硬质合金

湘西民族职业技术学院备课用纸

由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，它相比传统的金属材料具有很多优势。

9.3.1 硬质合金的特点

硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。

硬质合金还可用来制作凿岩工具、采掘工具、钻探工具、测量量具、耐磨零件、金属磨具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴、五金模具（如拉丝模具、螺栓模具、螺母模具、以及各种紧固件模具，硬质合金的优良性能逐步替代了以前的钢铁模具）。

9.3.2 硬质合金的分类

1. 钨钴类硬质合金

主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。其牌号是由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。例如，YG8，表示平均WCo=8%，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。

一般钨钴类硬质合金刀具用于切削铸铁、有色金属等脆性材料。

2. 钨钛钴类硬质合金

主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）及钴。其牌号由

“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含

量组成。例如，YT15，表示平均TiC=15%，其余为碳化钨

和钴含量的钨钛钴类硬质合金。此类刀具用于切削碳钢等

塑性材料。

3. 钨钛钽（铌）类硬质合金

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。其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺序号组成，如 YW1。此类刀具用于切削不锈钢等难加工材料。

9.3.3 硬质合金的性能

硬度高（86～93HRA，相当于69～81HRC）；热硬性好（可达900～1000℃，保持60HRC）；耐磨性好。硬质合金刀具比高速钢切削速度高4～7倍，刀具寿命高5～80倍。制造模具、量具，寿命比合金工具钢高 20～150倍。可切削50HRC 左右的硬质材料。但硬质合金脆性大，不能进行切削加工，难以制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接、粘接、机械夹持等方法安装在刀体或模具体上使用。

9.3.4 硬质合金的热处理工艺

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，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：

1．脱除成形剂及预烧阶段

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，成型剂或多或少给烧结体增碳，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，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结晶，表面扩散开始发生，压块强度有所提高。

2．固相烧结阶段（800℃--共晶温度）

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）

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。

4. 冷却阶段（烧结温度--室温）

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，对硬质合金进行热处理以提高其物理机械性能。

9.3.5 硬质合金的发展现状

中国刀具企业通过不断地学习和战略规划，已经在市场上占据了半壁江山，但是，企业在发展过程中还是凸显出几个致命的问题，比如重视不够、处理不当，这些都将会严重影响到企业的发展。

现阶段，硬质合金刀具在发达国家已占刀具类型的主导地位，比重高达70%。而高速钢刀具却正以每年1%～2%的速度缩减，所占比例已降至30%以下。

同时，硬质合金切削刀具在我国也已经成为加工企业所需的主力刀具，被广泛地应用在汽车及零部件生产、模具制造、航空航天等重工业领域，但我国刀具企业却盲目地、大量地生产高速钢刀以及一些低档标准刀具，完全没有考虑到市场饱和度和企业所需，最终把具有高附加值、高科技含量的中高端刀具市场“拱手相让”给国外企业。

有资料显示，我国刀具的年销售额大约为145亿元，其中硬质合金刀具所占的比重不足25%，但国内制造业所需的硬质合金刀具已经占据刀具的50%以上，这种盲目生产已经严重满足不了国内制造业对硬质合金刀具日益增长的需求，从而形成了中高端市场的真空状态，最终被国外企业所占据。

2007年，我国生产的1.65万吨硬质合金中，有4500吨用于切削刀具生产上，数量上和日本相当。但制成刀具后的价值仅8亿美元，远不及日本的25亿美元，这充分说明国内硬质合金高效刀具的整体生产水平与国外仍有相当大的差距。所以，在国内企业不能满足市场需求的前提下，制造业的需求就不得不依靠大量进口来解决。有资料显示，主要外商在中国中高端刀具市场上的销售年增长率达30%，已超过国产刀具的年均增长水平。