìn)10％～20％的鈷做粘結(jié)劑，發(fā)明了碳化鎢和鈷的新合金，硬度僅次于金剛石，這是世界上人工制成的第一種硬質(zhì)合金。用這種合金制成的刀具切削鋼材時(shí)，刀刃會(huì)很快磨損，甚至刃口崩裂。1929年美國(guó)的施瓦茨科夫在原有成分中加進(jìn)了一定量的碳化鎢和碳化鈦的復(fù)式碳化物，改善了刀具切削鋼材的性能。這是硬質(zhì)合金發(fā)展史上的又一成就。 硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時(shí)仍有很高的硬度。硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。現(xiàn)在新型硬質(zhì)合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數(shù)百倍。 硬質(zhì)合金還可用來制作鑿巖工具、采掘工具、鉆探工具、測(cè)量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯里、精密軸承、噴嘴等。 近二十年來，涂層硬質(zhì)合金也問世了。1969年瑞典研制成功了碳化鈦徐層刀具，刀具的基體是鎢鈦鈷硬質(zhì)合金或鎢鈷硬質(zhì)合金，表面碳化鈦涂層的厚度不過幾微米，但是與同牌號(hào)的合金刀具相比，使用壽命延長(zhǎng)了3倍，切削速度提高25％～50％。20世紀(jì)70年代已出現(xiàn)第四代涂層工具，可用來切削很難加工的材料。
- g# E$ {! k: R4 |( _# O! c- c高溫合金
# e" ]$ [% H9 r9 ` 高溫合金通常在700℃（甚至1000℃）以上高溫環(huán)境下工作，必須有抗氧化腐蝕和高溫強(qiáng)度等特殊性能。 易被氧化腐蝕是金屬的弱點(diǎn)，而在高溫條件下，金屬的氧化腐蝕反應(yīng)將大大加快，結(jié)果會(huì)使金屬表面粗糙，影響其精度和強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)沽慵䦂?bào)廢。若在有腐蝕性介質(zhì)的高溫條件下工作（如高溫高壓的汽油燃燒后氣體中含磷、硫、釩元素），則腐蝕作用更強(qiáng)，所以高溫合金必須具備很高的抗氧化腐蝕能力。 高溫合金在極高的溫度下工作，必須具備足夠的抗蠕變（即固體材料在一定應(yīng)力的作用下發(fā)生緩慢而連續(xù)的形變）能力，以保證它在一定的溫度和應(yīng)力的條件下，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間工作，總的形變?nèi)栽谝欢ǖ娜菰S限度以內(nèi)。 高溫合金由于在高溫下工作或在溫度交替變化的條件下工作，比常溫下更易發(fā)生疲勞破壞，或由于工作過程中反復(fù)急劇的冷熱變化形成相當(dāng)大的熱應(yīng)力而造成疲勞破壞。高溫合金必須具有良好的耐疲勞（即在長(zhǎng)期變化載荷的作用下材料或零件發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象）性能。8 c5 \) @" N) ^% k, B6 `
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| 名稱 [td=198]成分[td=285]用途 | | 鐵基合金 [td=198]含Fe一半以上，一定量的Ni、Cr及其他合金元素 [td=285]低于800℃的中等溫度條件工作，主要用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃汽輪機(jī)上的渦輪，以及柴油機(jī)上的廢氣增壓渦輪 | | 鎳基合金 [td=198]Ni50％以上，適量Cr、Co、Mo、W、Ta、Al、Ti、Nb以及少量C、B、Zr、V、稀土等[td=285]工作溫度650～1000℃，制燃汽輪機(jī)的渦輪葉片、渦輪盤、燃燒室、航天器、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆、化石及能源轉(zhuǎn)換設(shè)備高溫部件 | | 鈷基合金 [td=198]Co40％～65％，較多的Cr、Ni，適量的W、Ta、Nb[td=285]有優(yōu)良的高溫性能，抗熱腐蝕、熱疲勞的能力較強(qiáng)，但抗氧化能力較低 |
上表中三類高溫合金，都添加有其他合金元素，各有不同的作用。如Ti、Al使合金硬度提高；Co提高硬化合金熔點(diǎn)；B、Zr改善合金抗蠕變和熱加工性能等。 \2 |; [/ M8 X% [% y, d
為了適應(yīng)最新高科技的需要，以難熔金屬（W熔點(diǎn)3400℃、Re3160℃、Ta2996℃、Mo2615℃、Nb2415℃）為基體的高溫合金可以在1500℃以上的高濕環(huán)境下工作，適合于制造工作在高溫、高應(yīng)力環(huán)境下的航天器零部件。難熔金屬之中，Ta和Nb的合金具有耐高溫、耐腐蝕的特點(diǎn)，而且強(qiáng)度高、硬度大。某些鈮基合金可在1300～1600℃范圍內(nèi)工作，比鎳基合金高出300～500℃。國(guó)內(nèi)研制的一種鉭基合金，含W8％、Hf2％，在2000℃的超高溫度下仍有很高的強(qiáng)度、很好的切削性和焊接性，是一種更為理想的高溫合金。金屬陶瓷有時(shí)也列入高溫合金。3 u( @' |4 P) {% z6 l. Z
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發(fā)表于 2014-6-26 20:45:22
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