硬质合金材料分析

钢结硬质合金的化学成分
随所用钢种不同，可形成各种钢基体的钢结硬质合金。此外，还有高锰钢 结合金、高速钢钢结合金、奥氏体不锈钢结合金等。 在GT35中的碳化钛量为25％，65％为铬钼钢。即，钢结合金是由数量较多 的钢基体与硬质的碳化物相所组成。
钢结合金的热处理及其组织特点
由于钢结合金烧结过程的冷却速度较快，相当于正火状态，得到的钢基体为贝氏体 组织，硬度高，难以切削加工而须进行退火处理。一般采用等温退火工艺，退火温度 根据临界点而定。对于亚共析钢钢结合金而言，其退火温度为： f退火=Ac3+（50~100℃） 而对于过共析钢钢结合金而言，则为 f退火=Ac1+（50~100℃） GT35钢结合金等温退火工艺制度如下图所示。当合金加热至退火温度，钢基体由 贝氏体组织转变成奥氏体，冷却时又发生奥氏体转变为珠光体的过程。由于退火时冷 却速度极慢，因而得到较粗的球状珠光体组织。在这种状态下，钢即体硬度下降，从 而使整体的钢结合金硬度下降而有利于机械加工。
WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金的生产工艺特点与WC-TiC- Co合金类似。
钢结硬质合金
钢结硬质合金
钢结硬质合金是以碳化物作硬质相，钢作粘结相所形成的复合材料。其分为 两大类：一类是TiC-钢结合金；一类是WC-钢结合金。广泛用于模具、耐磨 零件、耐腐蚀零件及矿山工具等。
相图特点
Ti-C-Fe三元系的水平截面较复杂。TiC-Fe伪 二元系状态图是TiC-C-Fe系的一个垂直截面。 TiC-Fe是具有有限溶解度的共晶状态图，共晶 温度为1460℃，共晶成分为38wt%TiC，TiC溶 于Fe提高了α-Fe转变为ɤ-Fe的温度，并在920 ℃下发生包析反应： α -Fe(0.04% TiC) +TiC→ɤ-Fe(0.15%TiC)。 共晶温度下，TiC在 ɤ-Fe中的溶解度不超过 0.6%。TiC在α -Fe中的溶解度更小，在920℃ 时为0.15%，在800℃下为0.09%，在760℃下 降到0.04%以下。室温下，Fe中几乎没有TiC。 TiC-Fe过共晶合金的烧结过程与WC-Co合金 基本相似，但有如下差别：一是TiC在Fe中的 溶解度小，因此常把TiC视为惰性相；二是TiCFe系的共晶温度比WC-Co系高得多；三是在 9200C时有α - Fe→ɤ-Fe的晶型转变。
WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金的组织与WC-TiC-Co合金类似，所不同的是碳 化物固溶体相的成分不同。在WC-TiC-Co合金中，固溶体相是(Ti, W)C；而 在WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金中，固溶体相是(Ti, W, Ta/Nb)C。
与WC-TiC-Co合金一样，正常的WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金有两种组织形 式，一种是(Ti, W, Ta/Nb)C+γ二相合金，一种是(Ti, W, Ta/Nb)C +WC+γ三 相合金。当合金中TiC、TaC(NbC)、WC的含量超过中单相区的界限时，合 金称为三相组织，否则为两相组织。 与WC-TiC-Co合金类似，平衡时的WC-TiC-TaC(NbC)-Co应该有各种共晶 存在，在两相合金中应该有Co-C共晶、(Ti, Ta/Nb)C+γ共晶和(Ti, W, Ta/Nb)C+γ+C三元共晶存在；在三相合金中还应该有WC+γ共晶和(Ti, W, Ta/Nb)C+WC+γ共晶存在。
WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金组织
金相组织观察表明，WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金中的(Ti, W, Ta/Nb)C相与(Ti, W)C相类似，也是呈近似圆形的晶粒，很容易与多角形的WC相区别开来。
WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金的成分及性质
工业WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金的成分及性质见表。由此可见，WC-TiCTaC(NbC)-Co合金的基本性质与WC-TiC-Co合金差别并不大。
抗弯强度
抗弯强度随合金钴含量的增加。
由于TaC(NbC)能改善固溶体中相对于粘结相的润湿性及减少固溶体 的体积所致，对于两相(Ti, W, Ta/Nb)C+合金，抗弯强度则随着固溶体 相中TaC含量的增大而升高。
对于三相WC+(Ti, W, Ta/Nb)C+合金，强度则随固溶体相含量的增大 而降低。 NbC含量较高时，合金强度会下降，但是在（Ti, W, Ta）固溶体中， 用30%NbC取代TaC却不会降低合金的性质。 预先制成WC-TiC-TaC(NbC)-Co固溶体比单独添加TaC(NbC)所得到 (Ti, W, Ta/Nb)C相成分的均匀性要好些，因而合金的强度和硬度均较高。
钢结合金的实际成分较为复杂。以GT-35合金为例，合金中除TiC、Fe外， 还含有2%左右的铬和钼及0.5~0.7%的碳。钢结合金的微区分析表明，铬和 钼主要分布在碳化物相中。可推断，在烧结过程中，钼和铬先形成碳化物， 然后与碳化钛形成固溶体，这一过程与碳化钛基合金十分相似。 碳在烧结过程中，除用于脱氧和形成铬、钼的碳化物外，还部分溶于铁， 溶于铁的这部分碳的行为可按Fe-C平衡图分析。 WC-钢结硬质合金可参照WC-Fe伪二元系。通常这类合金的烧结温度较 低，而且对烧结温度的控制要求较严，否则容易造成欠烧。
WC-TiC-TaC(NbC)-Co硬质合金
WC-TiC-Co硬质合金通常只能加工普通钢材，而加入TaC(NbC)以后的WCTiC-TaC(NbC) -Co合金不但可以切削普通钢，而且可以加工高合金钢、不锈 钢及合金铸铁等难加工材料，是一种通用性较好的合金。
WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金的组织
硬度
与WC-Co合金和WC-TiC-Co合金类似，WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金
的硬度随着合金பைடு நூலகம்钴含量的提高而降低；
当固溶体含量相同时，WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金的硬度并不比 WC-TiC-Co合金高； 合金中碳化钛含量一定时，加入TaC(NbC)可稍微提高合金的硬度， 这主要是由于固溶体相体积的增加，以及碳化物相晶粒变细所致。 然而，这类合金成分更为复杂而使得合金碳化物骨架更为强化，相 应WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金比WC-TiC-Co合金具有更高的高温硬度。