关于硬质合金拉丝模的总结与思考

硬质合金拉丝模是金属制品拉拔行业中非常重要的易耗工具，该工具经历了铸铁模，合金钢模、金刚石模、硬质合金模、聚晶模等发展阶段。
德国人发明硬质合金的初始动机便是用来做拉丝模具，可以说拉丝模是硬质合金出现的直接诱因。五十年代，中国才有了硬质合金工业，自此，国内的硬质合金拉丝模的使用也逐步地普及开来。中国和日本、瑞典、意大利等国目前使用的拉丝模坯，基本上都是WC—Co类硬质合金，但也有的国家添加了少量稀有元素的碳化物，在制造工艺上也不完全相同。我国用于拉丝模生产的硬质合金的钴含量，与苏联的基本相同，国内传统的硬质合金拉丝模材质多为YG8合金，少量YG15，YG6X。后来，为了获得更好的耐磨性，又将YG8中的Co含量由8 降至7或6或3 ，但Co含量的降低必定会导致合金的冲击韧性和抗弯强度明显下降，近年也采用了与硬质合金行业世界老大瑞典Sandvik相同的钴含量。日本、意大利拉丝模坯牌号的钴含量都与Sandvik相近。表1列出了各国用于拉丝模的硬质合金牌号。我国拉丝模一般都很少使用添加有稀有金属碳化物(如TiC、TaC、NBC等)的硬质合金．老外有的使用含有这些碳化物的牌号。含有这些碳化物的拉丝模，可以改善硬度、提高耐磨性能，但会使拉丝模的抗弯强度降低。当然，国内近年来也开始在研究添加稀添加碳化物、稀土元素等来改善合金的性能，比如，764的熊继他们通过在YG8中添加稀土元素来提高合金的性能；天津硬质合金研究所在YG8中以添加1%TaC的办法来抑制烧结过程中的晶粒长大，细化晶粒，从而使拉丝模的使用寿命大大地高于一般YG8硬质合金；上海材料总厂对YG8拉丝模采用降低钴量至6%左右的同时，添加少量的TaC的办法，使拉丝模在拉拔A3钢、YIF钢、2#钢、铜等材料时产量提高1倍。但，尽管如此，国内硬质合金拉伸材料其本上没脱离YG6、YG8老牌号。所以说对常规硬质合金而言，想通过成分设计来提高合金性能已经基本没什么搞头了，大家都知道该用什么样的成分配比，关键是要实际生产出设计的成分牌号的合金，而且还要保持质量的稳定。（这才是真工夫所在哦）表1列出了各国用于拉丝模的硬质合金牌号





国别

牌号

成分

HRA

DensityG/mm3

TRSN/mm2


WC

Co

Add.


中国

YG3

97

3

无

91

15.0~15.3

1176


YG6

94

6

无

89.5

14.6~15.0

1421


YG8

92

8

无

89

14.8~14.9

1470


苏联

BK3

97

3

无

89

15.0~15.3

980


BK6

94

6

无

88.5

14.6~15.0

1420


BK8

92

8

无

87.5

14.8~14.9

1570


德国

G10

94

6

无

HV1550

14.6

1670


G15

91

9

无

1450

14.4

1860


G20

88

12

无

1300

14.2

2060


意大利

-

94.12

5.4

Mo0.08Ti0.11Ta0.48

-

-

-


-

93.32

6.0

Mo0.11Ti0.03Ta0.54

-

-

-


小日本

D1

94

6

有

92

15.1

1765


D2

93

7

无

90.5

14.8

2060


D3

90

10

无

90

14.6

2450
（从上表中的数据就可以看出人家德国和小日本的控制水平就要牛些，你看人家的密度就一个单值，说明人家的成分设计的什么，出来的就是什么，不像我们和苏联是一个范围，即成分在一个范围内波动，碰得好就好（没有第三相出现），碰得不好就死了）硬质合金拉丝模所用碳化钨的质量对拉丝模的使用寿命影响甚大。意大利、瑞典、德国等老外国家的拉丝模具碳化物的总碳为6.12～6.18％的饱和碳量 ，而国内的只有5.85～6.10%。老外的硬质合金总碳的波动范围很小．国内合金中的总碳波动范围相对就比较大了。大家都知道，只有将硬质合金的碳含量的波动值控制在很小范围内，才能消除η相和石墨，这样才能提高拉丝模的耐磨性，适应高速拉拔的要求。（不管做什么用的硬质合金，总碳的控制都是最重要的，是生命线。而影响这个因素又实在太多了，从原料粉末，混合料制备，物料储存，烧结，各个环节都有影响碳量的因素，要控制两相范围如此窄的硬质合金实在是很考技术和管理水平啊。所以说成分设计谁都会，但就是完全相同的成分，生产出来的东西就是不一样，这就是为什么人家老外敢公开自己的材质成分的原因，人家明明白白地告诉你我这个东东含a多少多少，含b多少多少，呵呵你还就是做不出人家相同的东东。说起来真是让人泄气啊。这其实很简单，质量控制能力不如人）硬质合金拉丝模的力学性能与碳化物的原始粒度及硬质合金本身的孔隙度有很大关系，钴含量和碳化钨粒度对硬质合金性能的影响是最基本常识了，地球人都知道（哦不，地球上搞硬质合金的人都知道，呵呵）。由于拉拔速度的提高，国外好象已经使用超细颗粒的硬质合金来制作拉丝摸了。国外碳化钨的粒度分为四级，微粒度0.5～1.5um，细粒度1.5～2.5um，中粒度2.0～3.5um，粗粒度3.0～6.0um，（好象还有小于0.5的，不过还不很成熟）。如意大利拉丝模的粒度平均在1.0～1.2um，日本的在0.5～1.5um 或1.5～2.5um 两类，国内好象一般在1.2～1.6um之间，（WC原料粉末越细，碳化就能进行得越充分，碳量就越饱和，W2C等含量就会越少，这对合金性能有很大的影响，国内厂最细的WC据说已经做到了0.4，只是粒度分布还不均匀，但人家小日本好象都能做出了0.2的优质WC粉，真是很没面子啊。）老外拉拔模用硬质合金中的孔隙度控制是相当严格的，包括石墨夹杂在内大都在0.1% 以下，而我国的硬质合金的孔隙度一般都是0.2%左右，如果包括石墨夹杂在内孔隙度一般为0.5% 左右（差距实在是很大啊！加油要！），老外们还采用热等静(HIP)处理大大降低了合金中的孔隙度，因此改善了硬质合金的抛光性能，提高了拉丝模的耐磨性和抗弯强度，特别是对粗丝拉拔使用的模子，更能提供稳定的强度，这样的硬质合金材质保障了高速拉拨用模的可靠性。 另外，好象拉丝模的孔型设计也是影响使用寿命的重要因素，主要包括，锥角（入口锥角、润滑锥角、工作锥角、出口锥角）和定径带参数的设计，好象还有个什么“圆滑过度思想”和什么“直线型理论”。（呵呵，这个我不是很懂，好象要从受力啊，磨损机理啊等方面去考虑，还要继续学习）。硬质合金拉丝模作业时的破损及磨损机理问题：
（一）硬质合金拉丝模作业中的破损
考察硬质合金拉丝模的失效通常能发现以下几种破损形式：纵裂、横裂、脱芯、跑号、正常磨损，概括几种破损的原因分析如下：
纵裂：硬质合金模芯的外圆未加工，模套内孔加工质量差，呈锥形孔、梯形孔、镶装过盈不够，几何角度不合理，压缩量过大，硬质合金缺陷或牌号选择不当，材料抗张强度不够。
横裂：硬质合金外圆未加工，模套内孔加工质量差，呈阶梯状，镶装上下过盈不一，硬质合金缺陷，牌号选择不当，材料抗张强度不够；
跑号：硬质合金材料不耐磨，拉伸作业时润滑不好；
脱芯：镶装几乎无过盈，模套材料质量差；
综上，归纳为硬质合金材料（质量缺陷、牌号选择）原因，模具加工，制造原因及模套材质原因。就现状而言，提高拉丝模具的硬质合金材料质量，包括合理的牌号选择，材料设计，确保高耐磨性，高抗张强度的协调统一，合理的孔型设计（润滑区、工作区、定位区、出口角度、尺寸设计）是提高拉丝模整体水平的关键。 （二）硬质合金拉丝模磨损机理问题
拉伸高碳钢，尤其高碳钢、弹簧钢、特硬钢、高粘度合金钢之类时，现用的WC/Co类硬质合金常常表现为耐磨性或抗张强度不够，寿命很不理想。
这类材料拉伸时，界面发生粘附和扩散。由于在这类材料界面处拉伸材料向硬质合金发生Fe的扩散，但由于被拉伸材料的碳量较高而Fe的扩散数率较弱，而合金中的Co向被拉伸材料中的扩散因材料的高碳而异常强烈。钴的强烈扩散使得合金急剧磨损，从而减弱了硬质合金表面WC/Co的粘结，松散的WC相被拉伸材料快速地磨削剥落带走。在没有冷却的干磨条件下，这种磨损又往往会由于热疲劳效应而加速。
鉴于硬质合金拉伸材料的磨损主要是因拉伸高碳材料时钴的扩散消耗，减弱了WC/Co的粘结引起的，因此抑制或阻止这种Co扩散是解决这类材料磨损，延长其使用寿命的关键。