材料性質

　　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。 　　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，能填充于金屬品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。

標準

　　與硬質合金相關的現行的標準 　　GB/T 14445-1993 煤炭采掘工具用硬質合金制品 　　GB/T 2077-1987 硬質合金可轉位刀片圓角半徑 　　GB/T 2079-1987 無孔的硬質合金可轉位刀片 　　GB/T 2081-1987 硬質合金可轉位銑刀片 　　GB/T 1481-1998 金屬粉末(不包括硬質合金粉末)在單軸壓制中壓縮性的測定 　　GB/T 5166-1998 燒結金屬材料和硬質合金彈性模量測定 　　GB/T 9096-2002 燒結金屬材料(不包括硬質合金)沖擊試驗方法 　　GB/T 9097.1-2002 燒結金屬材料(不包括硬質合金)表觀硬度的測定部分:截面硬度基本均勻的材料 　　GB/T 5319-2002 燒結金屬材料(不包括硬質合金) 橫向斷裂強度的測定 　　GB/T 6480-2002 鑿巖用硬質合金釬頭 　　GB/T 17985.1-2000 硬質合金車刀第1部分:代號及標志 　　GB/T 17985.2-2000 硬質合金車刀第2部分:外表面車刀 　　GB/T 17985.3-2000 硬質合金車刀第3部分:內表面車刀 　　GB/T 18376.2-2001 硬質合金牌號第2部分:地質、礦山工具用硬質合金牌號 　　GB/T 18376.3-2001 硬質合金牌號第3部分:耐磨零件用硬質合金牌號 　　GB/T 3488-1983 硬質合金顯微組織的金相測定 　　GB/T 3489-1983 硬質合金孔隙度和非化合碳的金相測定 　　GB/T 9217.2-2005 硬質合金旋轉銼第2部分:圓柱形旋轉銼（A型） 　　GB/T 9217.3-2005 硬質合金旋轉銼第3部分:圓柱形球頭旋轉銼（C型） 　　GB/T 9217.4-2005 硬質合金旋轉銼第4部分:圓球形旋轉銼（D型） 　　GB/T 9217.5-2005 硬質合金旋轉銼第5部分:橢圓形旋轉銼（E型） 　　GB/T 9217.6-2005 硬質合金旋轉銼第6部分:弧形圓頭旋轉銼（F型） 　　GB/T 9217.7-2005 硬質合金旋轉銼第7部分:弧形尖頭旋轉銼（G型） 　　GB/T 9217.8-2005 硬質合金旋轉銼第8部分:火炬形旋轉銼（H型） 　　GB/T 9217.9-2005 硬質合金旋轉銼第9部分:60°和90°圓錐形旋轉銼（J型和K型） 　　GB/T 9217.10-2005 硬質合金旋轉銼第10部分:錐形圓頭旋轉銼（L型） 　　GB/T 9217.11-2005 硬質合金旋轉銼第11部分:錐形尖頭旋轉銼（M型） 　　GB/T 9217.12-2005 硬質合金旋轉銼第12部分:倒錐形旋轉銼（N型） 　　GB/T 9217.1-2005 硬質合金旋轉銼第1部分:通用技術條件 　　GB/T 3848-1983 硬質合金矯頑(磁) 力測定方法 　　GB/T 3849-1983 硬質合金洛氏硬度(A標尺) 試驗方法 　　GB/T 3850-1983 致密燒結金屬材料與硬質合金密度測定方法 　　GB/T 3851-1983 硬質合金橫向斷裂強度測定方法 　　GB/T 20255.5-2006 硬質合金化學分析方法鉻量的測定火焰原子吸收光譜法 　　GB/T 20255.2-2006 硬質合金化學分析方法鈷、鐵、錳和鎳量的測定火焰原子吸收光譜法 　　GB/T 20255.3-2006 硬質合金化學分析方法鉬、鈦和釩量的測定火焰原子吸收光譜法 　　GB/T 20255.4-2006 硬質合金化學分析方法鈷、鐵、錳、鉬、鎳、鈦和釩量的測定火焰原子吸收光譜法 　　GB/T 20255.1-2006 硬質合金化學分析方法鈣、鉀、鎂和鈉量的測定火焰原子吸收光譜法 　　GB/T 5163-2006 燒結金屬材料（不包括硬質合金）可滲性燒結金屬材料密度、含油率和開孔率的測定 　　GB/T 5242-2006 硬質合金制品檢驗規則與試驗方法 　　GB/T 5243-2006 硬質合金制品的標志、包裝、運輸和貯存 　　GB/T 9062-2006 硬質合金錯齒三面刃銑刀 　　GB/T 10947-2006 硬質合金錐柄麻花鉆 　　GB/T 10948-2006 硬質合金T形槽銑刀 　　GB/T 5124.3-1985 硬質合金化學分析方法電位滴定法測定鈷量 　　GB/T 5124.4-1985 硬質合金化學分析方法過氧化物光度法測定鈦量 　　GB/T 5159-1985 金屬粉末(不包括硬質合金用粉) 與成型和燒結有聯系的尺寸變化的測定方法 　　GB/T 5167-1985 燒結金屬材料和硬質合金電阻率的測定 　　GB/T 2078-2007 帶圓角圓孔固定的硬質合金可轉位刀片尺寸 　　GB/T 2080-2007 帶圓角沉孔固定的硬質合金可轉位刀片尺寸 　　GB/T 21182-2007 硬質合金廢料 　　GB/T 5318-1985 燒結金屬材料(不包括硬質合金) 無切口沖擊試樣 　　GB/T 5124.1-2008 硬質合金化學分析方法總碳量的測定重量法 　　GB/T 5124.2-2008 硬質合金化學分析方法不溶（游離）碳量的測定重量法 　　GB/T 16770.2-2008 整體硬質合金直柄立銑刀第2部分：技術條件 　　GB/T 2527-2008 礦山、油田鉆頭用硬質合金齒 　　GB/T 16456.2-2008 硬質合金螺旋齒立銑刀第2部分：7:24 錐柄立銑刀型式和尺寸 　　GB/T 16456.4-2008 硬質合金螺旋齒立銑刀第4部分：技術條件 　　GB/T 16456.3-2008 硬質合金螺旋齒立銑刀第3部分：莫氏錐柄立銑刀型式和尺寸 　　GB/T 16456.1-2008 硬質合金螺旋齒立銑刀第1部分：直柄立銑刀型式和尺寸 　　GB/T 16770.1-2008 整體硬質合金直柄立銑刀第1部分：型式與尺寸 　　GB/T 3612-2008 量規、量具用硬質合金毛坯 　　GB/T 6110-2008 硬質合金拉制模型式和尺寸 　　GB/T 20255.6-2008 硬質合金化學分析方法火焰原子吸收光譜法一般要求 　　GB/T 11102-2008 地質勘探工具用硬質合金制品 　　GB/T 18376.1-2008 硬質合金牌號第1部分：切削工具用硬質合金牌號 　　GB/T 3879-2008 鋼結硬質合金材料毛坯 　　GB/T 10417-2008 碳化鎢鋼結硬質合金技術條件及其力學性能的測試方法 　　GB/T 14330-2008 硬質合金機夾三面刃銑刀 　　GB/T 14301-2008 整體硬質合金鋸片銑刀 　　GB/T 4251-2008 硬質合金機用鉸刀 　　GB/T 6883-1995 線、棒和管拉模用硬質合金模坯 　　GB/T 6885-1986 硬質合金混合粉取樣和試驗方法 　　GB/T 11101-2009 硬質合金圓棒毛坯 　　GB/T 23369-2009 硬質合金磁飽和（MS）測定的標準試驗方法 　　GB/T 23370-2009 硬質合金壓縮試驗方法 　　GB/T 14388-2010 木工硬質合金圓鋸片 　　GB/T 6335.1-2010 旋轉和旋轉沖擊式硬質合金建工鉆第1部分：尺寸 　　GB/T 25667.1-2010 整體硬質合金直柄麻花鉆第1部分：直柄麻花鉆型式與尺寸 　　GB/T 25667.2-2010 整體硬質合金直柄麻花鉆第2部分：2°斜削平直柄麻花鉆型式與尺寸 　　GB/T 25667.3-2010 整體硬質合金直柄麻花鉆第3部分：技術條件 　　GB/T 6335.2-2010 旋轉和旋轉沖擊式硬質合金建工鉆第2部分：技術條件 　　GB/T 25670-2010 硬質合金斜齒立銑刀 　　GB/T 25666-2010 硬質合金直柄麻花鉆 　　GB/T 7963-1987 燒結金屬材料(不包括硬質合金) 拉伸試樣 　　GB/T 7964-1987 燒結金屬材料(不包括硬質合金) 室溫拉伸試驗 　　GB/T 7997-1987 硬質合金維氏硬度試驗方法 　　GB/T 26052-2010 硬質合金管狀焊條 　　GB/T 26053-2010 硬質合金噴焊粉 　　GB/T 26054-2010 硬質合金再生混合料 　　GB/T 25992-2010 整體硬質合金和陶瓷直柄球頭立銑刀尺寸 　　GB/T 26050-2010 硬質合金X射線熒光測定金屬元素含量熔融法 　　GB/T 26051-2010 硬質合金鈷粉中硫和碳量的測定紅外檢測法 　　GB/T 26280-2010 鑿巖用硬質合金整體釬 　　GB/T 3849.2-2010 硬質合金洛氏硬度試驗（A標尺）第2部分：標準試塊的制備和校準 　　GB/T 28248-2012 印制板用硬質合金鉆頭 　　GB/T 11108-1989 硬質合金熱擴散率的測定方法 　　GB/T 1817-1995 硬質合金常溫沖擊韌性試驗方法

主要用途

　　1923年，德國的施勒特爾往碳化鎢粉末中加進10%～20%的鈷做粘結劑，發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種硬質合金。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式碳化物，改善了刀具切削鋼材的性能。這是硬質合金發展史上的又一成就。 　　硬質合金具有硬度高、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。現在新型硬質合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數百倍。 　　硬質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，硬質合金的優良性能逐步替代了以前的鋼鐵模具）。 　　近二十年來，涂層硬質合金也問世了。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合金或鎢鈷硬質合金，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70年代已出現第四代涂層工具，可用來切削很難加工的材料。 　　硬質合金是怎樣燒結而成的？ 　　硬質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。

合金分類及硬質合金成分

　　①鎢鈷類硬質合金 　　主要成分是碳化鎢（WC）和粘結劑鈷（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數組成。 　　例如，YG8，表示平均WCo=8%，其余為碳化鎢的鎢鈷類硬質合金。 　　②鎢鈦鈷類硬質合金 　　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WTi=15%，其余為碳化鎢和鈷含量的鎢鈦鈷類硬質合金。 　　 ③鎢鈦鉭（鈮）類硬質合金 　　主要成分是碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（或碳化鈮）及鈷。這類硬質合金又稱通用硬質合金或萬能硬質合金。  　　其牌號由“YW”（“硬”、“萬”兩字漢語拼音字首）加順序號組成，如 YW1。

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