金属陶瓷(硬质合金)

（3）高熔点材料 一些高熔点的金属和金属化合物如W Mo、WC、TiC等 一些高熔点的金属和金属化合物如W、Mo、WC、TiC等，用熔炼 和铸造方法生产比较困难，可用粉末冶金方法生产， 和铸造方法生产比较困难，可用粉末冶金方法生产，如各种金属陶 钨丝及Mo TA、Nb等难熔金属和高温合金 Mo、 等难熔金属和高温合金。 瓷、钨丝及Mo、TA、Nb等难熔金属和高温合金。 （4）特殊电磁性能材料 如多孔过滤材料， 如多孔过滤材料，假合金材料等 缺点：由于设备和模具的限制， 缺点：由于设备和模具的限制，粉末冶金还只能生产尺寸有限 和形状不很复杂的制品，烧结零件的韧性较差，生产效率不高， 和形状不很复杂的制品，烧结零件的韧性较差，生产效率不高，成 本较高。 本较高。
TICBiblioteka Baidu刀具
（3）通用硬质合金 ） 主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）及钴。 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。 类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金。 其牌号由“ 两字汉语拼音字首） 其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺 （ 序号组成， 序号组成，如 YW1。 。
1.5 发展趋势
当前硬质合金刀具材料牌号正向着两个相反的方向发展， 当前硬质合金刀具材料牌号正向着两个相反的方向发展，一 方面，通用型牌号的适用面越来越广，通用性越来越强。 方面，通用型牌号的适用面越来越广，通用性越来越强。另一方 专用型牌号越来越具有针对性， 面，专用型牌号越来越具有针对性，更加适应被加工材料和切削 条件，从而达到提高切削效率的目的。 条件，从而达到提高切削效率的目的。 美国Kennametal公司推出的新的 系列 公司推出的新的KU系列 系列(KU10T、 如：美国 公司推出的新的 、 KU25T、KU30T)牌号就具有非常广泛的通用性。其中，KU10T 牌号就具有非常广泛的通用性。 、 牌号就具有非常广泛的通用性 其中， 采用了具有高韧性的和高耐磨性的硬质合金基体， 和KU25T采用了具有高韧性的和高耐磨性的硬质合金基体，并配 采用了具有高韧性的和高耐磨性的硬质合金基体 以高含铝量的TiN+TiAlN复合 以高含铝量的 复合PVD涂层；而KU30T则采用了韧性 涂层； 则采用了韧性 复合 涂层 极好的富钴层梯度硬质合金基体，配以TiN+TiCN+TiN复合 复合CVD 极好的富钴层梯度硬质合金基体，配以 复合 涂层。新的KU系列牌号可广泛适用于钢、不锈钢、铸铁、非钛 系列牌号可广泛适用于钢、 涂层。新的 系列牌号可广泛适用于钢 不锈钢、铸铁、 合金、高温合金和硬材料的车削、镗孔、切槽、切断和螺纹加工。 合金、高温合金和硬材料的车削、镗孔、切槽、切断和螺纹加工。 该公司新推出的KC5510和KC5525则是专为高效率加工高温合金 该公司新推出的 和 则是专为高效率加工高温合金 而设计的牌号，晶粒细化的高钴硬质合金基体， 而设计的牌号，晶粒细化的高钴硬质合金基体，配以高性能的 TiAlNPVD涂层，使刀片具有极强的抗热变形能力，可以比其它 涂层， 涂层 使刀片具有极强的抗热变形能力， PVD涂层刀具提高两倍以上的切削速度。日本 涂层刀具提高两倍以上的切削速度。 涂层刀具提高两倍以上的切削速度 日本Tungaloy超硬工具 超硬工具 株式会社推出的T6000系列牌号 系列牌号(T6020、T6030)，则是专为不锈 株式会社推出的 系列牌号 、 ， 钢车削加工开发的CVD牌号。ISCAR公司推出的专用于高速铣削 牌号。 钢车削加工开发的 牌号 公司推出的专用于高速铣削 加工灰铸铁和球墨铸铁的DO-TEC涂层牌号 加工灰铸铁和球墨铸铁的 涂层牌号(DT7150)，采用了 ， 涂层牌号 Al2O3-MTCVD内涂层加 内涂层加TiAlNPVD外涂层的复合涂层技术，具 外涂层的复合涂层技术， 内涂层加 外涂层的复合涂层技术 有极高的耐磨性及抗剥落性。 有极高的耐磨性及抗剥落性。
2：固相烧结阶段（800℃--共晶温度） ：固相烧结阶段（ 共晶温度） ℃ 共晶温度 在出现液相以前的温度下， 在出现液相以前的温度下，除了继续进行上一阶段所发生的过程 固相反应和扩散加剧，塑性流动增强，烧结体出现明显的收缩。 外，固相反应和扩散加剧，塑性流动增强，烧结体出现明显的收缩。 3：液相烧结阶段（共晶温度 烧结温度） 烧结温度） ：液相烧结阶段（共晶温度--烧结温度 当烧结体出现液相以后，收缩很快完成，接着产生结晶转变， 当烧结体出现液相以后，收缩很快完成，接着产生结晶转变，形 成合金的基本组织和结构。 成合金的基本组织和结构。 4：冷却阶段（烧结温度 室温） 室温） ：冷却阶段（烧结温度--室温 在这一阶段， 在这一阶段，合金的组织和相成分随冷却条件的不同而产生某些 变化，可以利用这一特点， 变化，可以利用这一特点，对硬质合金进行热处理以提高其物理机 械性能。 械性能。
1.3 硬质合金的性能特点、分类及应用
1.3.1硬质合金的性能特点 （1）高硬度、耐磨性好、高热硬性 高硬度、耐磨性好、 （2）抗压强度、弹性模量高 抗压强度、 抗压强度高可达6000MPa， 抗压强度高可达6000MPa，但抗弯强度 6000MPa 低，只有高速钢的1/3～1/2。弹性模 只有高速钢的1 量很高，韧性很差。 量很高，韧性很差。
硬质合金应用推荐
1.3.4 钢结硬质合金 是近年来发展的一种新型硬质合金， 是近年来发展的一种新型硬质合金，是以一种或几种碳化物 （WC、TiC）等为硬化相，以合金钢（高速钢、铬钼钢）粉末为 、 ）等为硬化相，以合金钢（高速钢、铬钼钢） 粘结剂，经配料、压型、烧结而成。 粘结剂，经配料、压型、烧结而成。钢结硬质合金具有与钢一样 的可加工能力，可以锻造、焊接和热处理。 的可加工能力，可以锻造、焊接和热处理。 缺点：脆性大、韧性低、难以加工成型， 缺点：脆性大、韧性低、难以加工成型，制约了工程结构陶瓷 发展及其应用。 发展及其应用。
钨钛钽刀具
1.3.3 硬质合金的应用
硬质合金主要用于制造切削刀具、冷作模具、量具和耐磨零件。 硬质合金主要用于制造切削刀具 、 冷作模具 、 量具和耐磨零件 。 钨钴类合金刀 具主要用来切削加工产生断续切屑的脆性材料； 具主要用来切削加工产生断续切屑的脆性材料 ； 钨钴钛类合金主要用来切削加工韧 性材料；通用硬质合金既可切削脆性材料，又可切削韧性材料。 性材料 ； 通用硬质合金既可切削脆性材料 ， 又可切削韧性材料 。 硬质合金也用于冷 拔模、冷冲模、冷挤压模及冷镦模。 拔模、冷冲模、冷挤压模及冷镦模。
硬质合金焊接刀片
（3）耐蚀性和抗氧化性良好，热膨胀因数比钢低 耐蚀性和抗氧化性良好， 缺点：抗弯强度低、脆性大、 缺点：抗弯强度低、脆性大、导热性差 加工：采用电加工（电火花、线切割） 加工：采用电加工（电火花、线切割）和专门的砂轮磨削 硬质合金的分类、 1.3.2硬质合金的分类、编号
(1) 钨钴类硬质合金 由碳化钨和钴组成,常用代号有YG3、YG6、YG8等 代号中“YG 由碳化钨和钴组成,常用代号有YG3、YG6、YG8等。代号中“YG” YG3 两字的汉语拼音字首， 为“硬”、“钴”两字的汉语拼音字首，后面的数字表示钴的含量 质量分数×100）。 （质量分数×100）。 例如， ％，其余为碳化钨的钨钴类硬 例如，YG8，表示平均 ，表示平均WCo＝8％，其余为碳化钨的钨钴类硬 ＝ ％， 质合金。 质合金。
表1 硬质合金的发展情况
碳化钨基硬质合金 年份
1923~1925 1930~1931 1938 1956 1959 1968~1969 1965~1978 1967~1970 1965~1975 1969~1971 1974~1977 1973~1978
无碳化钨基硬质合金 年份
1929~1931 1930~1931 1931 1931 1938 1944 1949 1950 1952~1966 1957
硬质合金
1.1 硬质合金的发展历史
硬质合金是用粉末冶金生产由难熔金属化合物和粘接金属构成 的组合材料。 的组合材料。 现在硬质合金的发明者是德国人施勒特尔，他于1923年首先 现在硬质合金的发明者是德国人施勒特尔，他于 年首先 用粉末冶金方法生产硬质合金。他在专利中所提出的工艺， 用粉末冶金方法生产硬质合金。他在专利中所提出的工艺，今天 仍在WC-Co硬质合金生产工艺中使用。1926年，德国克虏伯 硬质合金生产工艺中使用。 仍在 硬质合金生产工艺中使用 年 (Krupp)公司首先进行硬质合金的工业生产，并以“维迪阿” 公司首先进行硬质合金的工业生产， 公司首先进行硬质合金的工业生产 并以“维迪阿” ( Widia)的商标 意为象金刚石）在市场销售。随后很快传到欧美 的商标(意为象金刚石 的商标 意为象金刚石）在市场销售。 及日本等国。 及日本等国。 硬质合金的发展情况见表1。值得指出的是， 硬质合金的发展情况见表 。值得指出的是，自1953年有人首 年有人首 先采用可转位刀片以来，由于使用这种刀片不用焊接， 先采用可转位刀片以来，由于使用这种刀片不用焊接，可随时调 换刀片，刀杆可长期使用，经济效果显著，推广迅速， 换刀片，刀杆可长期使用，经济效果显著，推广迅速，这是硬质 合金工业的重大进展之一。六十年代末期， 合金工业的重大进展之一。六十年代末期，西德克虏伯公司成功 研制了涂层硬质合金， 研制了涂层硬质合金，用此
1.4 烧结成型
硬质合金烧结成型就是将粉末压制成坯料，再进烧结炉加热到 硬质合金烧结成型就是将粉末压制成坯料， 一定温度（烧结温度），并保持一定的时间（保温时间）， ），并保持一定的时间 ），然后 一定温度（烧结温度），并保持一定的时间（保温时间），然后 冷却下来， 冷却下来，从而得到所需性能的硬质合金材料 。 硬质合金烧结过程可以分为四个基本阶段： 硬质合金烧结过程可以分为四个基本阶段： 1：脱除成形剂及预烧阶段，在这个阶段烧结体发生如下变化： ：脱除成形剂及预烧阶段，在这个阶段烧结体发生如下变化： 成型剂的脱除，烧结初期随着温度的升高， 成型剂的脱除，烧结初期随着温度的升高，成型剂逐渐分解 或汽化，排除出烧结体，与此同时， 或汽化，排除出烧结体，与此同时，成型剂或多或少给烧结体增 增碳量将随成型剂的种类、数量以及烧结工艺的不同而改变。 碳，增碳量将随成型剂的种类、数量以及烧结工艺的不同而改变。 粉末表面氧化物被还原，在烧结温度下， 粉末表面氧化物被还原，在烧结温度下，氢可以还原钴和钨的 氧化物，若在真空脱除成型剂和烧结时，碳氧反应还不强烈。粉 氧化物，若在真空脱除成型剂和烧结时，碳氧反应还不强烈。 末颗粒间的接触应力逐渐消除，粘结金属粉末开始产生回复和再 末颗粒间的接触应力逐渐消除， 结晶，表面扩散开始发生，压块强度有所提高。 结晶，表面扩散开始发生，压块强度有所提高。
硬质合金
WC-Co WC- TaC（ VC, NbC)-Co WC-Cr3C2-Co WC-TiC-Ta （Nb) C-Cr3C2-Co WC-TiC-HfC-Co WC-TiC-TaC （NbC)-HfC-Co TiC,TiN,Ti （CN),HfC,Hf和 Al2O3涂层的WC基合金 亚微细WC-Co 热等静压 热化学表面硬化 多晶金刚石复合的WC基硬质合金 复碳化物，碳氧化物-氮化物以及 碳化物-碳氮化物-氮化物-氧化物 复合涂层 添加Ru的复杂硬质合金
1.2 粉末冶金方法及其应用
20世纪初研制了一种粉末经压制成型并经烧结而制成零件或毛 20世纪初研制了一种粉末经压制成型并经烧结而制成零件或毛 坯，这种方法称粉末冶金法。 这种方法称粉末冶金法。 粉末冶金的应用主要有以下几 个方面： 个方面： （1）减摩材料 应用最早的是含油轴承。 应用最早的是含油轴承。 （2）结构材料 它是用碳钢或合金钢的粉末为 原料， 原料 ， 采用粉末冶金方法制造结构 零件。 这种制品的精度较高、 零件 。 这种制品的精度较高 、 表面 光洁， 光洁 ， 不需或少需切削加工即为成 品零件。 品零件。 可用于制造液压泵齿轮、 可用于制造液压泵齿轮 、 电钻 齿轮、凸轮等。 齿轮、凸轮等。
1976~1979
制成的刀片的使用寿命可比标准的可转位刀片高出好几倍， 制成的刀片的使用寿命可比标准的可转位刀片高出好几倍，而 且切削速也可以提高25~30%，从此获得了广泛的应用，这是 且切削速也可以提高 ，从此获得了广泛的应用， 硬质合金生产发展过程中的又一个重大进展。此外， 硬质合金生产发展过程中的又一个重大进展。此外，六十年代 末期引入硬质合金生产领域的热静压技术， 末期引入硬质合金生产领域的热静压技术，以及七十年代移植 到硬质合金生产领域的喷雾干燥技术， 到硬质合金生产领域的喷雾干燥技术，使硬质合金生产工艺又 向前迈进了一大步。 向前迈进了一大步。 我国硬质合金工业是从20世纪 世纪50年代初建设株洲硬质合金 我国硬质合金工业是从 世纪 年代初建设株洲硬质合金 厂开始的， 多年来 从无到有，不断发展， 多年来， 厂开始的，50多年来，从无到有，不断发展，取得了令世人瞩 目的成就， 目的成就，但整体技术水平特别是高附加值制品的生产与世界 先进水平比较仍存在较大差距。 先进水平比较仍存在较大差距。
WC 刀具
（2）钨钴钛类硬质合金 ） 由碳化钨、碳化钛和钴组成，常用代号有 由碳化钨、碳化钛和钴组成，常用代号有YT5、YT15、YT30 、 、 代号中“ 两字的汉语拼音字首， 等。代号中“YT”为“硬”、“钛”两字的汉语拼音字首，后面 为 的数字表示碳化钛的含量（质量分数× ）。 的数字表示碳化钛的含量（质量分数×100）。 硬质合金中，碳化物含量越多，钴含量越少， 硬质合金中，碳化物含量越多，钴含量越少，则硬质合金的硬 热硬性及耐磨性越高，但强度及韧性越低。 度、热硬性及耐磨性越高，但强度及韧性越低。 例如， ％，其余为碳化钨和钴含量的 例如，YT15，表示平均 ，表示平均WTi＝15％，其余为碳化钨和钴含量的 ＝ ％， 钨钛钴类硬质合金。 钨钛钴类硬质合金。
硬质合金
Ti-Mo2C-Ni,Cr,Mo TaC-Ni TiC-TaC-Co Tic-Cr,Mo,W,Ni,Co TiC-VC-Ni,Fe TiC-NbC-Ni,Co TiC-VC-Nb-Mo2C-Ni TiC （Mo2C,TaC)-Ni,Co-Cr TiC-可热处理钢结合金 TiC-TiB2
1968~1970 （TiMo)C （固溶体Ni,Mo,Cr) 1969~1970 TiC-TiN-Ni 1968~1973 TiC-Al2O3 1972~1975 Ti-TaN-Ni