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硬質(zhì)合金 編輯
硬質(zhì)合金是由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。
硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時仍有很高的硬度。
硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。
中文名 硬質(zhì)合金 外文名 tungsten carbide、cemented carbide 拼    音 yìng zhì hé jīn 工    藝 通過粉末冶金工藝制成的合金材料 特    點 硬度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕 應(yīng)    用 各類車床刀具、鉆頭 
優(yōu)點編輯
硬質(zhì)合金具有很高的硬度、強度、耐磨性和耐腐蝕性，被譽為“工業(yè)牙齒”，用于制造切削工具、刀具、鈷具和耐磨零部件，廣泛應(yīng)用于軍工、航天航空、機械加工、冶金、石油鉆井、礦山工具、電子通訊、建筑等領(lǐng)域，伴隨下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硬質(zhì)合金市場需求不斷加大。并且未來高新技術(shù)武器裝備制造、尖端科學(xué)技術(shù)的進步以及核能源的快速發(fā)展，將大力提高對高技術(shù)含量和高質(zhì)量穩(wěn)定性的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的需求。
用途編輯
1923年，德國的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進10%～20%的鈷做粘結(jié)劑，發(fā)明了碳化鎢和鈷的新合金，硬度僅次于金剛石，這是世界上人工制成的第一種硬質(zhì)合金。用這種合金制成的刀具切削鋼材時，刀刃會很快磨損，甚至刃口崩裂。1929年美國的施瓦茨科夫在原有成分中加進了一定量的碳化鎢和碳化鈦的復(fù)式碳化物，改善了刀具切削鋼材的性能。這是硬質(zhì)合金發(fā)展史上的又一成就。
硬質(zhì)合金還可用來制作鑿巖工具、采掘工具、鉆探工具、測量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯里、精密軸承、噴嘴、五金模具（如拉絲模具、螺栓模具、螺母模具、以及各種緊固件模具，硬質(zhì)合金的優(yōu)良性能逐步替代了以前的鋼鐵模具）。
近二十年來，涂層硬質(zhì)合金也問世了。1969年瑞典研制成功了碳化鈦涂層刀具，刀具的基體是鎢鈦鈷硬質(zhì)合金或鎢鈷硬質(zhì)合金，表面碳化鈦涂層的厚度不過幾微米，但是與同牌號的合金刀具相比，使用壽命延長了3倍，切削速度提高25%～50%。20世紀(jì)70年代已出現(xiàn)第四代涂層工具，可用來切削很難加工的材料。
硬質(zhì)合金是怎樣燒結(jié)而成的？
硬質(zhì)合金是將這種或多種難熔金屬的碳化物和粘接劑金屬，用粉末冶金方法制成的金屬材料。
性能特點編輯
硬質(zhì)合金焊接刀片
硬質(zhì)合金焊接刀片
硬度高（86～93HRA，相當(dāng)于69～81HRC）；
熱硬性好（可達(dá)900～1000℃，保持60HRC）；
耐磨性好。
硬質(zhì)合金刀具比高速鋼切削速度高4～7倍，刀具壽命高5～80倍。制造模具、量具，壽命比合金工具鋼高 20～150倍。可切削50HRC左右的硬質(zhì)材料。
但硬質(zhì)合金脆性大，不能進行切削加工，難以制成形狀復(fù)雜的整體刀具，因而常制成不同形狀的刀片，采用焊接、粘接、機械夾持等方法安裝在刀體或模具體上使用。
材料性質(zhì)編輯
硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級粉末為主
硬質(zhì)合金刀具
硬質(zhì)合金刀具
要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。
ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔點特別高，統(tǒng)稱為硬質(zhì)合金。下面以碳化物為重點來說明硬質(zhì)含金的結(jié)構(gòu)、特征和應(yīng)用。
ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬與碳形成的金屬型碳化物中，由于碳原子半徑小，能填充于金屬晶格的空隙中并保留金屬原有的晶格形式，形成間隙固溶體。在適當(dāng)條件下，這類固溶體還能繼續(xù)溶解它的組成元素，直到達(dá)到飽和為止。因此，它們的組成可以在一定范圍內(nèi)變動（例如碳化鈦的組成就在TiC0.5～TiC之間變動），化學(xué)式不符合化合價規(guī)則。當(dāng)溶解的碳含量超過某個極限時（例如碳化鈦中Ti︰C=1︰1），晶格型式將發(fā)生變化，使原金屬晶格轉(zhuǎn)變成另一種形式的金屬晶格，這時的間充固溶體叫做間充化合物。
金屬型碳化物，尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬碳化物的熔點都在3273K以上，其中碳化鉿、碳化鉭分別為4160K和4150K，是當(dāng)前所知道的物質(zhì)中熔點最高的。大多數(shù)碳化物的硬度很大，它們的顯微硬度大于1800kg·mm2（顯微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬質(zhì)合金和硬質(zhì)化合物，顯微硬度1800kg·mm2相當(dāng)于莫氏一金剛石一硬度9）。許多碳化物高溫下不易分解，抗氧化能力比其組分金屬強。碳化鈦在所有碳化物中熱穩(wěn)定性最好，是一種非常重要的金屬型碳化物。然而，在氧化氣氛中，所有碳化物高溫下都容易被氧化，可以說這是碳化物的一大弱點。
除碳原子外，氮原子、硼原子也能進入金屬晶格的空隙中，形成間隙固溶體。它們與間隙型碳化物的性質(zhì)相似，能導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熔點高、硬度大，同時脆性也大。
硬質(zhì)合金的基體由兩部分組成：一部分是硬化相；另一部分是粘結(jié)金屬。
硬化相是元素周期表中過渡金屬的碳化物，如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭，它們的硬度很高，熔點都在2000℃以上，有的甚至超過4000℃。另外，過渡金屬的氮化物、硼化物、硅化物也有類似的特性，也可以充當(dāng)硬質(zhì)合金中的硬化相。硬化相的存在決定了合金具有極高硬度和耐磨性。
硬質(zhì)合金刀具
硬質(zhì)合金刀具
硬質(zhì)合金對碳化鎢WC粒度的要求根據(jù)不同用途的硬質(zhì)合金采用不同粒度的WC(碳化鎢)。硬質(zhì)合金切削刀具：比如切腳機刀片、V-CUT刀等精加工合金采用超細(xì)、亞細(xì)、細(xì)顆粒WC，粗加工合金采用中顆粒WC，重力切削和重型切削的合金采用中、粗顆粒WC做原料；礦山工具：巖石硬度高，沖擊負(fù)荷大，采用粗顆粒WC，巖石沖擊小沖擊負(fù)荷小采用中顆粒WC做原料；耐磨零件：當(dāng)強調(diào)其耐磨性、抗壓和表面光潔度時，采用超細(xì)、亞細(xì)、細(xì)、中顆粒WC做原料，耐沖擊工具采用中、粗顆粒WC原料為主。
WC理論含碳量為6.128%(原子50%)，當(dāng)WC含碳量大于理論含碳量，則WC中出現(xiàn)游離碳(WC+C)。游離碳的存在，燒結(jié)時使其周圍的WC晶粒長大，致使硬質(zhì)合金晶粒不均勻。碳化鎢一般要求化合碳高(≥6.07%)，游離碳(≤0.05%)，總碳則決定于硬質(zhì)合金的生產(chǎn)工藝和使用范圍。
正常情況下，石蠟工藝真空燒結(jié)用WC總碳主要決定于燒結(jié)前壓塊內(nèi)的化合氧含量。含一份氧要增加0.75份碳，即WC總碳=6.13%+含氧量%×0.75(假設(shè)燒結(jié)爐內(nèi)為中性氣氛，實際上多數(shù)真空爐為滲碳?xì)夥眨肳C總碳小于計算值)。
目前我國WC的總碳含量大致分為三種：石蠟工藝真空燒結(jié)用WC的總碳約為6.18±0.03%(游離碳將增大)。石蠟工藝氫氣燒結(jié)用WC的總碳含量為6.13±0.03%。橡膠工藝氫氣燒結(jié)用WC總碳=5.90±0.03%。上述工藝有時交叉進行，因此確定WC總碳要根據(jù)具體情況。
不同使用范圍、不同Co(鈷)含量、不同晶粒度的合金所用WC總碳可做一些小的調(diào)整。低鈷合金可選用總碳偏高的碳化鎢，高鈷合金則可選用總碳偏低的碳化鎢。總之，硬質(zhì)合金的具體使用需求不同對碳化鎢粒度的要求也不同。
粘結(jié)金屬一般是鐵族金屬，常用的是鈷和鎳。
制造硬質(zhì)合金時，選用的原料粉末粒度在1～2微米之間，且純度很高。原料按規(guī)定組成比例進行配料，加進酒精或其他介質(zhì)在濕式球磨機中濕磨，使它們充分混合、粉碎，經(jīng)干燥、過篩后加入蠟或膠等一類的成型劑，再經(jīng)過干燥、過篩制得混合料。然后，把混合料制粒、壓型，加熱到接近粘結(jié)金屬熔點（1300～1500℃）的時候，硬化相與粘結(jié)金屬便形成共晶合金。經(jīng)過冷卻，硬化相分布在粘結(jié)金屬組成的網(wǎng)格里，彼此緊密地聯(lián)系在一起，形成一個牢固的整體。硬質(zhì)合金的硬度取決于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越細(xì)，則硬度也越大。硬質(zhì)合金的韌性由粘結(jié)金屬決定，粘結(jié)金屬含量越高，抗彎強度越大。
硬度檢測編輯
檢測方法
硬質(zhì)合金硬度檢測主要采用洛氏硬度計，測試HRA硬度值。PHR系列便攜式洛氏硬度計十分適于測試硬質(zhì)合金的硬度。儀器重量精度與臺式洛氏硬度計相同，使用和攜帶都十分方便。
硬質(zhì)合金是一種金屬，通過硬度試驗可以反映硬質(zhì)合金材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及熱處理工藝條件下機械性能的差異，因此硬度試驗廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金性能的檢驗、監(jiān)督熱處理工藝的正確性及新材料的研究。
特點
它屬于非破壞性試驗，試驗方法比較簡單。硬質(zhì)合金的硬度檢測對其試件的形狀及尺寸適應(yīng)性較強，試驗效率高。另外，硬質(zhì)合金材料硬度與其它物理特性之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系。例如，硬質(zhì)合金硬度試驗和拉伸試驗基本上都是檢測金屬抵抗塑性變形的能力，這兩種試驗在某種程度上都是檢測金屬相似的特性。所以，其檢測結(jié)果是完全可以相互比較的。硬質(zhì)合金拉伸試驗設(shè)備龐大、操作復(fù)雜、要制備試樣、試驗效率低，對于許多金屬材料，都有一硬度試驗和拉力試驗的換算表可查。因此，在檢測硬質(zhì)合金材料力學(xué)性能時，人們越來越多地采用硬度試驗，而較少采用拉伸試驗。
工具
硬質(zhì)合金硬度一般用洛氏硬度計HRA標(biāo)尺或維氏硬度計來檢測，實用中人們主要采用洛氏硬度計測試HRA硬度。PHR系列便攜式洛氏硬度計十分適于測試硬質(zhì)合金的硬度。這種儀器重量只有0.7kg，精度與臺式洛氏硬度計相同。在測量硬質(zhì)合金硬度時，天星公司生產(chǎn)的PHR系列便攜式洛氏硬度計可以測試厚度或直徑在50mm以下的硬質(zhì)合金工件，可以測試直徑小到2.0mm的硬質(zhì)合金工件，可以測試內(nèi)徑小于30mm的管狀硬質(zhì)合金工件。還可以在生產(chǎn)現(xiàn)場、銷售現(xiàn)場或材料倉庫使用。這種儀器用于測試硬質(zhì)合金工件簡便、快速、無損，可對成批的成品或半成品硬質(zhì)合金工件做逐件的硬度檢測。
合金分類編輯
①鎢鈷類硬質(zhì)合金
WC刀具
WC刀具
主要成分是碳化鎢（WC）和粘結(jié)劑鈷（Co）。
其牌號是由“YG”（“硬、鈷”兩字漢語拼音字首）和平均含鈷量的百分?jǐn)?shù)組成。
例如，YG8，表示平均WCo=8%，其余為碳化鎢的鎢鈷類硬質(zhì)合金。
一般鎢鈷類合金主要實用于：硬質(zhì)合金刀具、模具以及地礦類產(chǎn)品。
硬質(zhì)合金切削刀具
硬質(zhì)合金切削刀具
②鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金
主要成分是碳化鎢、碳化鈦（TiC）及鈷。其牌號由“YT”（“硬、鈦”兩字漢語拼音字首）和碳化鈦平均含量組成。
例如，YT15，表示平均TiC=15%，其余為碳化鎢和鈷含量的鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金。
③鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金
TIC刀具
TIC刀具
主要成分是碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（或碳化鈮）及鈷。這類硬質(zhì)合金又稱通用硬質(zhì)合金或萬能硬質(zhì)合金。
其牌號由“YW”（“硬”、“萬”兩字漢語拼音字首）加順序號組成，如 YW1。