粉末冶金与硬质合金
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。
硬质合金分类
硬质合金分类1. 硬质合金的定义和特点硬质合金，也称为硬质合金材料，是一种由金属粉末和粉末冶金工艺制成的复合材料。
它具有高硬度、高强度、耐磨损、耐高温、抗腐蚀等特点，广泛应用于机械加工、矿山工具、石油钻具、汽车零部件等领域。
硬质合金由两个主要组成部分组成：金属基体和硬质颗粒。
金属基体通常由钴、镍、铁等金属组成，用于提供材料的韧性和强度。
而硬质颗粒则由碳化钨（WC）等高硬度材料组成，用于提供材料的硬度和耐磨性。
2. 硬质合金的分类硬质合金可以根据不同的分类标准进行分类，下面将介绍几种常见的分类方法。
2.1 按金属基体分类根据金属基体的不同，硬质合金可以分为钴基硬质合金、镍基硬质合金和铁基硬质合金三大类。
2.1.1 钴基硬质合金钴基硬质合金以钴为主要的金属基体，通常含有10%~30%的碳化钨颗粒。
钴基硬质合金具有高硬度、高强度、耐高温、抗腐蚀等优点，广泛应用于切削工具、冲击工具、矿山工具等领域。
2.1.2 镍基硬质合金镍基硬质合金以镍为主要的金属基体，通常含有10%~25%的碳化钨颗粒。
镍基硬质合金具有高硬度、高强度、耐腐蚀等特点，广泛应用于航空航天、石油化工、电子材料等领域。
2.1.3 铁基硬质合金铁基硬质合金以铁为主要的金属基体，通常含有10%~25%的碳化钨颗粒。
铁基硬质合金具有高硬度、高强度、耐磨损等特点，广泛应用于矿山工具、建筑工具、农业机械等领域。
2.2 按硬质颗粒分类硬质合金也可以根据硬质颗粒的不同进行分类，常见的有碳化钨系列、碳化钛系列和碳化钽系列等。
2.2.1 碳化钨系列碳化钨系列是最常见的硬质合金，其硬质颗粒主要由碳化钨（WC）组成。
碳化钨具有极高的硬度和耐磨性，因此碳化钨系列硬质合金广泛应用于切削工具、钻头、研磨工具等领域。
2.2.2 碳化钛系列碳化钛系列硬质合金的硬质颗粒主要由碳化钛（TiC）组成。
碳化钛具有较高的硬度和耐磨性，同时还具有良好的耐高温性能。
碳化钛系列硬质合金广泛应用于切削工具、模具等领域。
粉末冶金产品及应用
粉末冶金产品及应用粉末冶金是一种独特的制造方法，利用精细的金属粉末与特殊的成型技术，制造出高度定制化的功能性金属制品。
具有高强度、轻便、耐磨、耐腐蚀、耐温性能好等特点。
此外，通过与其他工艺的结合，更多的应用已经被开发出来。
1. 粉末冶金的产品①压制件粉末冶金制造的压制件是最常见的产品之一。
常见的材料包括锰铜合金、铜、铁、不锈钢、钛合金、镍合金、铍铜合金、铝、钨、钼等。
它们广泛应用于机械制造、工业设备、汽车工业和电子工业等领域。
②热成型件热成型件是具有吸振、抗疲劳、高温强度优异的功能性金属制品。
由于大量使用钨、钼等难以加工的材料，需要采用粉末冶金技术。
热成型件可以应用于制造航空发动机、汽车发动机、火箭发动机等高温、高负荷的场合。
③硬质合金粉末冶金技术是制造硬质合金最普遍的方法之一。
硬质合金具有高硬度、耐磨、耐腐蚀、高温强度优异等特点。
硬质合金主要应用于机械制造、采矿、化工等行业。
④金属陶瓷合成材料另一种重要的粉末冶金产品是金属陶瓷合成材料。
金属陶瓷具有低密度、高强度、抗磨损、抗腐蚀、高温抗氧化性等优点。
金属陶瓷主要应用于制造刀片、钻头、飞机发动机涡轮叶片等领域。
2. 粉末冶金的应用①汽车领域粉末冶金技术已经广泛应用于汽车制造。
其中最重要的应用是用于制造发动机和自动变速器零件，如齿轮、轴承、凸轮、气门座圈，它们具有高精密、高强度、低摩擦、低噪音等优点。
②医疗领域粉末冶金技术应用于医疗领域已成为一种趋势。
粉末冶金技术在制造人造关节和骨骼修复材料方面表现出色。
利用粉末冶金技术，可以制造出性能优良的不锈钢、钛合金、铬钼合金等医疗用材料。
③食品加工及包装粉末冶金技术在食品加工和包装领域也有广泛的应用。
粉末冶金可以制造高度纯净的食品加工设备，如研磨器和切割机。
此外，粉末冶金也可以制造出具有自我润滑、抗腐蚀性能的包装材料。
总之，随着技术的发展，粉末冶金正变得更加成熟和广泛应用。
粉末冶金的产品不仅可以应用于传统制造企业，还可以应用于新兴领域，如能源、环保等领域。
高效金属材料制备技术的研究
高效金属材料制备技术的研究一、硬质合金制备技术硬质合金是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性能的非铁金属材料。
硬质合金广泛应用于机械、化工、电子等领域，其制备技术对其性能具有很大的影响。
1.粉末冶金法粉末冶金法是硬质合金制备的主要方法之一。
该方法以粉末为原料，利用高温烧结或热等静压成型制备硬质合金。
该方法具有制备工艺简单、产能高和原料利用率高等优点。
2.化学沉淀法化学沉淀法是硬质合金制备的另一种主要方法。
该方法通过化学反应将金属离子沉淀下来，产生微米级的粉末颗粒，利用烧结和热等静压成型等方法制备硬质合金。
该方法具有制备精度高、原料利用率高和生产成本低等特点。
3.等离子喷涂法等离子喷涂法是一种新型的硬质合金制备方法。
该方法采用等离子喷涂技术将硬质合金材料直接喷涂到工件表面，形成一层硬质合金涂层。
该方法具有制备灵活、成本低、无废料产生等优点。
二、航空铝合金制备技术航空铝合金是一种用于制造民用和军用飞机的铝合金材料。
航空铝合金对材料的强度、塑性、韧性和耐腐蚀性有较高要求，其制备技术直接影响了其性能。
1.单晶生长技术单晶生长技术是航空铝合金制备的主要技术之一。
该方法通过在高温下控制晶体生长方向和速度制备单晶体铝合金。
该方法制备出的单晶合金具有均匀的组织、高强度和高韧性等优点。
2.气固反应法气固反应法是航空铝合金制备的另一种主要技术。
该方法在高温下通过气固反应将金属元素与气体反应生成合金。
该方法具有制备精度高、成本低和利用原料广泛等优势。
3.投影快速凝固技术投影快速凝固技术是航空铝合金制备的新技术之一。
该方法通过高速喷射液态铝合金流在冷却表面迅速凝固形成非晶态或细晶态铝合金。
该方法具有制备速度快、抗拉强度高、韧性好等优点。
三、复合材料制备技术复合材料是一种将两种或多种不同材料按一定比例组合而成的材料。
复合材料具有强度高、轻质化和耐腐蚀等优点，在飞机、汽车、船舶等领域有广泛应用。
1.交替层压法交替层压法是制备复合材料的一种主要方法。
第七讲 粉末冶金与硬质合金
硬质合金生产工艺流程： 硬质合金生产工艺流程：
钨矿石粉碎 钨粉细化 加碳 碳化钨粉 加粘结剂 合金粉末 模压 硬质合金坯料 真空烧结 后处理 硬质合金零件。 硬质合金零件。
脱氧
硬质合金种类及用途
硬质合金的种类：钨钴类、钨钴钛类、 新型硬质合金。 硬质合金的种类：钨钴类、钨钴钛类、稀有碳化物类和 新型硬质合金。 钨钴类（YG）：主要成份是碳化钨和钴 韧性好, 耐冲击, 钨钴类（YG）：主要成份是碳化钨和钴, 韧性好 耐冲击 硬度和耐 ）：主要成份是碳化钨和钴 磨性较差, 用于切削铸铁、青铜等脆性材料及粗加工。 磨性较差 用于切削铸铁、青铜等脆性材料及粗加工。 钨钛钴类（YT）：主要成份是碳化钨、碳化钛和钴，硬度和耐磨 钨钛钴类（YT）：主要成份是碳化钨、碳化钛和钴， ）：主要成份是碳化钨 性高，韧性差，用于切削不锈钢等高韧性材料,钢的精加工 钢的精加工. 性高，韧性差，用于切削不锈钢等高韧性材料 钢的精加工 稀有金属碳化物类（YW）：称为万能硬质合金，加碳化钽（TaC）、 万能硬质合金，加碳化钽（ 稀有金属碳化物类（YW）： ）、 碳化铌（ ），主要用于切削高锰钢 碳化铌（NbC）部分取代碳化钛（TiC），主要用于切削高锰钢、 ）部分取代碳化钛（ ），主要用于切削高锰钢、 不锈钢和耐热钢等难加工材料。 不锈钢和耐热钢等难加工材料。 钛镍钼类(YN):以碳化钛为主,少量碳化钨 (YN):以碳化钛为主 少量碳化钨,镍 钼作粘结剂， 钛镍钼类(YN):以碳化钛为主 少量碳化钨 镍、钼作粘结剂，有更高的 硬度,用于切削高韧性材料 用于切削高韧性材料。 硬度 用于切削高韧性材料。 新型硬质合金：随着粉末加工技术的进步， 新型硬质合金：随着粉末加工技术的进步，使用各种不同的粘结 剂来改善硬质合金的性能，如以高速钢、 剂来改善硬质合金的性能，如以高速钢、不锈钢等合金为粘结剂 的钢结硬质合金，能够锻造、热处理、焊接和切削加工，可用于 的钢结硬质合金，能够锻造、热处理、焊接和切削加工， 制造复杂的刀具、模具和耐磨零件;表面涂层 表面涂层(CVD)硬质合金 能获 硬质合金,能获 制造复杂的刀具、模具和耐磨零件 表面涂层 硬质合金 得高综合性能的刀具。 得高综合性能的刀具。
硬质合金的制备方法
硬质合金的制备方法硬质合金是一种高性能、高强度材料，广泛应用于机床、航空、航天、石油、化工等领域。
本文将介绍硬质合金的制备方法。
硬质合金的制备方法主要分为粉末冶金法和熔融冶金法两种。
1. 粉末冶金法粉末冶金法是制备硬质合金的主要方法之一。
其主要原理是将金属粉末和非金属粉末按一定比例混合，再经过压制、烧结等工艺制成。
具体步骤如下：（1）原料制备。
将金属粉末和非金属粉末按一定比例混合，经过筛选、干燥等处理。
（2）压制成型。
将经过处理的原料粉末放入模具中，经过压制成型。
（3）烧结处理。
将成型后的粉末坯体放入高温炉中，进行烧结处理。
烧结温度一般在1300℃~1500℃之间，时间约为1~4小时。
烧结后的坯体具有一定的强度和韧性。
（4）后续加工。
经过烧结后的坯体，需要进行后续的加工，如切割、磨削、抛光等工艺处理，制成成品。
2. 熔融冶金法熔融冶金法是另一种制备硬质合金的主要方法。
其主要原理是将金属和非金属原料按一定比例熔融后，冷却成坯，再进行后续加工制成硬质合金。
具体步骤如下：（1）原料制备。
将金属和非金属原料按一定比例混合，经过筛选、干燥等处理。
（2）熔融处理。
将经过处理的原料放入电炉中，进行熔融处理。
熔融温度一般在1600℃~2000℃之间。
熔融后的合金液体需要进行除渣、保温等处理。
（3）坯体铸造。
将熔融后的合金液体倒入铸造模具中，冷却成坯体。
（4）热处理。
将坯体进行热处理，使其具有一定的强度和韧性。
（5）后续加工。
经过热处理后的坯体，需要进行后续的加工，如切割、磨削、抛光等工艺处理，制成成品。
粉末冶金法和熔融冶金法是制备硬质合金的主要方法。
两种方法各有优缺点，具体应根据实际情况选择。
无论采用哪种方法，都需要严格控制各项工艺参数，以保证制得的硬质合金具有优良的性能和质量。
硬质合金名词解释
硬质合金名词解释硬质合金是一种高性能材料，由金属粉末和一定量的碳化物粉末混合而成。
它具有高硬度、高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性和高耐高温性等优异性能，被广泛应用于机械加工、矿山开采、石油钻探、航空航天等领域。
下面按类别对硬质合金进行解释。
一、按成分划分1. WC-Co硬质合金WC-Co硬质合金是由钨碳化物和钴粉末混合而成的。
它具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性等优异性能，被广泛应用于切削工具、矿山工具、石油钻头等领域。
2. TiC-Co硬质合金TiC-Co硬质合金是由钛碳化物和钴粉末混合而成的。
它具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性等优异性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子器件等领域。
3. TaC-Co硬质合金TaC-Co硬质合金是由钽碳化物和钴粉末混合而成的。
它具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性等优异性能，被广泛应用于航空航天、船舶制造、化工设备等领域。
二、按制备工艺划分1. 粉末冶金法制备的硬质合金粉末冶金法制备的硬质合金是将金属粉末和碳化物粉末混合后，在高温高压下烧结而成的。
它具有均匀的组织结构、高硬度、高强度和高耐磨性等优异性能，被广泛应用于机械加工、矿山开采、石油钻探等领域。
2. 化学气相沉积法制备的硬质合金化学气相沉积法制备的硬质合金是将金属有机化合物和碳源在高温下分解，生成金属和碳化物的气体，然后在基体表面沉积而成的。
它具有均匀的组织结构、高硬度、高强度和高耐磨性等优异性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子器件等领域。
三、按应用领域划分1. 切削工具用硬质合金切削工具用硬质合金是将硬质合金制成刀片、钻头、铰刀等切削工具，用于机械加工领域。
它具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性等优异性能，能够提高加工效率和加工质量。
2. 矿山工具用硬质合金矿山工具用硬质合金是将硬质合金制成钎头、钻头、锤头等工具，用于矿山开采领域。
它具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性等优异性能，能够提高采矿效率和降低成本。
粉末冶金硬质合金
粉末冶金硬质合金粉末冶金硬质合金是一种重要的材料，在多个领域中有着广泛的应用。
它具有硬度高、耐磨损、抗腐蚀等优点，因此在切削工具、矿山机械、航空航天等行业中得到了广泛的应用。
粉末冶金硬质合金的制备过程相对简单，主要包括粉末配料、混合、成型、烧结等步骤。
首先，根据合金的成分配比，将所需金属粉末按照一定的比例进行配料。
然后，将不同金属粉末进行混合，以保证合金中各元素的均匀分布。
混合过程通常采用机械混合的方法，如球磨、搅拌等。
混合完成后，将混合后的粉末进行成型，常见的成型方法有压制和注射成型。
压制是将粉末放入模具中，经过高压的作用使其成型。
注射成型是将粉末与有机粘结剂混合，通过注射机将混合物注入模具中，然后通过热处理使粘结剂燃烧，形成固体的合金成型件。
最后，将成型件进行烧结，即将其放入高温炉中进行加热处理。
在烧结过程中，粉末颗粒之间发生弥散、扩散和熔合，形成致密的合金材料。
粉末冶金硬质合金的优点之一是具有优异的性能。
由于其制备过程中不需要融化和凝固，因此可以制备出具有细小晶粒和均匀组织的合金材料。
这种均匀的组织结构使得粉末冶金硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，适用于制造切削工具、磨料和矿山机械等耐磨件。
同时，粉末冶金硬质合金还具有良好的耐腐蚀性能，可以在恶劣的工作环境下长期使用。
粉末冶金硬质合金的制备还具有较高的经济性。
相比于传统的熔融冶金方法，粉末冶金技术能够有效利用原材料，减少浪费。
此外，由于制备过程中不需要大量消耗能源，因此能够降低生产成本。
粉末冶金硬质合金的制备还具有较高的灵活性，可以根据具体需求调整合金的成分和配比，以满足不同应用领域对材料性能的需求。
然而，粉末冶金硬质合金也存在一些局限性。
首先，由于制备过程中需要进行高温处理，因此对设备和工艺要求较高。
其次，由于合金中的金属粉末颗粒之间的结合主要是通过扩散和熔合实现的，因此合金的致密性和强度受到了一定的限制。
此外，粉末冶金硬质合金的制备过程中还会产生一些废弃物，如粉末的飞散和烧结过程中的气体排放等，对环境造成一定的影响。
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3.烧结摩擦材料
铜基含油轴承
烧结摩擦材料通常是以强度高、导热性好、熔点高的金属(如铁、 铜)为基体，加入能提高摩擦系数的摩擦组元(如Al2O3、SiO2、石棉 等)及能抗咬合的润滑组元(如铅、锡、石墨等)经烧结制成的。
第二节 硬质合金
硬质合金属于粉末冶金材料，即由难熔金属硬质化合物(硬质相) 和金属粘结剂(粘结相)经粉末冶金方法制成的。通常使用的硬质合金 主要以碳化物作为硬质相，以钴作为粘结相通过高温烧结而成。
机械法 氧化物还原法 干式 半干式 湿式 常温加压成形
加热加压成形
粉末冶金
4.烧结 5.后处理Leabharlann 整形 侵油 蒸汽处理 硫化处理
烧结熔焊成形
粉末冶金制品的成形、烧结、整形过程 a)填料；b)加压；c)出坯；d)烧结；e)整形 1一上模；2一填料槽；3一金属粉；4一下模
二、常用粉末冶金材料
铁基含油轴承 1.烧结减摩材料
第十章 粉末冶金与硬质合金
第一节 粉末冶金 第二节 硬质合金
学习要求
? 1.了解粉末冶金生产的原理； ? 2.了解粉末冶金生产的方法、产品的性能及应用。
第一节 粉末冶金
粉末冶金是将金属粉末(或掺入部分非金属粉末)经过成形和烧结， 制成金属材料或机械零件的一种加工工艺方法。
一、粉末冶金的生产工艺
1.制粉 2.混料 3.成形
主要成分是碳化 钨和碳化钛，并以合 金钢粉末作为粘结剂。
这种硬质合金与 钢一样，可以进行锻 造、热处理、焊接等 加工。
一、硬质合金的特性
?硬度高、热硬性高、耐磨性好。
?抗压强度高、弹性模量高。
硬质合金
?硬质合金还具有良好的耐蚀性(抗大气、酸、碱等)与抗氧化性。
二、常用硬质合金
常用硬质合金的牌号、成分和性能
常用硬质合金刀具（刀片）牌号的选用
三、钢结硬质合金 用粉末冶金方法除了可以生产上述种类的硬质合金外，还可以生 产一种新型硬质合金，即钢结硬质合金。