金属陶瓷是由金属与陶瓷组成的非均质材料。金属具有高的热稳定性和韧性,而陶瓷具有高的硬度、耐火度、耐蚀性,将两者结合起来,形成了具有高强度、高韧性、高耐蚀的新型材料。
金属陶瓷中的金属主要有铁、钛、铬、镍、钴及其合金,起黏结作用。常用的陶瓷有各种氧化物(Al3O2、ZrO2、MgO等)、碳化物(WC、TiC、SiC等)、硼化物(TiB、ZrB等)、氮化物(TiN、BN、Si3N4),它们是金属陶瓷的基体。
通常以陶瓷为主的金属陶瓷多用作工具材料,以金属为主的金属陶瓷多用作结构材料。
9.2.6.1 碳化物基金属陶瓷
碳化物基金属陶瓷是用一种或几种难熔的碳化物粉末(WC、TiC 等)与作为黏合剂的金属(Co、Ni)粉末混合,常温加压成型,并在高温下烧结而成。碳化物基金属陶瓷根据金属含量不同可作工具材料,也可用作耐热结构材料。作工具材料时,通常称为硬质合金,常用硬质合金有以下几类:
1.钨钴类硬质合金
它由 WC 粉末和软的 Co 粉末混合制成,代号以 YG(“硬钴”的汉语拼音字首)表示,常用牌号有 YG3、YG6、YG8等,牌号后面的数字代表Co的百分含量。例如,YG6 是含 Co 量为 6%的硬质合金,其余为 WC 量。Co的含量越高,韧性和强度越好,但硬度、耐磨性降低。
这类硬质合金的韧性好,抗弯强度高,但热硬性稍差,主要用作加工铸铁、有色金属及非金属等脆性材料。
2.钨钴钛类硬质合金
它由 TiC、WC 和 Co 的粉末混合制成,代号以 YT(“硬钛”汉语拼音字首)表示,常用牌号有 YT5、YT10、YT15 等,牌号后面的数字表示TiC的百分含量。如 YT10 表示含 TiC 为 10%,其余含量为 WC 和 Co。TiC 含量越高,热硬性越高,但韧性降低。(www.daowen.com)
钨钴钛类硬质合金有很高的硬度、热硬性,优于钨钴类硬质合金,但抗弯强度与冲击韧性比钨钴类低,主要用作加工碳钢、合金钢等塑韧性较好的材料。
3.通用硬质合金
在 YT 类硬质合金中,用 TaC 或 NbC 取代部分 TiC,也称之为万能硬质合金,代号 YW(“硬万”的汉语拼音字首),牌号有 YW1、YW2,牌号后面的数字表述顺序号。
这类硬质合金具有上述两种硬质合金的优点,可用于加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工钢材。
4.钢结硬质合金
基体相仍是碳化物,但含量少,而黏合剂采用合金钢或高速钢粉末,且含量高。其热硬性与耐磨性比一般硬质合金稍低,但优于高速钢,韧性比普通硬质合金好得多,可像钢一样进行锻造、热处理和切削加工。钢结硬质合金一般用于制造各种形状复杂的刃具,如麻花钻头、铣刀等,也可制造在较高温度下工作的模具和耐磨零件。
9.2.6.2 氧化物基金属陶瓷
在这类金属陶瓷中,应用最多的是氧化铝基金属陶瓷,铬作为黏合剂,但铬的含量不超过 10%。铬表面氧化形成 Cr2O3薄膜,能和 Al2O3形成固溶体,故可将其粉粒牢固地黏接起来,而铬的高温性能较好,抗氧化性和耐腐蚀性较高,所以和氧化铝陶瓷相比,改善了韧性、热稳定性和抗氧化性。
氧化铝基金属陶瓷的特点是热硬性高(达1 200 °C)、高温强度高、抗氧化性良好,与被加工金属材料的黏着倾向小,可提高加工精度和降低表面粗糙度,适合高速切削,可用于切削冷硬铸铁和淬火钢,还可切削加工 34~42 HRC 的长管件,如炮筒、枪管等,也可用作工具材料,制造刃具、模具、喷嘴、密封环、热拉丝模等。
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