硬质合金与超硬工具材料资料

碳化钨的形成
碳化钨形成的总化学反应式是W+C=WC，钨粉碳 化过程是通过含碳的气体进行的。
影响碳化钨粒度的因素很多，主要是钨粉原始颗 粒的大小。一般地，钨粉颗粒越粗，所得到的碳 化钨的颗粒也较粗。钨粉的表面状态、混合料中 的碳含量对碳化钨的粒度也有一定的影响。而碳 化物度对碳化钨颗粒大小的影响并不显著。特别 是对于粗颗粒的钨粉，提高碳化物度几乎不能使 碳化钨的颗粒长大。
特点：
1、硬度、耐磨性、HRA94, 600℃超高速钢 1000℃常温 钢硬度
2、强度、σb600MPa,900℃>1000MPa 3、E：400-700GPa
4、耐磨、耐蚀、耐酸碱
5、线膨胀系数小
硬质合金 hardmetal;cemented carbide
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。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。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的 数百倍。
4. 硬质合金与超硬工具材料
4.1 概述
硬质合金是指一种或多种难熔金属的碳化物（WC、TiC等） 作为硬质相，用过渡族金属（Co等）作为粘结相，采用粉 末冶金技术制备的多相材料。作为切削刀具用的硬质合金， 常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的粘结相 有Co、Ni、Fe等。硬质合金的强度主要取决于粘结相的含 量。
WC-TiC-TaC(NbC)-Co硬质合金，是在YT硬质合金中添加 TaC(NbC) 。
主要生产国家
世界上有50多个国家生产硬质合金，总产量可达 27000～28000t-，主要生产国有美国、俄罗斯、 瑞典、中国、德国、日本、英国、法国等，世界 硬质合金市场基本处于饱和状态，市场竞争十分 激烈。中国硬质合金工业是50年代末期开始形成 的，60～70年代中国硬质合金工业得到了迅速发 展，90年代初中国硬质合金总生产能力达6000t， 硬质合金总产量达5000t，仅次于俄罗斯和美国， 居世界第3位。
分类
按照被加工材料可以分为：
P类：主要用于加工钢件（包括铸钢）； K类：主要用于加工铸铁； M类：主要用于加工钢（包括奥氏体钢、锰钢）、铸铁、
有色金属。
按照成分可以分为：
WC-Co硬质合金，硬质相是WC，粘结相是Co，代号为 YG；
WC-TiC-Co硬质合金，硬质相是WC与TiC，粘结相是Co， 代号为YT；
混合料的制备
使碳化物与粘结相粉末混合均匀，并进一步磨细。 硬质合金成品的性能，很大程度上取决于混合料 的制备。
球磨机是制备混合料的主要设备。球磨的各项工 艺参数对混合料的质量有明显的影响。工艺参数 的选择包括：转速为接近60%的临界转速；加入 适量的液体介质（酒精、苯、丙酮等）；使用硬 质合金球，球的直径为5～10mm，球料比为2.5： 1～5：1，装球量为40%～60%；球磨时间为24～ 48小时，细晶硬质合金可增加到72小时或更长。
预先制备钨粉，然后与二氧化钛、炭黑在1700～2000℃温度下于氢气 中制取复式碳化物。能够省去制备碳化钨的程序，但化学成分难以控 制。
预先制备碳化钨，然后与二氧化钛、炭黑在1700～2000℃温度下于氢 气中制取复式碳化物。该方法被广泛采用，其优点是，当形成细小和 活性高的碳化钛颗粒后，碳化钨便以极高的速率溶解于碳化钛而生成 稳定的TiC-WC固溶体。质量稳定，且生产效率高。
复式碳化物
在制造含TiC的硬质合金时，TiC通常是以 TiC-WC固溶体（复式碳化物）的形式加入。 这主要是由于工业碳化钛一般含有较多的氧 （氮），而且TiC与TiO的晶格类型相同，并 容易形成连续固溶体。如果碳化钛直接加入 合金混合料中，形成固溶体时由于碳原子置 换TiC晶格中的氧原子和氮原子而析出CO和 N2气体，阻碍合金的正常收缩，增大合金的 孔隙度。
→ 干燥 → 制粒 → 成型 → 脱脂预烧 → 烧脂 → 成品
加工
百度文库
气氛： H2、H2+N2、真空 真空特点：密度、硬度、显微结构、切削
耐用度、但强度下降，有利于排除，改善 润湿法
注意：
①Co的挥发、损失 1550℃，1h，6%→降至 4 5 6
0：1 1 10mmHg←压力 ②脱碳，表面氧化物被C还原气氛中的O 添加剂：TaC，WC-Co硬质合金的组织，多
角形的WC晶粒被Co 粘结相包围
制备钨粉的方法
制备钨粉的方法有：三氧化物还原法、蓝色氧化钨还原法。 三氧化物还原法可分为一次还原法（直接还原法）和二次
还原法。一次还原法就是直接将三氧化物还原成金属钨； 二次还原法是先将三氧化物还原成褐色的二氧化钨，然后 再进一步将的二氧化钨还原成金属钨。 钨的氧化物还原成金属钨的过程经历不同的反应转变阶段。 WO3→WO2.9→WO2.72→WO2→W 在这些转变阶段中，物料不仅颜色发生变化，而且晶体形 态也发生很大变化。 在还原过程中，微量杂质对钨粉特性具有影响，还原工艺 条件对钨粉的质量骑着决定性的作用。其中还原温度是决 定钨粉粒度的关键因素。应该根据钨粉颗粒长
制备TiC-WC复式碳化物的方法
用三氧化钨、二氧化钛、炭黑的混合料在1700～2000℃温度下于氢气 中进行碳化，直接得到TiC-WC固溶体。由于三氧化钨、二氧化钛、 炭黑的体积较大，所以采用该方法难以有效地利用炉子的工作空间。 所得复式碳化物的游离碳较高。
分别制备出WC 和TiC，然后在1600～1800℃温度下于氢气中制取复 式碳化物。该方法工序较多，而且一般又不容易制得纯度较高的碳化 钛。
4.2 WC硬质合金 4.2.1 WC与复式碳化物的制造
W+C→WC
TiO2+3C→TiC+2CO WC-TiC 影响粒度的因素：温度、时间、余料粒度 4.2.2 WC基硬质合金的制造工艺与性能 生产工艺
WC + CO or → 湿磨 → 过滤 → 干燥 → 过筛 → 掺胶
WC、TiC+CO （汽油） 喷雾干燥