硬質合金及其應用            

由于硬質合金的氣孔率＜5%，所以屬于不吸水產品。其密度的量測：一般零件小、密度高、一般工業界取 ±0.01g/cm3或 ±0.1g/cm3 的公差。經驗告訴我們：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，化學穩定性好，熱穩定性好，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，年產硬質合金15000 t，占世界產量的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。按照鈷的質量分數，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。

隨著生產發展的需求，近些年來，出現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、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。

最常規的性能檢測指針有密度、硬度和抗彎強度等。

工業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展而不斷發展。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。

通常硬質合金生產中，采用的球磨介質和增塑劑來概括其生產工藝。目前，在世界各國的硬質合金生產企業中，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，使合金不易出現裂紋。

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、簡化生產流程，縮短生產周期。

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。松裝密度較穩定，易實現精密壓制。

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，節約能源。

數顯直讀合金密度計TW-300A