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| 硬質合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結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，統稱為硬質合金。下面以碳化物為重點來說明硬質含金的結構、特征和應用。ⅣA、ⅤA、ⅥA族金屬與碳形成的金屬型碳化物中，由于碳原子半徑小，能填充于金屬品格的空隙中并保留金屬原有的晶格形式，形成間充固溶體。在適當條件下，這類固溶體還能繼續溶解它的組成元素，直到達到飽和為止。因此，它們的組成可以在一定范圍內變動（例如碳化鈦的組成就在TiC0.5～TiC之間變動），化學式不符合化合價規則。當溶解的碳含量超過某個極限時（例如碳化鈦中Ti︰C＝1︰1），晶格型式將發生變化，使原金屬晶格轉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，是當前所知道的物質中熔點最高的。大多數碳化物的硬度很大，它們的顯微硬度大于1800kg?mm2（顯微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬質合金和硬質化合物，顯微硬度1800kg?mm2相當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，形成間充固溶體。它們與間充型碳化物的性質相似，能導電、導熱、熔點高、硬度大，同時脆性也大。 硬質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，也可以充當硬質合金中的硬化相。硬化相的存在決定了合金具有極高硬度和耐磨性。 粘結金屬一般是鐵族金屬，常用的是鈷和鎳。 制造硬質合金時，選用的原料粉末粒度在1～2微米之間，且純度很高。原料按規定組成比例進行配料，加進酒精或其他介質在濕式球磨機中濕磨，使它們充分混合、粉碎，經干燥、過篩后加入蠟或膠等一類的成型劑，再經過干燥、過篩制得混合料。然后，把混合料制粒、壓型，加熱到接近粘結金屬熔點（1300～1500℃）的時候，硬化相與粘結金屬便形成共晶合金。經過冷卻，硬化相分布在粘結金屬組成的網格里，彼此緊密地聯系在一起，形成一個牢固的整體。硬質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，則硬度也越大。硬質合金的韌性由粘結金屬決定，粘結金屬含量越高，抗彎強度越大。 鎢鋼/硬質合金是一種主要由硬質相和粘結相組成的粉末冶金產品。硬質相很硬，主要是各種碳化物。其主要碳化物有：碳化鎢(WC) 、碳化鈦(TiC) 、碳化鉭(TaC) 和碳化鈮(NbC)。在大部分情況下，鈷作為粘結相使用。 在硬質合金工廠，硬質合金需經過混合、壓制和燒結。 硬質合金的分類根據ISO標準進行。這種分類的依據是工件的材料類別( P, M, K, N, S, H)。不同的硬質合金材質有不同的用途，如車削、銑削、孔加工、螺紋加工、切槽等。 鎢鋼/硬質合金主要成分的性能： WC TiC TaC NbC Co 硬度HV 2400 >3200 1800 2400 150~280HBS 熔點°C 2800 3100 3800 3500 1500 熱導率W/m°C 121.4 31.8 22.2 14.2 54.4 熱膨脹系數10-6/°C 6.2 7.61 6.61 6.84 12.5
鎢鋼/硬質合金中有一種是以一種或幾種碳化物（如TiC、WC等）為硬化相，以合金鋼（如高速鋼、鉬鉻鋼等）邦福粉末為粘結劑制成，叫做鋼結構硬質合金。其硬度介于鋼和硬質合金之間，但是韌性大大提高并且可以切削加工和熱處理加工。這種鋼結構硬質合金的典型硬度為：經淬火——回火后硬度為69~73HRC，高速鋼65%。 |
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