硬质合金发展简史

硬质合金发展简史

2008-04-11 12:48

自1923年硬质合金作为一种重要的工具材料和结构材料问世以来，至今已有八十多年的历史。

十九世纪末叶，人们为了寻找新的材料来取代高速钢，以进一步提高金属切削速度、降低加工成本和解决灯泡钨丝的拉拔等问题，开始了对硬质合金的研究。

早期的工作主要是着眼于各种难熔化合物，特别是碳化钨的研究。从1893年以来，德国科学家就利用三氧化钨和糖在电炉中一起加热到高温的方法制取出碳化钨，并试图利用其高熔点、高硬度等特性来制取拉丝模等，以便取代金刚石材料，但由于碳化钨脆性大，易开裂和韧性低等原因，一直未能得到工业应用。

进入二十世纪二十年代，德国科学家Karl Schroter研究发现纯碳化钨不能适应拉拔过程中所形成的激烈的应力变化，只有把低熔点金属加入WC中才能在不降低硬度的条件下，使毛坯具有一定的韧性。经过一年时间的努力。Schroter于1923年首先提出了用粉末冶金的方法，即将碳化钨与少量的铁族金属（铁、镍、钴）混合，然后压制成型并在高于1300℃温度下于氢气中烧结来生产硬度合金的专利。他在专利中提出的工艺，实质上就是今天许多厂仍在采用的WC—Co硬质合金生产工艺。1923年德国的krupp公司正式成批生产这种合金，并以widia（类似金刚石）的商标在市场上销售。随后美国、奥地利、瑞典、日本、原苏联和其他一些国家也相继生产硬质合金，于是硬质合金生产技术开始得到迅速发展。

起初，人们以为WC—Co硬质合金能加工各种材料，但很快发现，在加工钢材时，这种合金很容易因扩散磨损而损坏。1929年还是德国科学家研究发现，用两种以上的碳化物组成的固溶体比用单一的碳化物作为硬质合金的基体更为优越，并提出了有关固溶体应用的专利。同年，德国的krupp公司开始生产WC—TiC—Co的合金。1932年美国根据schroter及其同事专利，也研究出WC—TiC—Co合金。不久科学家又研究出WC—TiC—TaC—Co合金，从而使钢材加工问题得到妥善解决。

二次世界大战后，由于改进了车床的动力和刚性，切削量增大，人们开始研究可转位硬质合金刀具。使用这种刀具无需焊接，可随时调换刀头，刀杆可长期使用，其经济效果十分显著，是硬质合金工业的重大进展之一。自1953年12月可转位刀片问世并采用以来，其推广应用十分迅速，目前全世界的硬质合金生产厂家都在生产这种刀片。

六十年代末期，西德krupp公司成功地研制了涂层硬质合金，它的出现是硬质合金生产技术的又一重大进展。这种用化学气相沉积的方法，把普通的硬质合金刀片涂上薄薄的一层硬质化合物（如TiC、TiN等）而得到的涂层刀片，在高速下切削铸铁和钢材时，可以比未涂层的硬质合金刀片寿命增加好几倍，而且切削速度可以提高25～30%左右，因此它不久就获得了广泛的工业应用。目前世界上在所出售的可转位刀具中大约有一大半是使用涂层硬质合金。

随着科学技术的发展，硬质合金的用途愈来愈广泛，人们对硬质合金的性能要求也愈来愈高。因此在硬质合金领域除开展一些基础理论研究外，更多精力是集中在生产技术和工艺装备的改进创新上，以便能获得更多更好的产品。六十年代末期研究开发并引入硬质合金生产领域中的热等压技术，是硬质合金科研的一项重大成果。用这种方法生产的合金，其孔隙度极低，韧性、断裂应力和抗冲击性均有很大提高。七十年代移植到硬质合金生产领域中的喷雾干燥技术也是一项重大的科研成果，应用这种方法能获得质量稳定、流动性好、压制性能优良的粉末粒料，加上不断推出的精度高、自动化程度高的自动压力机，使混合粒制备到压坯成型，工艺流程缩短、产品精度提高，并可实现连续化、自动化生产，有力推动可转位刀片生产。

进入80年代以来，世界硬质合金工业发展的突出特点是：一方面，涂层硬质合金发展迅速，其产量大幅度增加，应用领域不断扩大，已成功地应用于切削等重加工工序。著名硬质合金生产厂家如山特维克公司、肯纳公司、依斯卡等的涂层刀片生产已占可转位刀片的85%以上。同时在涂层技术方面也取得了较大进展，在进一步改进和完善传统的高温化学气相沉积方法的同时，还研制成功并推广应用了中温化学气相沉积方法以及各种物理气相沉积方法和兼有物理及化学气相沉积特点的等离子体化学气相沉积方法等。此外，在硬质合金涂层基体

方面，不仅研制出各种加工用的涂层专用基体，而且日本、瑞典等国还开发出带富钴层或脱β的涂层基体，从而明显地提高了涂层硬质合金的强度，扩大了涂层硬质合金的应用范围。另一方面，70年代初出现超细合金，最早是山特维克的R19，接着美国、日本的一些公司也相继推出超细硬质合金牌号。随着电子工业、机械加工工业的迅速发展，推动超细硬质合金在八十年代迅速发展，质量不断提高、产量不断扩大。1984年前后，日本住友电气公司试制出了双高的AF1合金，硬度RA93.0，强度5000N/mm2，创世界之最，随后美国、瑞典、德国等著名厂家也都相继开发出性能越来越好的超细硬质合金，对于许多世界著名硬质合金厂家而言，超细硬质合金同高精度、高性能涂层硬质合金一样是他们引以自豪的一类硬质合金产品。

八十年代研制成功并迅速普及的低压热等静压技术是硬质合金生产技

术领域中突破性的进展，从而使低成本地生产十分接近理论致密度的硬质合金产品成为现实。自1989年美国超高压公司研制成功的第一台低压热等静压设备问世以来，在短短的几年内，该技术就取得了异常迅速的发展这种设备几乎遍及世界各地，对整个硬质合金质量的提高起重要作用。

进入八十年代世界硬质合金工业发展的还一个特点是，硬质合金制品正在向精密化、小型化方向发展，出现了微型麻花钻头、点阵打印针、精密工模具等高新技术产品。切削工具尺寸精度的要求也越来越高，有的先进厂家已淘汰U 级硬质合金刀片精度标准，与此同时许多硬质合金模具尺寸精度已达到微米级、超微米级，加之设备、生产线自动化、智能化，推动硬质合金工业不断朝着更新、更高领域发展。