硬质合金的简介及制备方法(硬质合金的简介及制备工艺)

硬质合金的简介及制备

硬质合金是指由一种或多种难熔金属的碳化物〔碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC）等〕作为硬质相，用金属粘结剂〔钴（Co）、镍（Ni）、钼（Mo）、铁（Fe）等〕作为粘结相，经粉末冶金技术制造的材料。

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。

由于硬质合金具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温和膨胀系数小等优点，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件。广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，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、五金模具（如拉丝模具、螺栓模具、螺母模具、以及各种紧固件模具，硬质合金的优良性能逐步替代了以前的钢铁模具）。伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，已成为最优良的工具材料之一。

硬质合金的历史：上世纪初，人们发现高速钢之所以具有突出的切削能力，是由于在金属基体中含有很硬的碳化物颗粒，其主要成分为碳化钨。后来，在非常困难的情况下制备出了由纯碳化钨组成的切削工具。但是这种切削工具很脆，远不能用于工业目的。1923年，卡尔·施勒特成功地解决了这个问题。他将碳化钨粉与质量分数达10%的铁、钴、镍之类金属混合，再把压制品在1500℃左右的温度下烧结，便可制得具有低孔隙度、高硬度和高强度的产品。硬度仅次于金刚石，这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。经过几十年的发展，硬质合金已成为一个完整独立的工业体系。目前，它已成为现代工业部门和新技术领域不可缺少的工具材料和结构材料。

近几十年来，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，使用寿命延长了3倍，切削速度提高25%～50%。

硬质合金的分类：钨钴类硬质合金：主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。其牌号为（YG）和平均含钴量的百分数组成。

钨钛钴类硬质合金：主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）及钴。其牌号为（YT）和碳化钛平均含量组成。

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。其牌号为（YW）加顺序号组成。

硬质合金的原料制备：将各种难熔金属的碳化物和粘结金属及少量的抑制剂粉末通过配料计算、球磨、干燥等工序过程制备成有准确成分、配料组分均匀分布、粒度一定的粒状混合物的生产过程。工艺流程是：配料计算→配料→湿磨→喷雾干燥→混合料鉴定。

硬质合金的压制成型：将粉末压实成具有所需形状坯块的过程。基本要求：压坯具有一定的强度和规定的尺寸。硬质合金常用的是模压成型、挤压成型、等静压成型三种方法。模压成型是目前硬质合金生产中所采用的主要成型方法。现代的先进压力机大都实现了高精度、高速度和自动化，装备有自动拣制品的机械手和自动监控装置。

硬质合金的烧结成型：目的是使制品强化，以达到最终要求的物理机械性能，硬质合金的烧结是典型的液相烧结过程，它的烧结过程可分为三个阶段：①低温烧结阶段：即预烧。通常指1000℃以下的烧结过程。主要作用是脱出成型剂。②高温烧结阶段：此时温度从1000℃到烧结温度。此时液相出现，粉末颗粒由于液相表面张力的作用逐渐相互靠拢，颗粒间孔隙逐渐被液相与细小粉末颗粒的混合物所填满，合金密度显著增加。产品发生显著收缩。③冷却阶段：温度从烧结温度降到室温。