硬質合金及其應用            

由于硬質合金的氣孔率＜5%，所以屬于不吸水產(chǎn)品。其密度的量測：一般零件小、密度高、一般工業(yè)界取 ±0.01g/cm3或 ±0.1g/cm3 的公差。經(jīng)驗告訴我們：買0.001g/cm3和0.0001g/cm3精度的客戶都有，依客戶自己的需求而定。

硬質合金是由難熔金屬硬質化合物和粘結金屬經(jīng)粉末冶金方法制成的高硬度材料。

難熔金屬硬質化合物：通常指元素周期表第Ⅳ、V、Ⅵ族中過渡元素(鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢)的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物。硬質合金中廣泛使用的是碳化物，主要是碳化鎢和碳化鉭(碳化鈮)。這些碳化物的共同特點是：熔點高，硬度高，化學穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，常溫下與粘結金屬的相互溶解作用很小…..等。

粘結金屬應符合下列要求：在硬質合金的工作溫度(如1000℃)下不會出現(xiàn)液相，能較好地濕潤碳化物表面，在燒結溫度下不與碳化物發(fā)生化學反應。本身的物理力學性能較好等。鐵族金屬及其合金能不同程度地滿足上述要求。其中最好的是鈷，其次是鎳，鐵很少單獨使用。

中國有株洲硬質合金廠、自貢硬質合金廠兩大硬質合金廠。目前全國共有硬質合金150多家，年產(chǎn)硬質合金15000 t，占世界產(chǎn)量的39.5%。

硬質合金的種類：

制造燒結硬質合金中，實際廣泛應用的所謂硬質化合物只有碳化物。按其碳化物基體成分可分為以下三類：

1、WC-Co.(或稱鎢鈷)類合金：這類合金主要由碳化鎢和鈷組成。這類合金與含鈷量相同的其它硬質合金比較，具有最高的抗彎強度、抗壓強度、沖擊韌度和彈性模量，以及較小的膨脹系數(shù)。按照鈷的質量分數(shù)，這類合金可分為低鈷(3% ~8%)、中鈷(10% ~15%)、高鈷(20% ~30%)合金三類。

2、WC-TiC-Co (或稱鎢鈷鈦)類合金：與WC-Co類合金比較，這類合金具有較高的抗氧化性，在長切屑材料的加工中采用高速切削時有較高的刀具壽侖。其缺點是強度較WC-Co合金低。

3、WC-TiC-TaC (NbC) –Co (或鎢鈷鈦鉭(鈮)這類合金主要用于鋼材的切削加工，但比WC-TiC-Co合金有更好的高溫抗氧化性，同時也有較好的抗熱震性。

隨著生產(chǎn)發(fā)展的需求，近些年來，出現(xiàn)了很多硬質合金品種，例如：

A、碳化鈦基合金：這類合金由碳化鈦、金屬鎳和金屬鉬或碳化二鉬組成。它主要用于鋼材的精切削加工，且切削速度在較大范圍內變化時，刀具仍貝高的壽命。

B、鋼結硬質合金：這類合金由碳化鎢或碳化鈦與碳素綱或合金鋼組成。

C、超細硬質合金：這類合金的碳化物晶粒平均尺寸在1mm以下。

D、表面涂層硬質合金：這是一種在韌性較好的硬質合金基體上，沉積一層幾微米硬度厚、耐磨性好的金屬化合物(如 TiC、TiN、Al2O3)的硬質合金。

某些硬質化合物的性能：

碳化物：

材料         TiC       ZrC       HfC     VC     NbC   

密度g/cm3    4.9        6.4       12.7     5.8     7.8

材料         TaC      Cr3C2     Mo2C    WC    W2C

密度g/cm3   14.5       6.7        9.2      15.8     17.3

氮化物：

材料         TiN       ZrN       HfN     VN     NbN   

密度g/cm3    5,4       7.3        14.0     6.1      7.3

材料         TaN      CrN    

密度g/cm3    14.1      6.1

硼化物：

材料         TiB2       ZrB2     HfB2     VB2     NbB2   

密度g/cm3    4.5        6.1       11.2      5.1       7.2

材料         TaB2      CrB2     MoB2     WB     

密度g/cm3   12.6        5.6       7.8       16.0    

硅化物：

材料         TiSi2      Zr Si2      VSi2      NbSi2   

密度g/cm3    4.4        4.9        4.7       5.3   

材料         TaSi2      CrSi2     MoSi2     WSi2   

密度g/cm3    8.8        4.4        6.1        9.3   

硬質合金的性能檢測項目主要包括：

1、物理性能(密度、電導率、熱膨脈系數(shù)、磁性等) 檢測。

2、力學性能(硬度、強度、沖擊韌度、彈性模量) 檢測。

3、化學性能(抗氧化性、抗腐蝕性) 檢測。

4、使用性能(切削性能、高溫性能等)檢測。

最常規(guī)的性能檢測指針有密度、硬度和抗彎強度等。

工業(yè)WC-Co合金：

A、鎢鈷合金的密度是隨著材料混合的成分比率、成形的方法、燒結的溫度有所不同。

B、洛氏硬度為84~ 92HRA，相對當于維氏硬度8000 ~17000HV，硬度與合金中的鈷含量、碳化鎢相的晶粒大小有關，鈷含量增多，硬度就降低。粗晶粒硬質合金比細晶粒硬質合金的硬度低。在WC-Co合金中加入TiC時可提高硬度。

C、鎢鈷合金抗彎強度一般為1600 ~ 2800Mpa。

硬質合金的制備流程：

硬質合金的制備工藝隨著技術的發(fā)展而不斷發(fā)展。其基本工藝包括三大部分：

一、是粉末的制備 二、是粉末成型 三、是固化燒結。

通常硬質合金生產(chǎn)中，采用的球磨介質和增塑劑來概括其生產(chǎn)工藝。目前，在世界各國的硬質合金生產(chǎn)企業(yè)中，采用的球磨介質有酒精、乙烷、丙酮等、采用的增塑濟有橡膠、石蠟、PEG等。

最典型的是：

A、以酒精作為球磨介質，橡膠作為增塑劑，以氫氣燒結的橡膠工藝。

B、以已烷作為球磨介質，石蠟作為增塑劑的石蠟工藝。

1、橡膠工藝流程：          酒精

                            ↓

WC-Co添加金屬 → 配料 → 濕磨 → 過篩卸料 → 蒸氣振動干燥 → 過篩 → 橡膠混合 → 干燥制粒 → 壓制成形 → 氫氣燒結 →成品

      ↑

   橡膠溶液

橡膠工藝的特點如下所述：

1、合金常出現(xiàn)增碳，其碳量控制難度大。

2、橡膠存放時間長會老化而失去粘結作用。

3、氫氣中常含水蒸氣、氧、氮等雜質氣體，使合金性能降低。

4、橡膠成型性好，壓壞強度高，橡膠不易汽化揮發(fā)，使合金不易出現(xiàn)裂紋。

5、氫氣燒結爐構造簡單，造價便宜，操作簡便。

2、石蠟工藝流程：       乙烷、石蠟

                            ↓

WC-Co添加金屬 → 配料 → 濕磨 → 過篩卸料 → 噴霧干燥制粒 → 壓制成形 → 真空燒結 →成品

石蠟工藝的特點如下所述：

1、簡化生產(chǎn)流程，縮短生產(chǎn)周期。

2、設備復雜，龐大，廠房要求高，投資額大。

3、材料流動性好，壓模填充性好。松裝密度較穩(wěn)定，易實現(xiàn)精密壓制。

4、石蠟純度高，長期儲存不變質。合金碳量易于控制。

5、石蠟成型性差，加壓快則強度較低，易出現(xiàn)裂紋。

6、真空燒結合金純度高、密度高、強度高，耐磨性好。操作方便，節(jié)約能源。

數(shù)顯直讀合金密度計TW-300A