硬质合金由难熔金属化合物
硬质合金宏观孔隙产生原因与解决方法
（a）
（b）
（c）
d
（a）宏观孔隙 ×2000，（b）宏观孔隙 ×1000， （c）图（a）中孔隙 ×5000， (d）图（b）中孔隙 ×5000
图 5 成型剂不均造成的宏观孔隙
解决石蜡成型剂不均造成的宏观孔隙的关 键是解决疏水性石蜡在混合料中的均匀分布问 题，石蜡具有溶于汽油的特点，可以溶于汽油 后再加入混合料中，采用机械搅拌均匀，再采 用烘干机去除汽油。其次是对硬质合金粉末进 行表面修饰预处理 , 使有机相对硬质合金粉末
设备由于腐蚀、老化、保养不良等原因引入的铁 混合料的粒度组成、粒度形貌、成型剂种类与含
屑等都可以造成硬质合金的脏化。大多数金属 杂质如铁的熔点均低于硬质合金中的 WC 、TiC
量、粘接剂含量、氧含量、有机物柔滑剂等均是 影响混合料压制性能的关键因素 [9]。行业内通
等硬质碳化物，其与硬质合金主体热膨胀系数 常通过混合料的霍尔流速和松装密度两个指标
隙，孔隙主要分布在难以压实的合金芯部位置， 在易压实的合金边缘位置没有发现宏观孔隙；
直径 1.0mm 铁丝造成的宏观孔隙 ；图 3（b）为 图 5（b）为混合料压制性能不佳导致的宏观孔
直径 1.0mm 铁丝造成的宏观孔隙经电火花径向 隙放大 50 倍形貌，孔型与前述的“过烧造成的
线切割后放大 100 倍内壁形貌，可以明显的观 宏观孔隙”相似为圆形或椭圆形，但宽度和深
察到宏观孔隙内壁上存在液相铁流动后凝固痕 度相对较小，通常小于 500μm；图 5（c）为混
迹并且密集分布着 10-80μm 的二次宏观孔隙 ； 合料压制性能不佳导致的宏观孔隙放大 5000 倍
图 3（c）为图 3（b）中二次宏观孔隙放大 5000 形貌，可以观察到孔隙内部兼具清晰的 WC 相
金属陶瓷(硬质合金)
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。
TIC 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。 。
1.4 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。
硬质合金性能特点
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硬质合金性能特点
硬质合金是由难熔金属硬质化合物(WC、TiC、TaC、NbC)为硬质相和金属钻为粘结相，经过粉末冶金制成的一大类刀具材料。
由于硬质合金中的碳化物熔点高(2400～31400C)、硬度高(1800—3200HV)、弹性模量高(291～710GPa)、化学稳定性好和热稳定性好，其硬度、耐磨性和耐热性，都远高于高速钢。
硬质合金的硬度为89～94HRA(74～83HRC)，大大高于高速钢的硬度83～86、5HRA(62～70HRC)。
硬质合金的耐热性为800～1000℃，远远高于高速钢的耐热性600～650℃。
硬质合金在1000～1100℃时还能保持73～76HRA的硬度。
由于硬质合金的常温硬度和高温硬度高，它的耐磨性和切削速度分别比高速钢高15～20倍和4一10倍。
它的抗弯强度一般为900～2200MPa。
由
于科技的进步，有的硬质合金的抗弯强度可达3500～4000MPa，达到或高于高速钢的抗弯强度，可以制造小直径钻头、立铣刀和薄的大直径锯片铣刀及各种丝锥。
用硬质合金刀具取代高速钢刀具，是切削刀具发展的趋势，这也是数控机床广泛应用的结果。
据有关资料介绍，硬质合金刀具占整个切削刀具的80%以上，可见它的性能优良。
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国家标准《硬质合金牌号 第3部分：耐磨零件用硬质合金牌号》编制说明
《硬质合金牌号第3部分：耐磨零件用硬质合金牌号》国家标准（草案稿）编制说明一、工作简况1.1 任务来源根据国家标准委《关于下达2012年第一批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2012]50号）要求，确定了国家标准《硬质合金牌号第3部分：耐磨零件用硬质合金牌号》GB/T 18376.3—2001由株洲硬质合金集团有限公司负责修订，计划编号为：20121173-T-610，要求2014年度完成“三稿三审”程序，提交报批稿。
1.2 产品概况硬质合金是由粉末冶金方法生产的、由难熔金属化合物和粘结金属组成的一种复合材料。
它具有硬度高、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℃时仍有很高的硬度和耐磨性，很高的抗压强度，较低的热膨胀系数，良好的化学稳定性。
因此，其应用领域非常广泛，在耐磨零件用硬质合金制品方面，其使用得到了极大的开发。
本标准适用于耐磨零件用硬质合金。
1.3 起草单位情况及主要工作过程1.3.1 起草单位情况株洲硬质合金集团有限公司是国家“一五”期间建设的156项重点工程之一。
主要生产金属切削工具、矿山及油田钻探采掘工具、硬质材料、钨钼制品、钽铌制品、稀有金属粉末制品等六大系列产品。
硬质合金号称“工业的牙齿”，广泛应用于冶金、机械、地质、煤炭、石油、化工、电子、轻纺及国防军工等领域，是一个基础性产业，关系到国民经济发展的质量和水平。
公司目前下设1个产品专业事业部、13个生产厂、5家控股子公司，是国内最大的硬质合金生产、科研、经营和出口基地，被湖南省认定为“十大标志性工程”企业。
公司拥有较强的技术创新能力。
拥有国家级硬质合金重点实验室、国家级技术中心、分析测试中心和具有国际先进水平的研发中心。
“十五”计划以来，累计投资20亿元，重点建设了以金属切削工具为主的钻石工业园、以钨冶炼为主的郴州钨制品有限公司和以印刷电路板微钻为主的深圳金洲科技园，同时组织实施了钨钼、钽铌和硬质合金老系统等10多项技术改造，多项生产技术达到或接近当代世界先进水平。
金属陶瓷(硬质合金)
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，而 且切削速也可以提高25~30%，从此获得了广泛的应用，这是 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，以及七十年代移植 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。 我国硬质合金工业是从20世纪50年代初建设株洲硬质合金 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，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。
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
(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” 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）。 例如，YG8，表示平均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YT5、YT15、YT30 等。代号中“YT”为“硬”、“钛”两字的汉语拼音字首，后面 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，则硬质合金的硬 度、热硬性及耐磨性越高，但强度及韧性越低。 例如，YT15，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。
硬质合金
1 硬质合金的概念硬质合金是以高硬度、耐高温、耐磨的难熔金属碳化物(WC、TiC、CrZC3等)为主要成分，用抗机械冲击和热冲击好的铁族金属(Co、Mo、Ni等)作粘结剂，经粉末冶金方法烧结而成的一种多相复合材料[1]。
硬质合金也是由难熔金属硬质化合物（硬质相）和粘结金属经粉末冶金方法制成的高硬度材料[2]。
难熔金属硬质化合物通常指元素周期表第IV、V、VI族中过渡元素的碳化物，氮化物，硼化物和硅化物。
硬质合金中广泛使用的是碳化物，主要是碳化钨和碳化钽。
这些碳化物的共同特点是：熔点高，硬度高，化学稳定性好，热稳定性好，常温下与粘结金属的相互溶解作用很小等。
粘结金属应当符合下列要求：硬质合金的工作温度(1000℃)下不会出现液相；能较好的润湿碳化物表面；在烧结温度下不与碳化物发生化学反应；本身的物理力学性能较好等。
铁族金属及其合金能不同程度地满足上述要求。
其中最好的是钴，其次是镍，铁很少单独使用。
钨钴类硬质合金它由WC和Co组成，代号为YG，相当于ISO的K类。
我国常用的牌号有YG3，YG3X，YG6，YG6X，YG8等。
代号后面的数字为该牌号合金含钴量的百分数，X为细晶粒组织，无X为中晶粒组织。
随含钴量增加，材料抗弯强度和冲击韧性增加，但硬度，耐热，耐磨性逐渐下降。
YG类硬质合金主要用于加工硬，脆的铸铁，有色金属和非金属材料。
一般不宜于加工钢料，因为切钢时切削温度比较高，容易产生粘结与扩散磨损而使刀具迅速钝化。
但细晶粒组织的这类合金可用于加工一些特殊硬铸铁，不锈钢，耐热合金，钛合金等材料，因这时切削力大并集中于切削刃附近易崩刃，而YG合金的强度，韧性较好，导热性也不错，能达到良好的效果。
在YG类合金中添加少量的TaC（NbC）时，可明显提高合金的硬度，耐磨性，耐热性而不降低韧性，如YG6A，YG8A，（YG813）等牌号[3]。
至今硬质合金经历了飞速的发展，从普通合金到亚微米级(0.5~1μm)晶粒合金，再到超细级(0.1~0.5μm)，以及至今的纳米级(≤0.1um)硬质合金。
硬质合金基础知识
五、被加工材料分类及工具材料选择
P类：钢、钢铸件。如普通碳素结构钢（代码如Q235-A.F）、优质碳素结构
钢（如45钢、50锰、20G等）、碳素工具钢（如T7、T7A、T8、T8A、T13、 T13A等），切削牌号一般选择W—Co —Ti类合金，如YT5、YT14、YT15、 YT15R、YT05、YT30、YC101、YC201、YC301、YC45等；
地质矿山工具：地质矿山工具同样是硬质合金的一大用途。 我国地矿用硬质合金约占硬质合金生产总量的25%，主要用 于冲击凿岩用钎头，地质勘探用钻头、矿山油田用潜孔钻、 牙轮钻以及截煤机截齿、建材工业冲击钻等。
2014/9/23
模具：用作各类模具的硬质合金约占硬质合金生产总量的 8%，有拉丝模、冷镦模、冷挤压模、热挤压模、热锻模、 成形冲模以及拉拔管芯棒，如长芯棒、球状蕊棒、浮动蕊 棒等，近十几年轧制线材用各类硬质合金轧辊用量增速很 快，我国轧辊用硬质合金已占硬质合金生产总量的3%。 结构零件：硬质合金用来作结构零件的制品很多，如旋转 密封环、压缩机活塞、车床夹头、磨床心轴、轴承轴颈等。 耐磨零件：用硬质合金制成的耐磨零件有喷嘴、导轨、柱 塞、球、轮胎防滑钉、铲雪机板等举不胜举。 耐高压高温用腔体：最重要的用途就是生产合成金刚石用 的顶锤、压缸等制品，顶锤、压缸用硬质合金已占我国硬 质合金生产总量的9%。 其他用途：硬质合金用途越来越广，近几年已在民用领域 不断扩展，如表链、表壳、高级箱包的拉链头、硬质合金 商标等。
CrC、VC—抑制剂，抑制WC晶粒的长大。
2014/9/23
四、硬质合金分类
1. 根据成分不同，可将硬质合金分为5大类。 ① 碳化钨基硬质合金：包括WC-Co、WC-TiC-Co、WCTaC-Co、WC-TiC-TaC（NbC）-Co等。 这些合金均以 WC为主成分。
硬质合金的硬度检测方法
性能时,人们越来越多地采用硬度试验,而较少
采用拉伸试验。
工具
或许会到她停止呼吸的那一秒吧！那某个夜晚，他从夕年的身边飘过
硬质合金硬度一般用洛氏硬度计 HRA 标尺或
维氏硬度计来检测,实用中人们主要采用洛氏硬
度计测试 HRA 硬度。PHR 系列便携式洛氏硬度计 十分适于测试硬质合金的硬度。这种仪器重量只 有 0.7kg,精度与台式洛氏硬度计相同。在测量硬
检测方法
硬质合金硬度检测主要采用洛氏硬度计,测
试 HRA 硬度值。PHR 系列便携式洛氏硬度计十分
适于测试硬质合金的硬度。仪器重量精度与台式 洛氏硬度计相同,使用和携带都十分方便。
硬质合金是一种金属,通过硬度试验可以反
或许会到她停止呼吸的那一秒吧！那某个夜晚，他从夕年的身边飘过
映硬质合金材料在不同的化学成分、组织结构及
热处理工艺条件下机械性能的差异,因此硬度试
验广泛应用于硬质合金性能的检验、监督热处理 工艺的正确性及新材料的研究。
特点
它属于非破坏性试验,试验方法比较简单。
硬质合金的硬度检测对其试件的形状及尺寸适
应性较强,试验效率高。另外,硬质合金材料硬度 与其它物理特性之间存在一定的对应关系。例如, 硬质合金硬度试验和拉伸试验基本上都是检测
或许会到她停止呼吸的那一秒吧！那某个夜晚，他从夕年的身边飘过
金属抵抗塑性变形的能力,这两种试验在某种程
度上都是检测金属相似的特性。所以,其检测结
果是完全可以相互比较的。硬质合金拉伸试验设 备庞大、操作复杂、要制备试样、试验效率低, 对于许多金属材料,都有一硬度试验和拉力试验
的换算表可查。因此,在检测硬质合金材料力学
用。这种仪器用于测试硬质合金工件简便、快速、
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常用刀具材料
导入
在切削过程中，刀具直接切除工件上 的余量并形成已加工表面，刀具材料对 金属切削的生产率、成本、质量有很大 的影响，因此要重视刀具材料的正确选 择与合理使用。
刀具材料应具备的性能 常用刀具材料的种类
其他刀具材料
高硬度和 耐磨性
足够的 强度和 韧性
良好经 济性
刀具材料应具 备的性能
（4）立方氮化硼 由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而 成。有很高的硬度（HV8000～9000）及耐磨性；其比金 刚石高得多的热稳定性（1400℃），可用来加工高温合 金；化学惰性大，与铁族金属直至1300℃时也不易起化 学反应，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁；有良好的导热 性、较低的摩擦系数。 它目前不仅用于磨具，也逐渐用于车、镗、铣、铰。 它有两种类型：整体聚晶立方氮化硼，能像硬质合 金一样焊接，并可多次重磨；立方氮化硼复合片，即在 硬质合金基体上烧结一层厚度为0.5mm的立方氮化硼而 成。
： • •
二、硬质合金
由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂 （Co）经粉末冶金法制成。 因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热 稳定性好的金属碳化物，硬质合金的硬度、耐磨性和 耐热性都很高。硬度可达HRA89～93，在800～1000 °C还能承担切削，耐用度较高速钢高几十倍。当耐 用度相同时，切削速度可提高4～10倍。 抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差，切削时不能 承受大的振动和冲击负荷。 碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低；粘 结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。 硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料 （约占50％）。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻 、铰刀、齿轮刀具等。它还可用于加工高速钢刀具不 能切削的淬硬钢等硬材料。
类别
钨系 高速钢
主要牌号
性能特点
应用
W18Cr4V
工艺性能好，特别是刃磨性 能和热处理性 能好;但碳化物 均匀性、高温塑性较钨钼系 高速钢差
应用最广泛的一种高速钢，适用于 制作一般刀具和公众复杂刀具，如 车刀、铣刀、报道、钴头、铰刀、 齿轮刀具及机用丝锥、板牙、锯条 等。 适用于制造各种承受冲击力较大的 刀具，如插齿刀、锥齿轮刨刀和一 般切削刀具，也可用于制造大型和 热塑成形刀具。
（3）金刚石 是目前人工制造出的最硬的物质，硬度高达HV10000,耐磨性好，可 用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的 材料，刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到几百倍。其切削刃锋利，能 切下极薄的切屑，加工冷硬现象较少；有较低的摩擦系数，其切屑与刀 具不易产生粘结，不产生积屑瘤，很适于精密加工。但其热稳定性差， 切削温度不宜超过700～800℃；强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微 量切削；与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。目前主要用于 磨具和磨料，对有色金属及非金属材料进行高速精细车削及镗孔；加工 铝合金、铜合金时，切削速度可达800～3800m/min。
半精加工 粗加工 半精加工
其它刀具材料
(1)涂层刀具 它是在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀 具基体上，涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获 得的。 常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。 涂层刀具具有较高的抗氧化性能，因而有较高的耐磨性 和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系数，可降低切削时的 切削力及切削温度，可提高刀具的耐用度（提高硬质合 金耐用度1～3倍，高速钢刀具耐用度2～10倍）。但也 存在着锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵 之弊。
•
•
•
种类
牌号 YG8
相近ISO牌号 K30 K20 K0l P30 Pl0 P01
主要用途
加工性质 粗加工
钨钴类
YG6 YG3 YT5
加工铸铁、有色金属及其合金
半精加工 精加工 粗加工
钨钛钴类
YT15 YTI0
加工钢等塑性金属
半精加工 精加工 精加工
YWI
钨钛钽(铌)钴类 YW2
MI0
M20
加工耐热钢、高速钢、不锈钢 等难加工材料、一般钢材和铸 铁、有色金属的 加工
高的耐 热性
良好工 艺性
常用的刀具材料
一、工具钢 （1）优质碳素工具钢
T8A T10A 、T12A等，是常用材料，一 般用来制造切削速度较低的手动工具。
（2）合金工具钢 9SiCr、CrMn 用于制作形状复杂的低速刀具，如铰刀 、丝锥和板牙等等。
二、高速钢
是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金 元素的高合金工具钢。有较高的热稳定性，较 高的强度、韧性、硬度和耐磨性；其制造工艺 简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对 于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、 拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具 的主要材料。
（2）陶瓷
有纯Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合陶瓷两种，以其 微粉在高温下烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（ HRA91~95）和耐磨性；有很高的耐热性，在高温1200℃ 以上仍能进行切削；切削速度比硬质合金高2～5倍；有 很高的化学稳定性、与金属的亲合力小，抗粘结和抗扩 散的能力好。 可用于加工钢、铸铁；车、铣加工也都适用。 但其脆性大、抗弯强度低、冲击韧性差，易崩刀， 使其使用范围受到限制。但作为连续切削用的刀具材料 ，还有很大发展前途的。
钨钼 系高 速钢
W6Mo5Cr4V2
降低了碳化物的数量级分布 的不均匀性，细化了晶粒， 抗弯强度和冲击韧性提高， 耐磨性好，热塑性好，红硬 性稍低。 是一种新牌号高速钢，综合 性能优于W6Mo5Cr4V2，成 本较低
W9Mo3Cr4V
பைடு நூலகம்
适用性强
常用的通用型高速钢牌号
W18Cr4V：钨系高速钢，可制造各种复杂
刀具，不适用制造热轧刀具。
W6Mo5Cr4V2：钨钼系高速钢。抗弯强度
提高，热塑性较好。制造受冲击力较大的 刀具和热轧刀具。
高性能高速钢
比通用型高速钢具有更好的切削性能，适合于 加工奥氏体不锈钢、高温合金、钴合金和高强度 等难加工材料 。常用材料有： • W2Mo9Cr4VCo8: 钴高速钢。良好综合性能。允 许较高的切削速度，适用于加工高温合金和不锈 钢等难加工材料。 • W6Mo5Cr4V2Al：铝高速钢。在通用高速钢种加 入少量的铝，提高了耐热性和耐磨性。