硬質(zhì)合金發(fā)展趨勢

 由于中國實(shí)行積極穩(wěn)健的宏觀經(jīng)濟(jì)政策，國民經(jīng)濟(jì)快速增長，硬質(zhì)合金需求也因此高速增長。在硬質(zhì)合金需求增長的同時(shí)，產(chǎn)量也在不斷增加，從2006年的1.45萬噸增長到2011年的2.4萬噸，年復(fù)合增長率達(dá)到10.60%。

硬質(zhì)合金具有很高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，被譽(yù)為“工業(yè)牙齒”，用于制造切削工具、刀具、鉆具和耐磨零部件，廣泛應(yīng)用于軍工、航天航空、機(jī)械加工、冶金、石油鉆井、礦山工具、電子通訊、建筑等領(lǐng)域，伴隨下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硬質(zhì)合金市場需求不斷加大。并且未來高新技術(shù)武器裝備制造、尖端科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及核能源的快速發(fā)展，將大力提高對(duì)高技術(shù)含量和高質(zhì)量穩(wěn)定性的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的需求。據(jù)前瞻網(wǎng)分析，從《2013-2017年中國硬質(zhì)合金行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》中預(yù)計(jì)到2015年我國硬質(zhì)合金的產(chǎn)量將到達(dá)3萬噸，工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到約230億元。

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韓國YesTool公司推出的“KRUZ”硬質(zhì)合金機(jī)夾孔加工刀具，采用了硬質(zhì)相晶粒分別為0.2+0.5+0.8μm的混合型高鈷(13%)超細(xì)晶粒度基體，使刀具基體材料的強(qiáng)度和硬度都有較大的提高，配以接近整體型鉆頭強(qiáng)度的機(jī)夾刀片幾何結(jié)構(gòu)和夾緊方式以及獨(dú)創(chuàng)的鉆尖設(shè)計(jì)和高性能的氮化鈦(TiN)與氮鋁化鈦(TiAlN)納米物理涂層(PVD)，不僅適用于加工軟質(zhì)到硬質(zhì)工件，甚至對(duì)極難加工的特殊材料工件，都能體現(xiàn)出優(yōu)秀的切削性能。 本文來自Kaixin100

瑞典山特維克可樂滿公司(SandvikCoromant)新推出的鋼材車削牌號(hào)GC4225、GC4235，采用了超細(xì)晶粒的梯度硬質(zhì)合金基體，配以氮碳化鈦中溫化學(xué)涂層(MT-CVD)和細(xì)晶柱狀a-Al2O3化學(xué)涂層，表面則采用消除表面應(yīng)力的后處理工藝，即通過噴丸處理去掉前刀面CVD涂層的拉應(yīng)力表層(TiN)，使露出表面的Al2O3的拉應(yīng)力下降40%，內(nèi)層涂層的應(yīng)力下降20%，顯著改善了刀片的抗微崩刃性能和抗剝落能力，在提高刀刃完整性和可靠性的同時(shí)還提高了涂層表面的光潔度，降低了刀片與切屑之間的粘結(jié)性。GC4225可覆蓋從粗加工到精加工80%的應(yīng)用領(lǐng)域，與一般的P25刀片比較刀具壽命可提高60%，生產(chǎn)效率提高33%，為鋼件加工的首選牌號(hào)。株洲鉆石切削刀具股份有限公司繼兩年前推出用于鑄鐵加工的YBD系列黑金剛牌號(hào)后，新推出的用于鋼材加工的第二代黑金剛系列牌號(hào)——YBC152和 YBC252也采用了表面富鈷的梯度硬質(zhì)合金基體材料，配以厚層的纖維狀TiCN和細(xì)晶粒Al2O3的CVD涂層，具有極強(qiáng)的抗塑性變形能力和刃口強(qiáng)度，特別適合鋼材的高速加工。新一代黑金剛牌號(hào)刀片在相同切削條件下，可提高切削速度25%以上；在同樣切削速度下，刀具壽命可提高30%以上。在本次展會(huì)上推出表面富鈷梯度硬質(zhì)合金基體材料新牌號(hào)的還有：美國Kennametal公司的通用材質(zhì)牌號(hào)KU30T、Valenite公司的加工不銹鋼牌號(hào)VP5535、以色列ISCAR公司的適用于高速加工的改進(jìn)型Al2O3MT-CVD復(fù)合涂層“a-TEC”系列(如：IC9150、IC9250、IC9350)牌號(hào)等。 copyright kaixin100

在硬質(zhì)合金中添加少量的元素可強(qiáng)化材料的硬質(zhì)相和粘結(jié)相、凈化晶界并顯著提高材料的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性。日本住友電工硬質(zhì)合金株式會(huì)社推出的ACE系列涂層牌號(hào)(AC700G、AC2000、AC3000)，采用了加鋯(Zr)的硬質(zhì)合金基體材料，使新牌號(hào)基體材料的紅硬性大幅度提高。日立工具技術(shù)株式會(huì)社新推出的HG系列涂層新牌號(hào)(HG8010、HG8025)則采用了所謂“三重鋯效果”的CVD涂層新技術(shù)，其“第一重鋯效果”就是在硬質(zhì)合金基體材質(zhì)中添加了鋯(Zr)元素，以提高基體的抗高溫變形能力；“第二重鋯效果”則是用細(xì)晶柱狀的鋯(Zr)涂層取代通常的MT-TiCN涂層，從而提高了涂層的抗氧化性；“第三重鋯效果”則是在涂層表面涂覆一層白色的鋯(Zr)涂層，以提高刀具表面的潤滑性、耐熱性和抗剝落性。這種新型涂層牌號(hào)刀片具有良好的耐熱性，特別適用于高效加工，與傳統(tǒng)刀片相比，可提高加工效率150%，降低加工成本20～30%。

超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金得到了越來越廣泛的采用。除上述幾家公司的新牌號(hào)采用了超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金基體外，Kennametal公司推出的新牌號(hào)KC5525、KC5510也采用了晶粒細(xì)化的高鈷硬質(zhì)合金基體，擁有鈷含量達(dá)10%的超級(jí)細(xì)化晶粒的硬質(zhì)合金基體，配以高鋁含量的TiAlNPVD涂層，使刀具在斷續(xù)切削時(shí)具有很高的刃口韌性的同時(shí)，又具有極強(qiáng)的抗熱變形能力。ISCAR公司推出的用于整體硬質(zhì)合金立銑刀的“AL-TEC”涂層系列(如：IC900、IC903、IC908、IC910等)牌號(hào)，同樣采用了超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金基體，配以高鋁含量TiAlN(PVD)涂層，使其在銑削加工硬度高達(dá)60～62HRC的淬硬鋼時(shí)，與原有的IC903牌號(hào)相比，刀具壽命提高150%。Valenite公司的用于鑄鐵高速車削加工的VP1595牌號(hào)，也是在超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金基體上，采用MT-CVD涂覆18μm厚的TiCN/Al2O3/TiC涂層，后刀面則涂覆了一層灰色的TiC，以便于觀察刀具刃口的磨損情況和刀片轉(zhuǎn)位，該牌號(hào)在粗加工球墨鑄鐵時(shí)，加工效率比其它K05～K10牌號(hào)提高50%。 Kaixin100內(nèi)容管理系統(tǒng)

從上述新牌號(hào)可以看出，伴隨著基體材料性能的改進(jìn)和提高，刀具涂層技術(shù)取得了更為迅猛的發(fā)展，中溫化學(xué)涂層、柱狀a-Al2O3化學(xué)涂層、高性能物理涂層、新型原子涂層、納米結(jié)構(gòu)涂層、黃色三氧化二鋁化學(xué)涂層、白色鋯涂層、高鋁含量TiAlN涂層、TiSiN涂層、CrSiN涂層、AlCrSiN涂層、TiBON涂層等大量新型涂層呈現(xiàn)多樣化和系列化的趨勢，使硬質(zhì)合金材料新牌號(hào)層出不窮，大大提高了硬質(zhì)合金刀具的切削加工性能。 Kaixin100網(wǎng)絡(luò)，Kaixin100

瑞典山高(SECO)公司繼兩年前推出TP1000、TP2000、TP3000三個(gè)高性能ISO-P類硬質(zhì)合金涂層牌號(hào)后，新推出了號(hào)稱“新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”的TP2500通用型ISO-P類硬質(zhì)合金涂層新牌號(hào)，它是在山高公司新一代Triple-Zero基體材質(zhì)上，采用了被稱為DurAtomic的涂層技術(shù)而形成的全新的硬質(zhì)合金涂層牌號(hào)。DurAtomic涂層的a-Al2O3由原子長成，與通常的CVD涂層所生成的a-Al2O3相比，DurAtomic涂層具有更高的耐磨性和韌性。TP2500被設(shè)計(jì)成普通鋼件車削(ISOP15～P30)的首選牌號(hào)，也可作為ISOM20和ISOK30的補(bǔ)充牌號(hào)。據(jù)山高公司技術(shù)人員介紹，新的TP2500刀片可提高加工效率50%以上，提高刀具壽命300%以上。

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德國藍(lán)幟金屬加工技術(shù)集團(tuán)倍銳特公司(LMT-BOEHLERIT)利用中溫化學(xué)涂層技術(shù)開發(fā)出了“黃色氧化鋁復(fù)合涂層”技術(shù)，結(jié)合該公司新開發(fā)的Durotec齒狀過渡層技術(shù)，使黃色氧化鋁涂層和過渡層間在具有極好的粘合性的同時(shí)，又具有良好的散熱性，并推出了SteeltecLC215K和LC225K系列刀片牌號(hào)。SteeltecLC215K在切削鋼材時(shí)可以達(dá)到300m/min以上的切削速度，刀片壽命比現(xiàn)有其它刀片提高了30%。而SteeltecLC225K則在LC215K的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了刀片的韌性，使刀片使用壽命在原有的基礎(chǔ)上又延長了30%。

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納米結(jié)構(gòu)涂層(Nanocoating)技術(shù)迅速發(fā)展的涂層新技術(shù)，其涂層材料的晶粒度一般都在100nm以下，具有良好的切削性能。這次展會(huì)上，國內(nèi)、外多家公司都有納米結(jié)構(gòu)涂層新牌號(hào)推出。日本住友電工硬質(zhì)合金株式會(huì)社推出的超級(jí)ZX涂層牌號(hào)(ACP200、ACP300、ACK300和AC530U)，采用了相互交疊的總層數(shù)達(dá)1000層的超薄TiAlN與AlCrN納米級(jí)涂層，每層涂層的厚度約為10納米，大幅度提高了涂層表面的硬度和抗氧化性。與傳統(tǒng)的TiAlN涂層相比，超級(jí)ZX涂層的硬度提高了40%，開始氧化溫度也提升了200℃，從而提高刀具的加工效率1.5倍；在相同切削條件下，提高刀具壽命2倍。推出納米結(jié)構(gòu)涂層新牌號(hào)的還有日本日立株式會(huì)社，該公司新推出的納米涂層ATH、ACS系列牌號(hào)與通常的TiAlN(PVD)涂層牌號(hào)相比，具有更高的硬度和耐氧化性，其耐氧化溫度達(dá)到1100℃，顯微硬度達(dá)到3600HV，可適用于從預(yù)硬鋼到淬火鋼的高速干式切削加工。株洲鉆石切削刀具股份有限公司新推出的納米結(jié)構(gòu)nc-TiAlN涂層新牌號(hào)(YBG102、YBG202、YBG302和YBG203)是在超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金基體表面涂覆2～4μm的納米TiAlN，該系列牌號(hào)覆蓋了鋼、不銹鋼、鑄鐵、耐熱合金、高溫合金、鈦合金等大多數(shù)材料的車削和銑削加工，具有廣泛的適應(yīng)性。 內(nèi)容來自kaixin100

在涂層中，通過晶粒細(xì)化技術(shù)來提高涂層表面光潔度，使涂層表面光滑，以提高涂層刀具抗摩擦、抗粘結(jié)的能力也是涂層技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。日本三菱綜合材料株式會(huì)社推出的高效加工鋼材的專利技術(shù)UC6110超級(jí)涂層硬質(zhì)合金牌號(hào)，前刀面為由抑制結(jié)晶生長的細(xì)至納米級(jí)的TiCN與抑制結(jié)晶生長的納米級(jí)三氧化二鋁構(gòu)成的納米結(jié)構(gòu)CVD涂層，具有極高的韌性和超強(qiáng)的耐磨損性，外表面為一層黃色的特殊Ti金屬化合物，使涂層表面平滑化。后刀面為黑色的超平滑涂層，以確保刀具磨損的穩(wěn)定性。住友電工硬質(zhì)合金株式會(huì)社新推出的超級(jí)FF涂層牌號(hào)(AC410K、AC610M、AC630M、ACP100、ACK200)，是在專用的硬質(zhì)合金基體上，涂覆超細(xì)晶粒的TiCN，提高了涂層與基體的結(jié)合力，再在其上涂覆超細(xì)超平滑化的FF鋁基膜，使表面硬度提高了30%，表面粗糙度降低了50%，與通常的材質(zhì)相比，可提高加工效率1.5倍，提高刀具壽命2倍以上。 Kaixin100網(wǎng)絡(luò)，Kaixin100

從這次展會(huì)所推出的硬質(zhì)合金刀具材料新牌號(hào)可以看出，當(dāng)前硬質(zhì)合金刀具材料牌號(hào)正向著兩個(gè)相反的方向發(fā)展，一方面，通用型牌號(hào)的適用面越來越廣，通用性越來越強(qiáng)。另一方面，專用型牌號(hào)越來越具有針對(duì)性，更加適應(yīng)被加工材料和切削條件，從而達(dá)到提高切削效率的目的。如：美國Kennametal公司推出的新的KU系列(KU10T、KU25T、KU30T)牌號(hào)就具有非常廣泛的通用性。其中，KU10T和KU25T采用了具有高韌性的和高耐磨性的硬質(zhì)合金基體，并配以高含鋁量的TiN+TiAlN復(fù)合PVD涂層；而KU30T則采用了韌性極好的富鈷層梯度硬質(zhì)合金基體，配以TiN+TiCN+TiN復(fù)合CVD涂層。新的KU系列牌號(hào)可廣泛適用于鋼、不銹鋼、鑄鐵、非鈦合金、高溫合金和硬材料的車削、鏜孔、切槽、切斷和螺紋加工。該公司新推出的KC5510和KC5525則是專為高效率加工高溫合金而設(shè)計(jì)的牌號(hào)，晶粒細(xì)化的高鈷硬質(zhì)合金基體，配以高性能的TiAlNPVD涂層，使刀片具有極強(qiáng)的抗熱變形能力，可以比其它PVD涂層刀具提高兩倍以上的切削速度。日本Tungaloy超硬工具株式會(huì)社推出的T6000系列牌號(hào)(T6020、T6030)，則是專為不銹鋼車削加工開發(fā)的CVD牌號(hào)。ISCAR公司推出的專用于高速銑削加工灰鑄鐵和球墨鑄鐵的DO-TEC涂層牌號(hào)(DT7150)，采用了Al2O3-MTCVD內(nèi)涂層加TiAlNPVD外涂層的復(fù)合涂層技術(shù)，具有極高的耐磨性及抗剝落性。 Kaixin100內(nèi)容管理系統(tǒng)

從本次展會(huì)可以看到，金剛石CVD涂層刀具的性能又有了進(jìn)一步的提高，產(chǎn)品覆蓋了可轉(zhuǎn)位刀具和整體硬質(zhì)合金刀具。廈門金鷺特種材料有限公司展出了新開發(fā)的“青霜”系列超細(xì)結(jié)晶金剛石涂層立銑刀。與通常的金剛石涂層相比，“青霜”系列金剛石涂層為超細(xì)結(jié)晶，平均粒度<1μm，涂層表面更加光滑，刀具壽命可提高20倍以上。日本OSG公司也展出了適用于石墨電極和銅電極加工的超微粒結(jié)晶金剛石涂層銑刀，結(jié)晶粒度為1μm，涂層厚度6～20μm，使刀具的刃口更加鋒利，減少切削中的粘結(jié)，降低了工件表面的粗糙度。美國SGS刀具公司則推出了非晶體的金剛石(AmorphousDiamond)涂層立銑刀，用以加工最具磨損特性的材料。刀具表面是沿著刀具曲面精確形成的晶瑩光滑的厚度約為1μm的非晶體金剛石薄膜，其最顯著的特點(diǎn)是使刀具在具有金剛石極高的抗磨損能力(表面硬度達(dá)60～90GPa)的同時(shí)，又具有光滑的刀具表面，降低了刀具表面與工件的摩擦，從而大大降低了切削溫度。此外，非晶體金剛石涂層的另一大特點(diǎn)是對(duì)刀具基體材質(zhì)沒有特殊要求，可在任何材質(zhì)的刀具基體表面涂覆，其涂覆溫度僅為150℃。據(jù)介紹SGS非晶體金剛石刀具可比AlTiN涂層刀具的壽命長6倍。 Kaixin100內(nèi)容管理系統(tǒng)

納米及超細(xì)結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金將成為未來技術(shù)發(fā)展的新方向。普通結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的耐磨性與韌性相互排斥，協(xié)調(diào)這種矛盾一直是硬質(zhì)合金研究方面焦點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，在硬質(zhì)合金粘結(jié)相含量一定的情況下，當(dāng)碳化鎢(WC)晶粒度減小到0.8μm以下時(shí)，不僅合金的硬度提高，而且強(qiáng)度也有提高，隨著晶粒度的進(jìn)一步減小，提高幅度更加明顯。
     這種兼有高硬度和高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金刀具在加工硬而脆的材料(如冷鑄鐵等)時(shí)顯示出優(yōu)異的使用性能。WC-10Co超細(xì)硬質(zhì)合金的硬度(HRA)可達(dá)到93，橫向斷裂強(qiáng)度大于5000MPa。納米及超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金具有普通硬質(zhì)合金不可比擬的優(yōu)越性能，滿足現(xiàn)代加工工業(yè)以及特種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?a target="_blank" href="/index.php?m=404&c=index&a=jump&go=11d1f6ceda96397818e9f60061c4c54d" target="_blank" rel="nofllow" src="https://baike.so.com/doc/5380698-5616974.html" style="margin: 0px; padding: 0px; color: rgb(19, 110, 194); text-decoration: none;">新材料加工要求的能力大副提高。納米及超細(xì)結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的這種“雙高”(高耐磨性、高韌性)性能，特別適用于制造適應(yīng)高負(fù)荷、高應(yīng)力磨損、銳利、剛性好工具和模具，如印刷電路板(PCB)微鉆、V-CUT刀、銑刀等。

     關(guān)于納米及超細(xì)結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的晶粒度問題，目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為，晶粒度小于0.5μm的硬質(zhì)合金為超細(xì)硬質(zhì)合金，晶粒度小于0.2μm的硬質(zhì)合金為納米硬質(zhì)合金。在這方面，瑞典Sandvik和德國粉末冶金協(xié)會(huì)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)權(quán)威。
    20世紀(jì)90年代以來，圍繞細(xì)化晶粒，制取超細(xì)乃至納米結(jié)果硬質(zhì)合金的研究開發(fā)已經(jīng)成為世界硬質(zhì)合金技術(shù)領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。美國Rutgers大學(xué)于1989年率先研制成功納米結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金并取得專利。納米結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的問世，是硬質(zhì)合金領(lǐng)域中具有劃時(shí)代意義的重大突破，為解決硬質(zhì)合金強(qiáng)度和硬度之間的矛盾開辟了新的途徑。

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