1、硬质合金是使用最广泛的一类高速加工（HSM）刀具材料，此类材料是通过粉末冶金工艺生产的，由硬质碳化物（通常为碳化钨WC）颗粒和质地较软的金属结合剂组成。目前，有数百种不同成分的WC基硬质合金，它们中大部分都采用钴（Co）作为结合剂，镍（Ni）和铬（Cr）也是常用的结合剂元素，另外还可以添加其他一些合金元素。为什么有如此之多的硬质合金牌号？刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料？为了回答这些问题，首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。硬度与韧性WC-Co硬质合金在 具硬度和韧性 具有 。碳化钨（WC） 具有 高的硬度（ 过 化 ）， 在工作 度 高 其硬度也
2、下 。 是，它 的韧性， 这 切削刀具是 不可的性 。为了 用碳化钨的高硬度，其韧性，们 用金属结合剂碳化钨结合在一， 使这种材料currency1具有 过高速“的硬度，同 在大多数切削加工中的切削fi。此外，它还 高速加工fl产生的切削高 。如 ，fl有的WC-Co刀具和刀都采用了 ，此，基材料的作用”不了。 ，正是WC-Co材料的高性数（ 度的，WC-Co的 性数为高速“的 ）为 了不的基。WC-Co基还 fl的韧性。这些性 都是WC-Co材料的基 特性， 也可以在生产硬质合金粉 ，通过 材料成分和 结 定制材料性 。此，刀具性 与特定加工的 性在 大 度 最 的制粉工艺。制粉工艺碳化钨粉
3、是通过 钨（W）粉 碳 理 ”的。碳化钨粉的特性（其是其粒度） 料钨粉的粒度以 碳的 度和 。化 制也，碳 定（ 为6.13 的理 ）。为了通过 工 制粉粒度，可以在 碳 理之前添加 的和/ 铬。不同的下工艺 和不同的最 加工用 采用特定的碳化钨粒度 碳 和铬的组合，通过这些组合的化，可以产生各种不同的碳化钨粉。例如，碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种准牌号的碳化钨粉， 根据用户求定制的碳化钨粉品种可达准牌号碳化钨粉的5以 。在碳化钨粉与金属结合剂一 混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料 ，可以采用各种不同的组合式。最常用的钴为3%25%（）， 在增强刀具抗腐蚀性的情况下，则加
4、入镍和铬。此外，还可以通过添加其他合金成分， 一步良金属结合剂。例如，在WC-Co硬质合金中添加钌，可在不低其硬度的前下著高其韧性。增加结合剂的也可以高硬质合金的韧性， 却会 低其硬度。减小碳化钨颗粒的尺寸可以高材料的硬度， 在烧结工艺中，碳化钨的粒度 不。烧结 ，碳化钨颗粒通过溶解再析出的过 结合和长大。在 烧结过 中，为了成一种完全密 的材料，金属结合剂成液态（称为液相烧结）。通过添加其他过渡金属碳化物，包括碳化（VC） 碳化铬（Cr3C2） 碳化钛（TiC） 碳化钽（TaC）和碳化铌（NbC），可以 制碳化钨颗粒的长大速度。这些金属碳化物通常是在碳化钨粉与金属结合剂一 混合碾磨 加入，尽
5、管碳化和碳化铬也可以在 碳化钨粉 碳 成。用回收的废旧硬质合金材料也可以生产牌号碳化钨粉料。废旧硬质合金的回收和再 用在硬质合金 业已有 长历史，是该 业 个经济链的一个组成部分，它有助 低材料成 节自然资源和避免 废弃材料 无害化 置。废旧硬质合金一般可通过APT（仲钨酸铵）工艺 锌回收工艺 通过粉碎 再 用。这些“再生”碳化钨粉通常具有更好的 可预测的致密性，为其表 积直 通过钨 碳工艺制成的碳化钨粉更小。碳化钨粉与金属结合剂混合碾磨的加工 也是的工艺参数。两种最常用的碾磨技术是球磨和 碾磨。这两种工艺都 使碾磨的粉料均匀混合， 减小颗粒尺寸。为使以压制的工 具有 的强度，工 状，使操作者
6、 机械手 拿工 操作，在碾磨 通常还添加一种有机结合剂。这种结合剂的化 成分可以影响压制成工 的密度和强度。为了有 操作，最好添加高强度的结合剂， 这样会导致压制密度较低，可 会产生硬块，造成在最成品中存在 陷。完成碾磨，通常会 粉料 喷雾干燥，产生由有机结合剂凝聚在一的自由流动 块。通过 有机结合剂的成分，可以根据定制这些 块的流动性和 料密度。通过 选出较 较 的颗粒，还可以 一步定制 块的粒度分 ，以确 其在 入 具有良好的流动性。工 制造硬质合金工 可采用多种工艺 成 。根据工 的尺寸 状 和生产 ，大部分切削刀都是采用 压和压式 性 具 压成 。在 一 压制 ，为了 工 和尺寸的一致
7、性， 流入的粉料（质和积）都完全相同。粉料的流动性 通过 块的尺寸分 和有机结合剂的特性 制。通过在 入 的粉料 加1080ksi（ / 尺）的成 压fi， 可以成 压工 （ 称“ ”）。在 高的成 压fi下， 硬的碳化钨颗粒也不会 碎， 有机结合剂却 压入碳化钨颗粒之 的 之中， 定颗粒置的作用。压fi高，碳化钨颗粒的结合 密，工 的压制密度 大。牌号硬质合金粉料的 压特性可 各不相同， 金属结合剂的 碳化钨颗粒的尺寸和状 成 块的 度，以 有机结合剂的成分和添加。为了 有牌号硬质合金粉料压制特性的化，通常由粉料生产商currency1 压密度与成 压fi的 “。这种可确 的粉料与刀具制造商
8、的 压工艺 一致。大尺寸硬质合金工 具有高长的硬质合金工 （如fi刀和fl 的刀）通常采用在一个性料中均压制牌号硬质合金粉料制造。然均压制 的生产 压 长一些， 刀具的制造成 较低，此该 更 合小 生产。这种工艺 是粉料 入料中，密，然 粉料的料置 一个 中，通过液压 置 加3060ksi的压fi 压制。压制成的工 通常在烧结之前加工成特定的何状。料的尺寸 加大，以 “压过 中的工 收”，为磨削加工 的。由 工 在压制成 加工，此 料一致性的求不 压 样 ， 是， 然 一 入料的粉料相同。如粉料的 料密度过小， 可 导致 入料的粉料不 ， 造成工 尺寸小 不”不废。如粉料的 料密度过大， 入料
9、的粉料过多，工 在压制成 加工更多的粉料。尽管的多粉料和废的工 都可以回收再用， 这样 会 低生产 。硬质合金工 还可以 用出 成 加工。出成 工艺更 合 称状工 的大 生产， 成 工艺通常用 状工 的大 生产。在这两种成 工艺中，牌号硬质合金粉末 在有机结合剂中，结合剂 硬质合金混合料 样的均匀一致性。然，混合料 者通过一个 出成 ，者 入一个 中成 。牌号硬质合金粉料的特性 定了混合料中粉末与结合剂的最 例， 混合料通过出 入 的流动性具有影响。工 通过 压 均压制 出 成 成 ，在最 烧结 之前，工 中有机结合剂。烧结可以工 中的 ，使其”完全（ 基 ）密 。在烧结 ，压制成 的工 中的
10、金属结合剂成液， 在 作用fi和颗粒 的共同作用下，工 然 其状。在烧结，工 的何状 不， 尺寸会”小。为了在烧结” fl求的工 尺寸，在currency1刀具 其收” 。在currency1用 制造 种刀具的牌号硬质合金粉料 ，都 其在 压fi下压 具有正确的收” 。在fl有情况下，都 烧结的工 烧结 理。 切削刀具最基 的 理 式是 磨切削 。多刀具在烧结还 其何状和尺寸 磨削加工。有些刀具磨削 部和部 另一些刀具则 外 磨削（ 无 磨切削 ）。磨削产生的fl有硬质合金磨都可以回收再 用。工 在多情况下，成品工 。 性和增加硬度，还 为基 ，使其 高 下 可 化。硬质合金基 的性 。了定制
11、基粉料的 特性以外，还可以通过化 选择和烧结 定制基的表 特性。通过钴的 ，可在刀表 最外 2030m 度 相 工 其部更多的钴， 基表 更好的强韧性，使其具有较强的抗 fi。刀具制造商基 自 的制造工艺（如 加 速度 烧结 度和 碳压），可 会 使用的牌号硬质合金粉料出一些特求。有些刀具制造商可 是在 中烧结工 ， 另一些刀具制造商则可 使用 压（HIP）烧结 （它是在工艺 环临 结束 才 工 加压，以消任何残留 ）。在 中烧结的工 可 还通过另外的工 压 理，以高工 密度。有些刀具制造商可 会采用较高的烧结 度，以高具有较低钴混合料的烧结密度， 这种 可 会使其 结 ” 大。为了 小的晶粒
12、尺寸，可以选用碳化钨颗粒尺寸较小的粉料。为了与特定的生产备相匹 ， 和碳压 硬质合金粉料中碳的高低也有不同的求。fl有这些素都会 烧结出的硬质合金刀具的 结 和材料性 产生的影响，此，在刀具制造商与粉料 商之 密切的沟通，以确 根据刀具制造商的生产工艺定制牌号硬质合金粉料。此，有数百种不同的硬质合金粉料牌号也 不 为奇了。例如，ATI Alldyne公司生产的不同粉料牌号 过600种，其中 一种牌号都是针 目用户和特定用 专门currency1的。牌号分类不同种类的碳化钨粉 混合料成分和金属结合剂 晶粒长大抑制剂的类 和用 的组合化， 成了色色的硬质合金牌号。这些参数 定硬质合金的 结 其特性
13、。某些特定的性 组合已成为一些特定加工用 的首选， 使 多种硬质合金牌号 分类具有了意义。两种最常用的 向加工用 的硬质合金分类分别为C牌号和ISO牌号。尽管这两种都不 完全反映影响硬质合金牌号选择的材料特性， 它们 了一个探讨的点。 种分类 ，多制造商都有它们自 的特牌号，由此产生了色色 五花八门的各种硬质合金牌号硬质合金牌号还可以按照成分分类。碳化钨（WC）牌号可分为 种基 类 ：单纯 晶 和合金。单纯 牌号 由碳化钨和钴结合剂 成， 其中也可 有 晶粒长大抑制剂。 晶 牌号由碳化钨和添加了 分之一碳化（VC）和（ ）碳化铬（Cr3C2）的钴结合剂 成，其晶粒尺寸可达 1m以下。合金 牌号
14、则是由碳化钨和有百分之碳化钛（TiC） 碳化钽（TaC）和碳化铌（NbC）的钴结合剂 成，这些添加物称为 碳化物，为其烧结的 结 呈现出不均匀的 相结 。（1）单纯 硬质合金牌号用 金属切削加工的此类牌号通常有3 12 的钴（）。碳化钨晶粒的尺寸范围通常在18m之 。与其他牌号一样，减小碳化钨的粒度可以高其硬度和横向断裂强度（TRS）， 会 低其韧性。单纯 牌号的硬度通常在HRA8993.5之 横向断裂强度通常在175350ksi之 。此类牌号的粉料中可 有大回收再用的料。单纯 牌号在C牌号中可分为C1C4，在ISO牌号中可按K N S和H牌号列 分类。具有中 特性的单纯 牌号可以归类为通用牌
15、号（如C2 K20），可用 车削 fi削 刨削和镗削加工 晶粒尺寸较小 钴较低 硬度较高的牌号可以归类为精加工牌号（如C4 K01） 晶粒尺寸较大 钴较高 韧性较好的牌号可以归类为 加工牌号（如C1 K30）。用单纯 牌号制造的刀具可用 切削加工铸铁 200和300列不锈“ 和其他有色金属 高 合金和淬硬“。此类牌号还 “用 非金属切削领域（如作为岩石和地质fl探工具），这些牌号的晶粒尺寸范围在1.510m（ 更大），钴为6 16 。单纯 硬质合金牌号的另一种非金属切削类用 是制造 具和冲 ，这些牌号通常具有中 大小的晶粒尺寸，钴为16 30 。（2） 晶 硬质合金牌号此类牌号通常有6 15
16、的钴。在液相烧结 ，添加的碳化和（ ）碳化铬可以 制晶粒长大，”粒度小 1m的 晶粒结 。这种 晶粒牌号具有非常高的硬度和500ksi以 的横向断裂强度。高强度与 的韧性相结合，使此类牌号的刀具可以采用更大的正前角， 通过切削 不是推金属材料减小切削fi和产生较薄的切。通过在牌号硬质合金粉料的生产中 各种材料 的品质鉴定，以 烧结工艺 的 制， 在材料 结 中成非正常的大晶粒， ” 的材料性 。为了 晶粒尺寸 小 均匀一致，只有在 料和回收工艺 全 制，以 广泛质检测的情况下，才 使用回收的再生粉料。晶 牌号可在ISO牌号中可按M牌号列 分类，此以外，在C牌号和ISO牌号中的其他分类 与单纯
17、牌号相同。 晶牌号可用 制造切削较软工 材料的刀具，为这种刀具的表 可以加工”非常光 ， 其锋 的切削 。晶牌号刀具还 用 加工镍基 级合金，为这种刀具 高达1200的切削 度。 高 合金和其他特材料的加工，采用 晶牌号刀具和钌的单纯牌号刀具， 同 高其耐磨性 抗 fi和韧性。 晶牌号还 合制造会产生剪切“fi的旋转刀具（如fl ）。有一种fl 采用 合牌号的硬质合金制造，在同一支fl 的特定部，材料中的钴各不相同， 根据加工 化了fl 的硬度和韧性。（3）合金 硬质合金牌号此类牌号 用 切削加工“ ，其钴通常为5 10 ，晶粒尺寸范围为0.82m。通过添加4 25 的碳化钛（TiC），可以减
18、小碳化钨（WC） “表 的倾向。通过添加不 过25 的碳化钽（TaC）和碳化铌（NbC），可以刀具的强度 抗月 洼磨损 fi和耐 冲击性。添加此类 碳化物还 高刀具的红硬性，在载切削 切削 会产生高 的其他加工中，有助 避免刀具发生 。此外，碳化钛在烧结过 中 成核置， 碳化物在工 中的分 均匀性。一般说，合金 硬质合金牌号的硬度范围为HRA9194，横向断裂强度为150300ksi。与单纯 牌号相，合金 牌号的耐磨料磨损性 较差， 强度较低， 其耐粘结磨损的性 更好。合金 牌号在C牌号中可分为C5C8，在ISO牌号中可按P和M牌号列 分类。具有中 特性的合金 牌号可以归类为通用牌号（如C6
19、P30），可用 车削 攻丝 刨削和fi削加工。硬度最高的牌号可以归类为精加工牌号（如C8和P01），用 精车和镗削加工。这些牌号通常具有较小的晶粒尺寸和较低的钴，以 ”fl的硬度和耐磨性。不过，通过添加较多的 碳化物也 ”类的材料特性。韧性最好的牌号可以归类为加工牌号（如C5 P50）。这些牌号通常具有中 大小的粒度和高钴， 碳化物的添加也较 ，以通过抑制裂纹 展 ”fl的韧性。在断 车削加工中，通过采用 述刀具表 具有较高钴的 钴牌号，还可以 一步高切削性 。碳化钛较低的合金 牌号用 切削加工不锈“和可锻铸铁， 也可用 加工有色金属（如镍基 级合金）。这些牌号的晶粒尺寸通常小 1m，钴为8
20、12 。硬度较高的牌号（如M10）可用 车削加工可锻铸铁 韧性较好的牌号（如M40）可用 fi削和刨削“ ， 者用 车削不锈“ 级合金。合金 硬质合金牌号还 用 非金属切削类用 ， 用 制造耐磨零 。这些牌号的粒度通常为1.22m，钴为7 10 。在生产这些牌号 ，通常会加入 大例的回收料， 在耐磨零 的“用中”较高的成 益。耐磨零 具有 好的耐腐蚀性和较高的硬度，在生产此类牌号 ，可以通过添加镍和碳化铬 ”这些性 。为了 刀具制造商在技术性和经济性 的双求，硬质合金粉料是键素。针 刀具制造商的加工备和工艺参数 currency1的粉料可确 成品工 的性 ，导致出现了数百种硬质合金牌号。硬质合金材料可 环 用的特点以 可直 与粉料 商合作的 fi，使刀具制造商 有 制其产品质和材料成 。
