本文第1部分論及：銅鎳合金BFe30-1-1在海水、淡水和蒸氣中具有高的耐蝕性的特性使其多應用在冷凝器和恒溫器方面，但其較差的可切削性，使得研製新型的鋼結硬質合金鑽頭成為必要。這部分內容討論鑽頭合金材料的選擇。

二、 鑽頭合金材料的選用

本文所談及的新型鋼結硬質合金鑽頭材料選用株洲硬質合金廠提供的D3牌號鋼結硬質合金，只所以不選用單純的硬質合金材料，是因為硬質合金的硬度雖然很大，但是抗扭轉力的強度仍然不夠，在鑽削銅鎳合金BFe30-1-1時同樣容易產生積屑瘤，加速刀具老化和磨損，甚至折斷。而鋼結硬質合金材料很好地解決了這一難題。

鋼結硬質合金本是受硬質合金的生產過程啟發而發展出來的，也是用粉末冶金方法製備的高硬度材料。它由高速鋼粉末和硬質合金粉末混合後壓制、燒結而成。它與硬質合金的區別在於硬質相含量降低到50%以下，並且以鋼為黏結劑，獲得在鋼的基體上均勻分佈著大量細小合金碳化物顆粒的組織。鋼結硬質合金可以鍛造成形，便於製造不同形狀的工具，而且鍛造可以克服粉末冶金製品緻密度不夠高的缺點，改善了鋼結硬質合金的力學性能。鋼結硬質合金退火狀態下的硬度約在35～45HRC之間，仍然可以被切削加工。淬火、回火使鋼結硬質合金的基體強化，硬度和耐磨性進一步提高。由此可見鋼結硬質合金是一種介於硬質合金和工具鋼之間的工具材料，它有硬質合金所不具備的可加工性，可以用鍛造、焊接和切削加工方法製成不同形狀的工具，可以通過熱處理改變其性能以分別適應加工性和使用性能的要求。

D3牌號的鋼結硬質合金是一種相對新型的工具材料，的主要成分為W18Cr4V(70%)和WC(30%)。其使用性能介於硬質合金和高速鋼之間，其硬度高於高速鋼(熱處理硬度68～71HRC ) ，而強度高於硬質合金，用其製作的麻花鑽可在搖臂鑽床上對銅鎳合金管板孔進行鑽削加工。鋼結硬質合金鑽頭在結構及幾何角度上作了某些改進，較為顯著地提高了切削效率和刀具壽命，可以滿足加工要求。在Vc=26～30m/min, f=0.36～0.50mm/r條件下，刀具每刃磨一次可加工150～300個孔。

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第一種通過嚴格控制碳量的方法，是發現無論是WC-Ni合金還是WC-Co合金，碳含量都是影響鎢（W）在粘結相中固溶量的重要影響因素，其變化的範圍約為10% - 31%之間。當W在Ni粘結相中固溶量超過17%，此時的硬質合金就呈現出無磁性。從本質上說，其就是通過降低碳含量的方法，使得W在粘結相的固溶量的到一定程度的提高，從而獲得無磁硬質合金。在實際的工作操作過程中，通常所採用的WC粉末的碳含量一般是低於理論碳含量的，或者是通過在混合料中加入鎢粉的方法來達到生產低碳合金的效果。然後，單靠利用控制碳量的方法來實現制取無磁合金是較為困難的。

第二種方法是通過添加鉻（Cr）、鉬（Mo）、鉭（Ta）等元素來實現無磁硬質合金球的製造。高碳的WC-10% Ni (wt%重量百分比) 合金在常溫下呈鐵磁性，如果以金屬的形式添加0.5%以上的Cr、Mo和1%以上的Ta，可使高碳合金由鐵磁性轉變為無磁性。添加Cr，合金磁性與碳含量無關，Cr在合金粘結相中與W一樣大量固溶的結果。而添加Mo、Ta的合金只能在一定的碳含量下轉變為無磁合金。由於Mo、Ta在粘結相中固溶量較少，大部分Mo、Ta只是奪取WC中的碳形成了相應的碳化物或碳化物固溶體，所以合金成分向低碳側偏移，從而引起W在粘結相中的固溶量增加。也就是說，添加Mo、Ta的方法實際上還是通過降低碳含量來獲得無磁合金，雖然不如添加Cr容易控制，但比純WC-10%Ni合金在控制碳含量方面相對容易些，含碳量的範圍由5.8% - 5.95%拓寬至5.8% - 6.05%。

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http://news.chinatungsten.com/big5/tungsten-information/78754-ti-10021

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無磁合金，這也是在日常生產中被不斷提及的一個新名詞，它是指沒有磁性或者弱磁性的硬質合金材料。由於生產磁性材料的成型模具要求採用無磁性的材料，以往一直使用的是無磁鋼，其模具性能較差，硬度偏低、使用壽命較短，且使用一段時間過後模具的內壁已產生嚴重的拉毛、變形等問題，從而影響了磁性材料的尺寸精度和表面品質。採用無磁硬質合金球可以利用其優良的各項物理化學性能全面代替原本鋼球，可大幅度提高工作效率。

此外，無磁硬質合金材料的成功研發也是新型硬質合金發展的一個重要的里程碑，其可通過粉末冶金的方法進行。其中鎳（Ni）的居裏點較低為354℃，可利用一定的方法將其降低到室溫以下，而將鎳（Ni）作為粘結劑也是制取無磁硬質合金的必備條件之一。獲得WC-Ni無磁硬質合金的方法有嚴格控制碳含量、添加鉻（Cr）、鉬（Mo）、鉭（Ta）等元素以及添加NiB或AL等元素，下文將一一介紹幾種方法的優缺點及適用條件。














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一、設計新型鋼結硬質合金鑽頭的緣起：銅鎳合金BFe30-1-1的機械加工特性。

BFe30-1-1也叫鐵白銅，為結構銅鎳合金（其化學成分和力學性能分別見表1和表2），

具有良好的力學性能，在海水、淡水和蒸氣中具有高的耐蝕性，常用於造船業中，在高溫，高壓，高速條件下工作的冷凝器和恒溫器。比如，汽輪機冷凝器(熱交換器)管板通常選用低碳鋼或低合金鋼材料製造，但對於一些要求具有耐腐蝕性和較高機械性能的管板，則需選用銅鎳合金材料BFe30-1-1，

但由於BFe30-1-1材料成分含鎳較高，因此機械加工性（特別是可切削性）較差。尤其對於在半封閉狀態下進行的鑽孔工序，加工更為困難。如採用W18Cr4V高速鋼標準麻花鑽加工，由於被加工材料韌性和粘性均較大，切削刃極易粘屑並產生積屑瘤，使刀具刃口迅速鈍化，從而導致刀具校正刃與孔壁劇烈擠壓和摩擦，產生刺耳雜訊，加工幾個或幾十個孔後，刀具主切削刃和側刃即嚴重磨損，如繼續加工，則切屑會將管板孔壁拉出較深溝槽，嚴重時會造成鑽頭折斷。為解決銅鎳合金管板孔的加工難題，科研人員研製了新型鋼結硬質合金鑽頭。

表1 BFe30-1-1化學成分 

（本文分为6部分，这是第1部分；第2部分请参考链接：

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