硬质合金生产概述
硬质合金生产原理概述
硬质合金生产原理概述
硬质合金组分中难溶金属化合物熔点高，粘结金属熔点低，组分熔点差异大，不能应用荣铸法制造硬质合金。
通常采用粉末冶金方法，即先将各种原料制成粉末，再经配料、石墨、干燥、成形、烧结制取硬质合金。
硬质合金烧结的加热温度为合金成分中低熔点组分的融化温度，熔铸温度为高熔点组分的融化温度。
烧结过程中只有部分组员融化。
通过液相烧结使合金中已熔化部分将膜熔化的部分粘结在一起。
硬质合金烧结中出现部分液相，是其显著特征。
刀具材料硬质合金讲解
刀具材料硬质合金讲解硬质合金，又称硬质合金材料，是一种由钨碳化物（WC）为主体相和金属钴（Co）为粘结相的复合材料。
它的硬度高、耐磨性好，被广泛应用于切削工具、矿山工具、冲压模具以及其他领域。
硬质合金的制备工艺可以分为粉末冶金法和熔化法两种。
粉末冶金法是将金属钴和碳化物粉末按一定的比例混合，通过冷压成型、热压烧结等工艺得到坯体，然后进行加热处理，最终得到硬质合金制品。
熔化法则是将金属钴和碳化物的粉末合并熔化，然后通过流动法或者静态法进行冷却，将熔融液体凝固成坯体，再进行后续的热处理。
硬质合金材料的主要成分是钨碳化物，其具有极高的硬度和耐磨性。
钨碳化物是一种具有立方晶型的化合物，它的硬度仅次于金刚石，可达到1800-2200Hv，比普通的钢材硬度高出几十倍甚至几百倍。
钨碳化物的高硬度是由于其分子中的碳原子与钨原子的电子云结合较强，使得晶体中的键能增加，导致材料硬度提高。
此外，钨碳化物还具有良好的耐磨性和高温稳定性，可以在高温和恶劣条件下保持较好的性能。
金属钴是硬质合金材料的粘结相，其作用是将钨碳化物颗粒固定在一起，增加材料的韧性和机械强度。
金属钴具有较好的塑性和延展性，能够填充在钨碳化物颗粒之间形成胶结，形成一个整体的材料结构。
钴的比重较大，能够增加硬质合金的密度，提高材料的质量和强度。
硬质合金的性能不仅与材料成分有关，还与其微观结构和制备工艺有关。
一般来说，硬质合金的颗粒尺寸越细，颗粒分布均匀，材料的性能越优良。
制备工艺中，烧结温度、冷却速度、固溶处理等因素也会对硬质合金的性能产生影响。
硬质合金的主要应用是制造切削工具。
由于硬质合金具有高硬度和耐磨性，能够在高速、大负荷的切削条件下保持较好的切削性能，所以被广泛应用于钻头、铣刀、切割刀片等工具的制造。
此外，硬质合金还可以用来制造矿山工具，如岩钻、岩头等。
它的硬度使得这些工具能够在岩石或者土壤中进行高效的钻孔和破碎。
硬质合金还可以用于制造冲压模具，在高强度的冲压工艺中具有较好的耐磨性和抗变形性能。
硬质合金刀具的制造过程、特性和主要厂家
株洲精诚硬质合金有限公司 …… 等等
五、 国内市场概况 据中国钨业协会硬质合金分
会提供的数据显示，2011 年全国 有硬质合金生产企业 300 余家，拥 有专业科研院所 30 余家，全行业 从业人员超过 2.5 万人。截至 2011 年，拥有 10 万 t/a 的钨精矿产能、 18 万 t/a 的钨酸和钨盐的产能、6.2 万 t/a 的碳化钨产能、3.8 万 t/a 的 硬质合金产能，以及 Co、Ni、Ta、 的配套供应能力。
全世界 58 个国家和地区设有子公 司。还在未设子公司的许多国家或 地区设有办事处。它的总资产约合 40 亿美元。在硬质合金及其工具方 面,1999 年的销售收入约合 18 3 亿 美元。 2. 美国
总部设在美 国的肯纳金属公 司是硬质合金行 业的一个大跨国 公司。它与山特维克不同,除了硬质 合金及其工具以外,不生产其它产 品。就这方面而言,它的生产规模与 山特维克相近。它 1999 年的销售 收入为 19 亿美元。但同年的净利 润只有 5430 万美元,大约只有山特 维克硬质合金系统的四分之一。 3. 日本
高于钨钴合金。 硬质合金高温硬度好，在 500℃
以下时，其硬度维持不变。当温度高 于 500℃时，才有明显的下降。但在 1000-1100℃时，硬质合金的硬度 HRA 仍有 73-76 相当 HB430-477。二淬火 钢在 200℃时，硬度即迅速下降，在 1000-1100 ℃ 时 ， 其 硬 度 就 降 低 到 HB30-40. 2. 抗弯强度
2011 年中国硬质合金产量为 2.35 万吨，硬质合金行业销售收入 209 亿元，硬质合金出口近 5000 吨，出口创汇超过 3.6 亿美元，硬 质合金深加工产品产过程量达到 6600 吨，占合金总产量的 1/3。所 生产的硬质合金产品品种基本齐 全，规格型号超过 4 万个，产量和 品种基本能满足中国各经济领域 的需求。
硬质合金基础知识及行业应用
E
F
PCB电路板图片库
阶段性成果：已对部分PCB板形貌、成分收集 材质研发项目：以此为平台，在2011年建立PCB板材加工形貌数 据库，对新产品开发、客户服务提供理论支持。
各种板材1500倍微观形貌
FR4 1.6X2
FP 0.2X2
高TG0.8X8
HF 1.0X10
无卤素板材
生益S1000-2 1.6x2
2、硬质合金矫顽磁力测定
A、硬质合金矫顽磁力定义及测试原理 铁磁材料在磁场中其磁化强度随磁场强度的增加 而增大，当被磁化达到饱和状态时，称为饱和磁化 强度。撤去磁场后，铁磁材料中仍保留一定的磁化 强度叫剩磁强度。使这种剩磁强度为零时，所需反 向磁场强度的量值，叫做矫顽磁力。用HCJ表示， 单位为A/m或kA/m。 B、硬质合金矫顽磁力的影响因素 1）、矫顽磁力随温度的升高而下降。 2）、应力和形变使磁化发生困难，矫顽磁力增加。
孔隙产生的原因（一）
• 在硬质合金生产中一些其他原因也可能造成产 品孔隙大增，例如：严重过烧、欠烧、为压好等。 严重过烧时，一般产生10-20μm的B类孔隙且大 部分分布在样品的表面，过烧时，试样的晶粒会 长大，欠烧时，孔隙一般比较细小，且集中在试 样的中心部位，欠烧时，试样的晶粒成型不是很 好，我们通常不能仅仅只通过孔隙的大小来判断 样品是过烧还是欠烧，必须通过其他性能指标进 行综合判断。 未压好造成的孔隙，一般成了三角形、飞鸟型 或菱形，一般集中在压力达不到的刃口或尖角处
阶段性成果：通过钎料的分布形貌，可判断焊接时间、 焊接温度的合理性，最终优化焊接工艺
焊接口形貌观察
其它
A1000、A2000磨削后切削油中合金颗粒大小
A1000磨削油中的粉末 清洗液对合金表面的影响 考察清洗液对合金中Co含量的影响 非标刀具磨削液对合金磨削表面钴析出试验 高速钢表面分析……
硬质合金的生产工艺流程
硬质合金的生产工艺流程硬质合金是一种具有高硬度、高强度和耐磨性能的材料，广泛应用于机械加工、矿山工具、石油钻探等领域。
其生产工艺流程主要包括原料选择、粉末制备、混合、成型、烧结、后处理等几个关键步骤。
一、原料选择硬质合金的主要成分为钨碳化物和钴，钨碳化物提供了高硬度和耐磨性，而钴则起到了结合剂的作用。
在原料选择阶段，需要选择高纯度的钨粉、碳粉和钴粉，确保合金的质量和性能。
二、粉末制备在硬质合金的生产过程中，需要将钨粉、碳粉和钴粉分别进行研磨和筛分，以确保粉末的细度和均匀性。
通常采用球磨机和高能球磨机进行粉末的研磨，然后通过筛分去除粗粉和杂质，得到所需的粉末。
三、混合将经过研磨和筛分的钨粉、碳粉和钴粉按照一定比例混合，确保各个成分均匀分布。
混合采用的方法有干法混合和湿法混合两种，根据具体情况选择合适的方法。
在混合过程中，还可以添加一些其他的合金元素和添加剂，以调整合金的性能。
四、成型混合好的粉末通过成型工艺进行成型，常见的成型方法有压制成型和注射成型两种。
压制成型是将混合好的粉末放入模具中，经过一定的压力进行压制，使其形成所需的形状。
注射成型则是将混合好的粉末与有机粘结剂混合后，通过注射机将其注入到模具中，然后进行脱蜡处理。
五、烧结成型后的硬质合金零件需要进行烧结处理，以提高其密度和硬度。
烧结是将零件放入高温炉中，在一定的温度和气氛条件下进行加热处理。
在烧结过程中，粉末颗粒之间会发生相互扩散和结合，形成致密的硬质合金。
六、后处理烧结后的硬质合金零件还需要进行后处理，以进一步提高其性能。
常见的后处理方法有研磨、抛光、涂层等。
研磨和抛光可以提高合金的表面光洁度和精度，涂层可以提高合金的耐腐蚀性和润滑性。
总结：硬质合金的生产工艺流程包括原料选择、粉末制备、混合、成型、烧结和后处理等几个关键步骤。
在每个步骤中，都需要严格控制工艺参数，确保合金的质量和性能。
通过合理的工艺流程和后处理方法，可以生产出具有高硬度、高强度和耐磨性能的硬质合金产品，满足不同领域的需求。
硬质合金基础知识ppt
随着科技的进步，各行业对高性能硬质合金产品的需求不断增加。例如，用于航空航天、 汽车、电子等领域的硬质合金产品需要具备更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
技术挑战
01
新材料的研发
为了满足各行业对高性能硬质合金的需求，需要不断研发新的硬质合
金材料。这需要对合金成分、制备工艺和热处理制度等进行深入研究
钴粉
粘结剂，提高合金的韧性 。
其他添加剂
如碳化钛、碳化钽等，改 善合金的硬度和耐磨性。
混合制粒
将原料粉末按一定比例混合，使用球磨或搅拌等方法制备均 匀的混合料。
加入适量的润滑剂，如石墨或硬脂酸，提高压制成型时的流 动性。
压制成型
将混合料放入模具中，施加高压，使其成为具有一定形状和尺寸的生坯。 根据产品形状和尺寸选择合适的压制工艺和模具。
它具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性，广泛用于制造切削工 具、耐磨零件和高温合金等。
硬质合金的组成
硬质合金主要由硬质金属（如钨、钛、钽等）和金属碳化 物（如碳化钨、碳化钛等）组成。
此外，还含有少量其他元素，如钴、铬等，用于改善硬质 合金的性能。
硬质合金的性能特点
高硬度
硬质合金的硬度可达到HRA85~93，仅次 于金刚石。
客户需求变化
随着市场的变化，客户对硬质合金产品的需求也在不断变化。为了满足客户的需求，需要 加强市场调研、了解客户需求变化、及时调整产品策略和服务模式。
05
硬质合金的未来展望
技术创新方向
研发高强度、高韧性硬质合金材料
01
通过优化合金成分、改进生产工艺，提高硬质合金的综合性能
，满足更加严苛的工程应用需求。
低导电性
与金属相比，硬质合金的导电性较低。
硬质合金生产原理8
硬质合金生产原理83，成型剂的加入方法；（1）成型剂乳浊液或溶液的制备，汽油石蜡溶液，通常将石蜡用水浴或水蒸汽加热融化，然后注入汽油之中。
并保持40℃左右的温度，以便随时取用。
汽油石蜡液的浓度一般为18-28%；钨钴采用较高的浓度，钨钛采用较低的浓度。
汽油橡胶溶液，将洗涤后的橡胶切成小块，以便加快溶解，溶解槽应带有搅拌器，搅拌可缩短溶解时间。
通常可通过沉淀除去汽油橡胶溶液中由橡胶带入的灰分。
生产上使用的汽油橡胶溶液浓度一般为10-14%。
石蜡乳浊液，喷雾石蜡粉的方法是，先将石蜡用蒸汽加热到120℃左右，石蜡液经过沉淀，过滤后流入喷枪（如PQ-1型喷枪）喷嘴，在一定压力（2-3大气压）纯净压缩空气中喷成石蜡雾滴，落入盛有酒精的容器中冷却，制成白色的乳状石蜡酒精乳浊液，这种液体可以顺利通过320目筛网，石蜡的加入量可以通过浓度来确定。
这种乳浊液即使长期存放也不会结块。
石蜡粉的制备，石蜡粉的制备和石蜡乳浊液的制备方法基本相同，只是将喷出的石蜡液喷洒在垫有塑料薄膜上；由于石蜡在空气中迅速冷却，表面凉干，成为小颗粒状；阴干24小时后，可装入袋子中存储，随时取用。
应注意的是：如室内温度太高，很容易结团。
（2）往球磨机里加石蜡，在球磨结束前4-8小时内加入石蜡；这种方式的优点是能使石蜡分布均匀，不易产生偏析，但由于石蜡的粘结作用，容易使料浆中粉末聚集成团，致使料浆难于过320目过滤。
为使料浆顺利过滤，可采取以下措施：适当延长加蜡后的研磨时间，这样不致于因加蜡而影响物料细度；采用低于25℃以下的球磨温度，以防止石蜡聚集成团；假如少量表面活化物质，如油酸十八酸等；卸料时可适当稀析料浆，以保证料浆顺利过滤。
往混合料浆中加入石蜡，为了从根本上克服料浆过滤的困难，先将料浆和石蜡乳浊液分别过滤后，再进行混合，充分搅拌，这样会使成型剂混合均匀。
往干燥后的混合料中加入成型剂，就是将汽油石蜡溶液直接加入混合料中，传统的硬质合金生产方式就是采用这种方式添加成型剂的。
硬质合金生产工艺
硬质合金生产工艺硬质合金的生产工艺是一个综合的、复杂的制造过程，需要经过材料准备、粉末混合、成型、烧结、后处理等多个环节。
下面将详细介绍硬质合金的生产工艺流程及各个环节的工艺操作。
一、材料准备硬质合金的生产主要材料是钨粉、钴粉和碳化物粉末。
钨粉作为硬质合金的主要成分，具有高硬度、高密度等优点；钴粉作为粘结相，起到增强合金韧性和延展性的作用；碳化物粉末则是硬质合金中的另一主要成分，提高了合金的硬度和耐磨性。
在材料准备阶段，需要根据合金配方的要求准备好各种原材料，并严格控制其质量和比例。
其中，钨粉和钴粉的粒度、纯度、形状等参数对硬质合金的性能有着重要影响，需要经过精密的筛分和选材。
二、粉末混合将钨粉、钴粉和碳化物粉末按照一定的配方比例混合均匀，是硬质合金制备的关键环节。
通过粉末混合，可以使各种原料之间充分混合，确保最终合金的成分均匀。
粉末混合工艺通常采用机械混合方式，即将原材料放入球磨机等设备中进行干式混合或湿式混合。
在混合过程中，需要控制混合时间、速度和温度等参数，以确保混合效果达到最佳状态。
三、成型硬质合金的成型工艺主要包括压制和成型两个步骤。
压制是将混合好的粉末通过模具进行压制，使其形成密实的坯体。
成型是通过模具制作合金的最终形状，可以是板材、棒材、圆柱体等不同形状。
在硬质合金的成型过程中，需要考虑压力大小、温度、速度等参数的控制，以确保合金的成型质量。
另外，还需要对成型后的坯体进行退火处理，消除成型过程中产生的应力，提高合金的成品率和密实度。
四、烧结烧结是硬质合金生产的核心工艺环节，通过高温烧结使钨、钴、碳等元素发生反应，形成坚固的结合相，实现硬质合金的硬度和耐磨性。
烧结温度一般在1300℃~1600℃之间，烧结时间和气氛对合金的性能也有影响。
在烧结过程中，还需要对合金进行冷却、退火等处理，以提高合金的稳定性和耐磨性。
同时，需要对烧结炉进行周期性的检查和维护，确保烧结过程的稳定性和可控性。
五、后处理硬质合金生产完成后，还需要进行后处理工艺，包括抛光、清洗、检测等环节。
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碳含量与碳化温度的关系 碳化前后粉末物性的变化
碳化工艺条件 重新碳化工艺条件
Researchers develop harder ceramic for armor windows
The EHPS approach uses high pressures (up to 6 GPa) to retard bulk diffusion rates, break powder agglomerates, and reposition nanoparticles very close to each other to help eliminate porosity in the sintered ceramic.
硬质合金的分类
WC—Co(钨钻)类合金 : 由碳化钨和钴组成。有时在切削工具(有时也在引伸模
具)中加人2％以下的其它碳化物(碳化钽、碳化铌、碳化钒等)作为添加剂。其中，高钴： 20－30％， 中钴：10－15％，低钴：3－8％
WC—TiC—Co(钨铁钴)类合金:
• 低钛合金：4—6％TiC，9一15％Co， • 中钛合金：10—20 ％TiC ， 6—8％ Co ， • 高钛合金：25—40 ％TiC ，4—6 ％ Co
应用：工具材料发展第三阶段的标志，现代工具材料、耐磨材 料、高温和耐腐蚀材料。
硬质合金工具的优点
成倍、几十倍甚至上百倍地提高工具寿命，提高金属切削速度及
地壳钻进速度。例如，金属切削加工刀具寿命可提高5—80倍，量 具寿命提高20－150倍，模兵寿命提高50一100倍。 显著地提高被加工零件的尺寸精度和表面光洁度。 可以加工高速钢难以加工的耐热合金、效合金、特硬铸铁等难加 工材料。 可以制作某些耐腐蚀或耐高温的耐磨零件，从而提高了某些机械 和仪器的精度和寿命。
WC—TiC—TaC(NbC)—Co类合金：WC—TiC—Co合金有更好的高温抗氧化性，
同时也有较好的扰热震性，因而常常具有较高的刀具寿命。TiC：5一15％，TaC(NbC)： 2—10％，Co5－15％，余为WC。
钢结硬质合金：碳化钨或碳化钛与碳素钢或合金钢组成 碳化钛基合金：由碳比钛、金属镍和金属钼或碳化二鉬(Mo2C)组成。镍和钼的总
NRL researchers then can exploit the increased surface potential of nanoparticles for surface-energy-driven densification without coarsening.
Scientists find new toughening mechanism for ceramics
硬质合金生产概述
内容
硬质合金生产原理概述 理
硬质合金
硬质合金：由难熔金属化合物（硬质相）和粘结金属（粘结相） 组成的一种复合材料。 基本特点： • 高硬度、高耐磨性
• 高弹性模量 • 高抗压强度 • 化学稳定性好（耐酸、碱、高温氧化） • 冲击韧性较低 • 膨胀系数低，导热、导电与铁及其合金相近
英国伊华德公司的碱法工艺
美国西里瓦尼亚电 气公司：烧碱浸取 一液—液萃取工艺
碳化钨粉末的制备
钨粉碳化的工艺流程
碳化方法 • 氢保护碳化（碳化时通氢） • 不通氢碳化（以碳化时产生的CO气体保护 ） 碳化反应原理 • 氢保护碳化（低温下形成CH4，高温1400℃裂解 成高活性碳与钨反应） • 不通氢碳化（以碳化时产生的CO气体保护）
含量通常为20—30％。
我国硬质合金生产的相关数据产量
我国的硬质合金从20世纪50年代起步，20世纪80年代初期，世 界硬质合金年产量在2.5万吨时，我国硬质合金年产量约5000吨； 进入21世纪，世界硬质合金年产量达到了3.8万吨，而我国硬质 合金产量已经快速增长到1.5万吨，超过世界硬质合金产量的1/3。 2003年，我国硬质合金出口量已经达到2500吨；2007出口量超 过3000吨，与产量一样同样占世界硬质合金市场流通量的1/3。
Using X-ray spectroscopy, the team could show that about half of the surface in the fracture area is covered by amorphous silica. The more amorphous silica was present, the tougher the fracture area got. This result indicates that the fracture-induced transition to amorphous silica indeed caused the toughening of the stishovite.
But in 2012, Nishiyama and co-workers had synthesized nanocrystals of stishovite and could show that bulk stishovite made up of such nanocrystals is not only very hard, but also becomes very tough, reaching the toughness of zirconia, the toughest ceramic known.
典型的硬质合 金生产工艺
硬质合金原料生产 ：
盐酸法氧化钨工艺
白钨矿：CaWO4 黑钨矿：(Fe, Mn)WO4
钨酸铵： ammonium tungstate hydrate; ammonium wolframate 分子式：(NH4)10W12O41~xH2O
中南大学的“难冶钨资源深度开发应用关键技术”项目获得2012年国家科学技术进步一等奖