硬质合金.doc

1、硬质合金：由作为主要组元的难熔金属碳化物和起黏结相作用的金属组成的烧结材料，具有高强度和高耐磨性。 英 文 ： cemented carbide 硬 质 合 金 是 以 高 硬 度 难 熔 金 属 的 碳 化 物 （ WC、 TiC)微 米 级 粉 末为 主 要 成 分 ， 以 钴 （ Co） 或 镍 （ Ni） 、 钼 （ Mo） 为 粘 结 剂 ， 在 真 空炉 或 氢 气 还 原 炉 中 烧 结 而 成 的 粉 末 冶 金 制 品 。 B、 B、 B 族 金 属 的 碳 化 物 、 氮 化 物 、 硼 化 物 等 ， 由 于 硬 度和 熔 点 特 别 高 ， 统 称 为 硬 质 合 金

2、。 下 面 以 碳 化 物 为 重 点 来 说 明 硬 质 含金 的 结 构 、 特 征 和 应 用 。 A、 A、 A 族 金 属 与 碳 形 成 的 金 属 型 碳 化 物 中 ， 由 于 碳 原 子半 径 小 ， 能 填 充 于 金 属 品 格 的 空 隙 中 并 保 留 金 属 原 有 的 晶 格 形 式 ， 形成 间 充 固 溶 体 。 在 适 当 条 件 下 ， 这 类 固 溶 体 还 能 继 续 溶 解 它 的 组 成 元素 ， 直 到 达 到 饱 和 为 止 。 因 此 ， 它 们 的 组 成 可 以 在 一 定 范 围 内 变 动 （例 如 碳 化 钛 的 组 成 就 在 T

3、iC0.5 TiC 之 间 变 动 ） ， 化 学 式 不 符 合 化 合价 规 则 。 当 溶 解 的 碳 含 量 超 过 某 个 极 限 时 （ 例 如 碳 化 钛 中 Ti C 1 1） ， 晶 格 型 式 将 发 生 变 化 ， 使 原 金 属 晶 格 转 变 成 另 一 种 形 式 的 金 属晶 格 ， 这 时 的 间 充 固 溶 体 叫 做 间 充 化 合 物 。 金 属 型 碳 化 物 ， 尤 其 是 B、 B、 B 族 金 属 碳 化 物 的 熔 点 都 在3273K 以 上 ， 其 中 碳 化 铪 、 碳 化 钽 分 别 为 4160K 和 4150K， 是 当 前所 知 道

4、 的 物 质 中 熔 点 最 高 的 。 大 多 数 碳 化 物 的 硬 度 很 大 ， 它 们 的 显 微硬 度 大 于 1800kgmm2（ 显 微 硬 度 是 硬 度 表 示 方 法 之 一 ， 多 用 于 硬 质合 金 和 硬 质 化 合 物 ， 显 微 硬 度 1800kgmm2 相 当 于 莫 氏 一 金 刚 石 一硬 度 9） 。 许 多 碳 化 物 高 温 下 不 易 分 解 ， 抗 氧 化 能 力 比 其 组 分 金 属 强。 碳 化 钛 在 所 有 碳 化 物 中 热 稳 定 性 最 好 ， 是 一 种 非 常 重 要 的 金 属 型 碳化 物 。 然 而 ， 在 氧 化

5、气 氛 中 ， 所 有 碳 化 物 高 温 下 都 容 易 被 氧 化 ， 可 以说 这 是 碳 化 物 的 一 大 弱 点 。 除 碳 原 子 外 ， 氮 原 子 、 硼 原 子 也 能 进 入 金 属 晶 格 的 空 隙 中 ， 形 成间 充 固 溶 体 。 它 们 与 间 充 型 碳 化 物 的 性 质 相 似 ， 能 导 电 、 导 热 、 熔 点高 、 硬 度 大 ， 同 时 脆 性 也 大 。 硬 质 合 金 的 基 体 由 两 部 分 组 成 ： 一 部 分 是 硬 化 相 ； 另 一 部 分 是粘 结 金 属 。 硬 化 相 是 元 素 周 期 表 中 过 渡 金 属 的 碳

6、化 物 ， 如 碳 化 钨 、 碳 化 钛 、碳 化 钽 ， 它 们 的 硬 度 很 高 ， 熔 点 都 在 2000 以 上 ， 有 的 甚 至 超 过 4000 。 另 外 ， 过 渡 金 属 的 氮 化 物 、 硼 化 物 、 硅 化 物 也 有 类 似 的 特 性 ，也 可 以 充 当 硬 质 合 金 中 的 硬 化 相 。 硬 化 相 的 存 在 决 定 了 合 金 具 有 极 高硬 度 和 耐 磨 性 。 粘 结 金 属 一 般 是 铁 族 金 属 ， 常 用 的 是 钴 和 镍 。 制 造 硬 质 合 金 时 ， 选 用 的 原 料 粉 末 粒 度 在 1 2 微 米 之 间 ，

7、 且 纯度 很 高 。 原 料 按 规 定 组 成 比 例 进 行 配 料 ， 加 进 酒 精 或 其 他 介 质 在 湿 式球 磨 机 中 湿 磨 ， 使 它 们 充 分 混 合 、 粉 碎 ， 经 干 燥 、 过 筛 后 加 入 蜡 或 胶等 一 类 的 成 型 剂 ， 再 经 过 干 燥 、 过 筛 制 得 混 合 料 。 然 后 ， 把 混 合 料 制粒 、 压 型 ， 加 热 到 接 近 粘 结 金 属 熔 点 （ 1300 1500 ） 的 时 候 ， 硬化 相 与 粘 结 金 属 便 形 成 共 晶 合 金 。 经 过 冷 却 ， 硬 化 相 分 布 在 粘 结 金 属组 成 的

8、 网 格 里 ， 彼 此 紧 密 地 联 系 在 一 起 ， 形 成 一 个 牢 固 的 整 体 。 硬 质合 金 的 硬 度 取 决 于 硬 化 相 含 量 和 晶 粒 粒 度 ， 即 硬 化 相 含 量 越 高 、 晶 粒越 细 ， 则 硬 度 也 越 大 。 硬 质 合 金 的 韧 性 由 粘 结 金 属 决 定 ， 粘 结 金 属 含量 越 高 ， 抗 弯 强 度 越 大 。 1923 年 ， 德 国 的 施 勒 特 尔 往 碳 化 钨 粉 末 中 加 进 10 20 的 钴做 粘 结 剂 ， 发 明 了 碳 化 钨 和 钴 的 新 合 金 ， 硬 度 仅 次 于 金 刚 石 ， 这

9、是 世界 上 人 工 制 成 的 第 一 种 硬 质 合 金 。 用 这 种 合 金 制 成 的 刀 具 切 削 钢 材时 ， 刀 刃 会 很 快 磨 损 ， 甚 至 刃 口 崩 裂 。 1929 年 美 国 的 施 瓦 茨 科 夫 在原 有 成 分 中 加 进 了 一 定 量 的 碳 化 钨 和 碳 化 钛 的 复 式 碳 化 物 ， 改 善 了 刀具 切 削 钢 材 的 性 能 。 这 是 硬 质 合 金 发 展 史 上 的 又 一 成 就 。 硬 质 合 金 具 有 硬 度 高 、 耐 磨 、 强 度 和 韧 性 较 好 、 耐 热 、 耐 腐 蚀 等一 系 列 优 良 性 能 ， 特

10、别 是 它 的 高 硬 度 和 耐 磨 性 ， 即 使 在 500 的 温 度下 也 基 本 保 持 不 变 ， 在 1000 时 仍 有 很 高 的 硬 度 。 硬 质 合 金 广 泛 用 作刀 具 材 料 ， 如 车 刀 、 铣 刀 、 刨 刀 、 钻 头 、 镗 刀 等 ， 用 于 切 削 铸 铁 、有 色 金 属 、 塑 料 、 化 纤 、 石 墨 、 玻 璃 、 石 材 和 普 通 钢 材 ， 也 可 以 用 来切 削 耐 热 钢 、 不 锈 钢 、 高 锰 钢 、 工 具 钢 等 难 加 工 的 材 料 。 现 在 新 型 硬质 合 金 刀 具 的 切 削 速 度 等 于 碳 素

11、钢 的 数 百 倍 。 硬 质 合 金 还 可 用 来 制 作 凿 岩 工 具 、 采 掘 工 具 、 钻 探 工 具 、 测 量 量具 、 耐 磨 零 件 、 金 属 磨 具 、 汽 缸 衬 里 、 精 密 轴 承 、 喷 嘴 等 。 近 二 十 年 来 ， 涂 层 硬 质 合 金 也 问 世 了 。 1969 年 瑞 典 研 制 成 功 了碳 化 钛 涂 层 刀 具 ， 刀 具 的 基 体 是 钨 钛 钴 硬 质 合 金 或 钨 钴 硬 质 合 金 ， 表面 碳 化 钛 涂 层 的 厚 度 不 过 几 微 米 ， 但 是 与 同 牌 号 的 合 金 刀 具 相 比 ， 使用 寿 命 延 长

12、 了 3 倍 ， 切 削 速 度 提 高 25 50 。 20 世 纪 70 年 代 已出 现 第 四 代 涂 层 工 具 ， 可 用 来 切 削 很 难 加 工 的 材 料 。 硬 质 合 金 是 怎 样 烧 结 而 成 的 ？ 答 硬 质 合 金 是 将 这 种 或 多 种 难 熔 金 属 的 碳 化 物 和 粘 接 剂 金 属 ， 用粉 末 冶 金 方 法 制 成 的 金 属 材 料 。 主 要 生 产 国 家 世 界 上 有 50 多 个 国 家 生 产 硬 质 合 金 ， 总 产 量 可 达 27000 28000t-， 主 要 生 产 国 有 美 国 、 俄 罗 斯 、 瑞 典 、

13、 中 国 、 德 国 、 日 本 、 英 国、 法 国 等 ， 世 界 硬 质 合 金 市 场 基 本 处 于 饱 和 状 态 ， 市 场 竞 争 十 分 激 烈。 中 国 硬 质 合 金 工 业 是 50 年 代 末 期 开 始 形 成 的 ， 60 70 年 代 中 国硬 质 合 金 工 业 得 到 了 迅 速 发 展 ， 90 年 代 初 中 国 硬 质 合 金 总 生 产 能 力 达6000t， 硬 质 合 金 总 产 量 达 5000t， 仅 次 于 俄 罗 斯 和 美 国 ， 居 世 界 第3 位 。 硬 质 合 金 -分 类 与 牌 号 钨 钴 类 硬 质 合 金 主 要 成 分

14、 是 碳 化 钨 （ WC） 和 粘 结 剂 钴 （ Co） 。 其 牌 号 是 由 “YG”（ “硬 、 钴 ”两 字 汉 语 拼 音 字 首 ） 和 平 均 含 钴 量 的百 分 数 组 成 。 例 如 ， YG8， 表 示 平 均 WCo 8 ， 其 余 为 碳 化 钨 的 钨 钴 类 硬 质合 金 。 钨 钛 钴 类 硬 质 合 金 主 要 成 分 是 碳 化 钨 、 碳 化 钛 （ TiC） 及 钴 。 其 牌 号 由 “YT”（ “硬 、 钛 ”两 字 汉 语 拼 音 字 首 ） 和 碳 化 钛 平 均 含 量组 成 。 例 如 ， YT15， 表 示 平 均 WTi 15 ， 其

15、 余 为 碳 化 钨 和 钴 含 量 的钨 钛 钴 类 硬 质 合 金 。 钨 钛 钽 （ 铌 ） 类 硬 质 合 金 主 要 成 分 是 碳 化 钨 、 碳 化 钛 、 碳 化 钽 （ 或 碳 化 铌 ） 及 钴 。 这 类 硬质 合 金 又 称 通 用 硬 质 合 金 或 万 能 硬 质 合 金 。 其 牌 号 由 “YW”（ “硬 ”、 “万 ”两 字 汉 语 拼 音 字 首 ） 加 顺 序 号 组 成 ，如 YW1。 硬 质 合 金 -性 能 特 点硬 度 高 （ 86 93HRA， 相 当 于 69 81HRC） ； 热 硬 性 好 （ 可 达 900 1000 ， 保 持 60HR

16、C） ； 耐 磨 性 好 。 硬 质 合 金 刀 具 比 高 速 钢 切 削 速 度 高 4 7 倍 ， 刀 具 寿 命 高 5 80倍 。 制 造 模 具 、 量 具 ， 寿 命 比 合 金 工 具 钢 高 20 150 倍 。 可 切 削 50HRC 左 右 的 硬 质 材 料 。 但 硬 质 合 金 脆 性 大 ， 不 能 进 行 切 削 加 工 ， 难 以 制 成 形 状 复 杂 的 整体 刀 具 ， 因 而 常 制 成 不 同 形 状 的 刀 片 ， 采 用 焊 接 、 粘 接 、 机 械 夹 持 等方 法 安 装 在 刀 体 或 模 具 体 上 使 用 ， 相 关 人 才 较 多

17、集 中 在 钢 铁 英 才 网。硬 质 合 金 烧 结 成 型硬 质 合 金 烧 结 成 型 就 是 将 粉 末 压 制 成 坯 料 ， 再 进 烧 结 炉 加 热 到 一定 温 度 （ 烧 结 温 度 ） ， 并 保 持 一 定 的 时 间 （ 保 温 时 间 ） ， 然 后 冷 却 下来 ， 从 而 得 到 所 需 性 能 的 硬 质 合 金 材 料 。 硬 质 合 金 烧 结 过 程 可 以 分 为 四 个 基 本 阶 段 ： 1： 脱 除 成 形 剂 及 预 烧 阶 段 ， 在 这 个 阶 段 烧 结 体 发 生 如 下 变 化 ： 成 型 剂 的 脱 除 ， 烧 结 初 期 随 着

18、温 度 的 升 高 ， 成 型 剂 逐 渐 分 解 或 汽化 ， 排 除 出 烧 结 体 ， 与 此 同 时 ， 成 型 剂 或 多 或 少 给 烧 结 体 增 碳 ， 增 碳量 将 随 成 型 剂 的 种 类 、 数 量 以 及 烧 结 工 艺 的 不 同 而 改 变 。 粉 末 表 面 氧 化 物 被 还 原 ， 在 烧 结 温 度 下 ， 氢 可 以 还 原 钴 和 钨 的 氧化 物 ， 若 在 真 空 脱 除 成 型 剂 和 烧 结 时 ， 碳 氧 反 应 还 不 强 烈 。 粉 末 颗 粒间 的 接 触 应 力 逐 渐 消 除 ， 粘 结 金 属 粉 末 开 始 产 生 回 复 和

19、再 结 晶 ， 表 面扩 散 开 始 发 生 ， 压 块 强 度 有 所 提 高 。 2： 固 相 烧 结 阶 段 （ 800 -共 晶 温 度 ） 在 出 现 液 相 以 前 的 温 度 下 ， 除 了 继 续 进 行 上 一 阶 段 所 发 生 的 过 程外 ， 固 相 反 应 和 扩 散 加 剧 ， 塑 性 流 动 增 强 ， 烧 结 体 出 现 明 显 的 收 缩 。 3： 液 相 烧 结 阶 段 （ 共 晶 温 度 -烧 结 温 度 ） 当 烧 结 体 出 现 液 相 以 后 ， 收 缩 很 快 完 成 ， 接 着 产 生 结 晶 转 变 ， 形成 合 金 的 基 本 组 织 和 结

20、 构 。 4： 冷 却 阶 段 （ 烧 结 温 度 -室 温 ） 在 这 一 阶 段 ， 合 金 的 组 织 和 相 成 分 随 冷 却 条 件 的 不 同 而 产 生 某 些变 化 ， 可 以 利 用 这 一 特 点 ， 对 硬 质 合 金 进 行 热 处 理 以 提 高 其 物 理 机械 性 能 。 硬 质 合 金 性 能 及 应 用 推 荐 牌 号密 度 g/cm抗弯强度 N/mm硬 度 (HRA)推 荐 用 途YF10 14.8015.101880 92.5 适于铸铁、有色金属及低合金钢的半精加工以及石墨刹车片方面的新型材料加工。YF10.114.8015.151950 92.0 有较

21、高的硬度和耐磨性，适用于高速拉丝模，刀具，棒材，耐磨件等。YF10.214.3014.652430 91.8 有很高的综合性能，广泛用于电子，金属，木工，竹子等行业的刀具。也可用于高性能耐磨件领域。YF10.314.8015.052200 91.8 有较高的硬度和强度，适用于加工纤维板等行业的竹木刀具YL80 13.7514.053200 89.5 有很高的硬度和韧性，适用于生产电子行业及冲压模具板材。也可用于冷镦行业强束模等。YL80.1 14.7014.902320 90.5 有较高的耐磨性，用于粉末冶金模具、耐磨件、密封环等。YL80.2 14.0014.202800 87.5 适于制作

22、中小规格手表零件、乐器弹簧片的冲压模具, 冷镦行业强束模等，以及轧辊用料，剪切硅钢矽钢用剪扳机刀具。YL80.3 13.5013.802640 85.0 适于生产在较大应力下冲压模具用板材。YL90 13.5013.702500 83.0 具有较高的强度和抗疲劳韧性，适于制作大规格缩颈模、六片模，螺母模下仁。YL90.1 13.9014.102340 84.5 有较高的耐磨性和韧性，适于制作一般耐冲击锻造模，冷冲模具和螺母模上仁。YL90.2 13.7013.902400 83.5 适于中规格螺栓缩颈模和螺母模上仁。YL90.4 13.2013.402600 82.0 具有很高的强度和抗疲劳韧

23、性，用于螺母模下仁、全钨一冲等有较大冲击力的冷墩、冷冲、冷压模具。 YL90.5 13.0013.202760 81.8 具有很好的抗冲击力，抗疲劳韧性，用于工作载荷很大，应力显著条件下的冷冲压模具。YL 90L 13.2013.402450 82.0 用于一般冷冲螺丝模具和切断剪刀片。YL100 13.4513.603050 84.5 用于沉头、喇叭头、三角模主模等你说的钨钢是指硬质合金(WC+Co 粉末压制烧结而成）还是高带钢（W18Cr4V)如果是硬质合金，就不用热处理，它的硬度已达 HRA82-93 之间，最多只需做一些消除内应力的处理。如果是高带钢（W18Cr4V)，就按此处理：W1

24、8Cr4V热处理工艺为 800 一 840 预热,从 1270 一 1280 度分级淬火,分级温度为580 一 620,然后再 560 度进行三次回火,回火时保温 1 小时.高速钢含大量的合金元素:塑性差,导热性差,在快速加热时的热应力使之变形开裂,所以要在加热到淬火温度 1270 一 1280 度在 800 一 840 预热,对形状复杂者,还应在 500 一 650 增加一次预热.V,W 等起主要起提高红硬性的元素要很高的温度下才溶解,但过高的温度又会使晶粒粗大,且 W 等合金元素都缩小 A 区,使得共析与共晶温度提高,因而选择 1270 一 1280度.采用直接空冷,会析析出二次碳化物,从而降低钢的红硬性.淬火后的组织为 M 十碳化物十残余 A(多达 30%)在 550 一 570 度回火析出 WC 等引起二次硬化,A 分解,析 C,降低合金元素含量 ,使 Ms 上升,从而造成二次淬火,一次回火,还有 15%的残余 A,二次回火残余 A3%一 5%,三次回火,只有 1%一 2%,最终得回火组织 M 十碳化物十极少量残余 v