自1923年硬質(zhì)合金成功研制以來,距今已有整整100年的歷史。這種合金以抵御高溫和快速加工的能力而聞名,是很多現(xiàn)代機床刀具的根基,對金屬切削工具制造商也有著與眾不同的意義。為紀念這一劃時代的歷史事件, 全球金屬切削領(lǐng)域?qū)�業(yè)企業(yè)山特維克可樂滿Sandvik Coromant 部門經(jīng)理Rickard Sundstr?m撰文,通過硬質(zhì)合金的豐富發(fā)展史,探討如何確保未來對該材質(zhì)的供應(yīng),以及對于行業(yè)的不凡意義和百年展望。

歷史上的很多著名時期都會以當(dāng)時的某種材料命名,例如石器時代、鐵器時代等。根據(jù)工具材料對時代進行命名,證明了材料對于社會的重要意義,以及人類不斷提升以找到更優(yōu)材料的驅(qū)動力。經(jīng)過幾個世紀的發(fā)展,工具的應(yīng)用范圍和精密程度發(fā)生了重大改變,但是其作用始終未變 ,對于今日世界的運行依然發(fā)揮著同樣至關(guān)重要的作用。

初期發(fā)展

*批普通合金鋼的誕生歸功于Robert Forester Mushet,他在1868年發(fā)現(xiàn):向鋼中加入鎢,可增加其硬度,甚至在經(jīng)過空氣冷卻處理之后依然硬度不減。這個發(fā)現(xiàn)構(gòu)成了合金發(fā)展的基礎(chǔ),成就了工具鋼的使用。1900年代早期,金屬的形成和加工仍然屬于高深技藝,技藝精湛的手工匠人將工具鋼作為切削刀具材質(zhì)使用。

但由于批量生產(chǎn)需求的增加,尤其是汽車等行業(yè)的起飛,一個事實變得清晰明了:即工具鋼沒有能力繼續(xù)跟上時代的發(fā)展。其有限的耐熱能力導(dǎo)致其面對高溫時會軟化,尤其是在刀具與工件的交互處,從而難以實現(xiàn)高速切削。

因此,高速鋼應(yīng)運而生,其中的鈷含量高于工具鋼。額外添加的鈷提升了高速鋼的熱硬性,從而大幅提高了切削速度。更快速的切削速度使生產(chǎn)率進一步提高,總生產(chǎn)成本下降,*終成為降低車輛價格的因素之一,讓大眾都能夠買得起車。

硬質(zhì)合金問世

高速鋼的成功實現(xiàn)了行業(yè)的進一步發(fā)展,*終促成了硬質(zhì)合金的發(fā)明。1923年3月30日,Osram當(dāng)時的研發(fā)主管Karl Schr?ter成功申請到*項專利 “Gesinterte harte Metallegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung” (DE420689)。該材質(zhì)*初用于燈泡行業(yè)的拉拔模具,其后硬質(zhì)合金被開發(fā)出來,經(jīng)測試后用于切削刀具。1927年,該材質(zhì)亮相于萊比錫 (Leipzig) 一場展覽。精細的硬質(zhì)合金粒子通過金屬粘結(jié)劑,粘結(jié)成復(fù)合材料硬質(zhì)合金。*常見的硬質(zhì)合金包括碳化鎢 (WC)、碳化鈦 (TiC) 和碳化鉭 (TaC),鈷和鎳常被用作粘結(jié)金屬。

如果說高速鋼的誕生變革了制造業(yè)市場,那么硬質(zhì)合金以同樣的方式促成了更快速的加工。鋼件切削速度甚至可以高達每分鐘150米,幾乎比高速鋼快四倍。

正是此時,山特維克開始研制硬質(zhì)合金刀具。山特維克可樂滿Sandvik Coromant品牌于1942年創(chuàng)立,*目的是提供以硬質(zhì)合金為基礎(chǔ)的現(xiàn)代切削刀具。第二年,山特維克可樂滿首批用于金屬切削的硬質(zhì)合金刀具制造成功,而后的五十和六十年代,隨著工業(yè)化的起飛,需求只增不減。

1969年,山特維克可樂滿Sandvik Coromant于全球首先推出陶瓷涂層硬質(zhì)合金刀片。這種陶瓷“Gamma涂層”極大提高了刀具的耐磨和耐熱能力,使金屬切削性能提升了50%之多�？蓸窛M持續(xù)發(fā)展其硬質(zhì)合金產(chǎn)品,為各種行業(yè)研發(fā)新材質(zhì)的鉆頭。2005年,其GC4225硬質(zhì)合金成為全世界暢銷材質(zhì)。

有限資源

那么硬質(zhì)合金的未來如何呢?硬質(zhì)合金生產(chǎn)的核心金屬包括鎢和鈷等,但是這些資源的供應(yīng)有限。以鈷為例,它是鋰離子電池的常用成分,有利于延長電池壽命。然而,不斷飆升的需求以及開采難題意味著我們到2028年就可能會面臨該資源的短缺問題。

為了保護這些有限的資源,制造商和供應(yīng)商必須承擔(dān)起相應(yīng)責(zé)任,為資源的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮應(yīng)有作用�？赏ㄟ^維修和翻新舊刀具的方式使刀具得到二次、甚至三次再利用。而對于完全不可再用的刀具,可通過回購項目售出,使廢料得以循環(huán)再用,制成新材質(zhì)。在山特維克可樂滿Sandvik Coromant,這兩種服務(wù)我們均提供,例如我們*近的鋼件車削刀片包含至少40%的回收再用材質(zhì)。在設(shè)計刀具之時就盡早考慮諸如供應(yīng)和可持續(xù)性等問題,避免不必要的材料浪費。

展望未來

原材料的供應(yīng)將成為影響硬質(zhì)合金未來的一個要素。山特維克可樂滿Sandvik Coromant將繼續(xù)提升并充分利用可持續(xù)發(fā)展計劃。尤其是我們回收業(yè)務(wù)很可能成為關(guān)鍵的發(fā)展方向,因為就其所需能源而言,這仍然是一項挑戰(zhàn)。

雖然實現(xiàn)了重大創(chuàng)新飛躍,但是舊的切削刀具材質(zhì) (例如高速鋼) 對于整體市場依然發(fā)揮著重要作用。毋庸置疑的是,盡管硬質(zhì)合金已經(jīng)發(fā)展了100年,但如今它對于很多行業(yè)而言依然是至關(guān)重要的切削刀具用材。當(dāng)然,其進步空間也一直存在,應(yīng)用也在變化。未來,新的應(yīng)用將不斷出現(xiàn),所以我們將一直面臨挑戰(zhàn):不斷推出更新、更好的解決方案。

山特維克可樂滿

山特維克可樂滿Sandvik Coromant 隸屬于全球工業(yè)集團山特維克,是世界*的金屬切削刀具制造商,同時也是刀具解決方案和專業(yè)加工知識的提供者,致力于制定行業(yè)標準,不斷推出創(chuàng)新技術(shù),在滿足金屬切削行業(yè)當(dāng)前要求的同時,*世界進入工業(yè)4.0時代。教育支持、廣泛的研發(fā)投入和強大的客戶合作關(guān)系確保了機械加工技術(shù)的發(fā)展,改變、*和推動了制造業(yè)的未來。山特維克可樂滿在全球擁有1700多項專利,員工超過7,700名,足跡遍布世界150個國家。