不含WC，Co 最新硬质合金材料

超硬合金向来以其优越的特性广泛应用于塑性加工工具中，其主要成分为钨以及钴等稀有金属，因此价格昂贵。特别是占超硬合金8成的材质钨，中国占有了半成的储存量和8成的出产量，更由于如今稀有金属供不应求和政策的原因，未来价格以及调配的前景都不被看好。

为了响应国内业界的国内储备，稀有金属再利用，有效利用可延长工具寿命材料等一系列的政策，本社积极开发不含有稀有金属的新型硬质合金材料。本文中将会介绍2010年新上市的由钛系复合硬质合金制成的新型合金材料“金属陶瓷”（CT500系列）。

所谓金属陶瓷

1、金属陶瓷的概要

所谓金属陶瓷就是以TiCN为主原料，将其与金属物质烧结而成的材料，并且是一种不添加钨和钴的新材料

制法与超硬合金相同，使用的都是粉末冶金法。金属陶瓷的组织写真(图1所示)，灰色部分是TiCN粒子，白色部分是与金属物质的结合部分。

本社主要的合金材料有金刚石，陶瓷，超硬合金等，金属陶瓷的位置介于陶瓷和超硬合金之间。以WC＋TiC为主要成分的金属陶瓷，向来其适用领域是切削工具类，如今通过提高金属陶瓷的韧性，使其也能适用于模具领域。

2 、金属陶瓷的特征

金属陶瓷的特征如下所述

①硬度和韧性很均衡

金属陶瓷中具有代表性的CT510，有着与超硬合金相同的弹性模量，破坏韧性，抵抗力，是一种耐磨性与耐崩性比较均衡的工具材料。

②加工材料的光洁度较好，耐热性优越。

与不锈钢及铝制品的摩擦很小，可抑制起热。

③抗氧化性好

放在900摄氏度的大气压中也有良好的氧化性，即使高温条件下也能稳定使用。

④耐高温性

即使700摄氏度以上的高温雾气环境下，硬度与韧性变化也很小。

⑤重量轻

由于主要成分是TiCN，比重只有5.8，是超硬合金的三分之一。

⑥热传导率

由于其低热传导率，在热间加工时可抑制被加工材的冷却。

⑦可加工复杂形状的产品。

加工性能出众，即使是复杂形状的陶瓷材料产品也可加工。

3、金属陶瓷适用的工具案例

①不锈钢·铝合金

②精密热间锻造工具

③粉末成型工具

④在高温环境中使用的工具

等等领域都在推广使用。

金属陶瓷的机械性特征

金属陶瓷  CT510与耐磨性一般的超硬合金VM30（CIS）的机械特性比较如表所示。CT510的硬度，抵抗力，破坏韧性值，压缩强度与超硬合金相似，但比重只有后者的三分之一，热传导率只有十分之一。由于热膨胀系数为后者的1.5倍，弹性率只有70%，所以由于温度变化而引起的变形量为原来的1.5倍，承受重物的变形量为1.4倍，因此在使用时要注意。

金属陶瓷的各种特征

金属陶瓷的摩擦系数，耐高温性，抗氧化性，高温硬度，低热传导率等各种特点如下所示。

1、耐磨系数

图2中SKD11的各种耐磨系数，CT510及其他的工具材料经过测试（无润滑剂）之后结果如图所示。CT510的摩擦系数与硬质合金比较大约是二分之一，比其他材料低许多。因此在抑制发热的同时可能也降低了加工阻力。

2、耐高温性

为了验证耐高温性，SUS304不锈钢的测试结果如图3所示。CT510与以往的超硬合金，以及经过化学涂层之后的超硬合金模具比较，界限上升了20%，能有效避免发热。

如今我司为了进一步提高其耐热性，以在表面形成润滑剂和降低接触面积为目的，开发了在模具表面增添凹凸处的表面性能。

除此之外，在丰桥技术大学实施的CT510，硬质合金，SKD11凹模用铁粉压制时的重量测定结果如图4所示。凹模在涂上润滑剂的情况下，冲压重量比较小，在没有润滑剂的情况下冲压重量比较大。CT510凹模的重量比SKD11的凹模重量低了约50%，与以往的超硬合金相比也轻了不少。另外在不适用润滑剂的情况下，比起其他材料的凹模压粉体表面会发热的情况来说，CT500凹模在压粉体表面基本不起热，并且压粉体的密度也提高了。

3、抗氧化性

图5所示的是CT510与各种硬质合金，在大气中承受高温时，由于氧化而产生的重量增加的比较测试结果。比起超硬合金在600度时急剧氧化的情况，CT510在900摄氏度时都几乎不氧化。

4、高温硬度

图6所示的是在惰性气体的包围下，SKD61和CT510的高温硬度测定。CT510在超过600摄氏度的情况下并没出现硬度急剧降低的情况。

5、低热传导率

图7是在大阪大学进行的利用CT510与超硬合金模具对SCR420进行热间锻造的实验结果。

CT510的热传导率约是硬质合金的十分之一，锻造时基本不获取被加工物的热量，可进行高温加工（在变形较小的状态下），从图中横轴表示加工速度领域的数据中可看出压缩力很小。因此，可下调被加工物的设定温度以及使用小型冲压机进行加工。

金属陶瓷今后的展望

本文介绍的CT510，在CIS的分类记号为VM-30（相当于本社超硬合金D2），如今本公司打算拓展领域，与VM-50相当的CT520也开发成功了。这些产品的硬度，韧性都会归入金属陶瓷产品的各个系列中，今后将根据以下产品进行开发。

①锂电池，燃料电池的加工工具

②燃料电池金属分离器的成型工具

③铝合金的冷间·热间锻造

④冷锻·热锻加工工具

⑤各种温锻·热锻加工工具

本文中介绍了TiCN系复合金属陶瓷（CT500系列），今后不仅要改善传统的超硬合金涂层工具中存在的问题，也要想方设法提到钨，钴材料，为了降低对稀有金属的消耗量，稳定提供硬质工具材料而不懈努力。

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