硬质合金生产概述 PPT课件
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硬质合金的生产工艺简介
形状仅限于管棒材
粉末轧制
成型大型板带材组分均匀易控制 形状受限
烧结
脱胶 预烧 烧结
氢气烧结
氢气中含微量水分易形成脱碳的η相 正压下产品内部孔隙不能完全消除
（目前已基本被淘汰）
真空烧结
炉内气氛纯度高，避免脱碳 工艺控制相对困难
放电等离子体烧结
超细晶硬质合金
烧结过程中碳势的控制
理论C含量：6.125 低于理论含量：η-W3Co3C、η- W6Co6C 高于理论含量：游离石墨 石墨相可视为孔洞， η相脆性大 大大降低合金的机械性能和使用效果！
2. 除杂：↑氧化物纯度；↑钨的回收率 用铵镁盐去Si、P、As；Na2S去Mo
3. 仲钨酸铵的制取（APT化工原料，直接作为产品销售） 4. 钨的氧化物的制取
α相-WO3（黄色）, β相-WO2.90（蓝色）， γ相-WO2.72（紫色）, δ相-WO2(褐色)
WO3+0.1H2=WO2.90+0.1H2O WO2.90+0.18H2=WO2.72+0. 18H2O WO2.72-0.72H2=WO2+0.72H2O WO2+2H2= =W+2H2O
1.填料：一般用Al2O3+（0.1~0.7%）C 2. 氢气纯度：-40℃ H2 3.其他：氢气流量、成形剂加入量。
展望
增材制造 注射成形
形状多样性 微结构设计制造 梯度材料制造
更广阔的应用
感谢观看
Thank
you
氢气烧结过程中的增碳效应： ➢ 气体渗碳：CH4→C+2H2 2CO→CO2+C ➢ 成形剂增碳：游离C残于烧结体 氢气烧结过程中的脱碳效应： WC+H2O→W+H2+CO WC+2H2→W+CH4
粉末轧制
成型大型板带材组分均匀易控制 形状受限
烧结
脱胶 预烧 烧结
氢气烧结
氢气中含微量水分易形成脱碳的η相 正压下产品内部孔隙不能完全消除
（目前已基本被淘汰）
真空烧结
炉内气氛纯度高，避免脱碳 工艺控制相对困难
放电等离子体烧结
超细晶硬质合金
烧结过程中碳势的控制
理论C含量：6.125 低于理论含量：η-W3Co3C、η- W6Co6C 高于理论含量：游离石墨 石墨相可视为孔洞， η相脆性大 大大降低合金的机械性能和使用效果！
2. 除杂：↑氧化物纯度；↑钨的回收率 用铵镁盐去Si、P、As；Na2S去Mo
3. 仲钨酸铵的制取（APT化工原料，直接作为产品销售） 4. 钨的氧化物的制取
α相-WO3（黄色）, β相-WO2.90（蓝色）， γ相-WO2.72（紫色）, δ相-WO2(褐色)
WO3+0.1H2=WO2.90+0.1H2O WO2.90+0.18H2=WO2.72+0. 18H2O WO2.72-0.72H2=WO2+0.72H2O WO2+2H2= =W+2H2O
1.填料：一般用Al2O3+（0.1~0.7%）C 2. 氢气纯度：-40℃ H2 3.其他：氢气流量、成形剂加入量。
展望
增材制造 注射成形
形状多样性 微结构设计制造 梯度材料制造
更广阔的应用
感谢观看
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氢气烧结过程中的增碳效应： ➢ 气体渗碳：CH4→C+2H2 2CO→CO2+C ➢ 成形剂增碳：游离C残于烧结体 氢气烧结过程中的脱碳效应： WC+H2O→W+H2+CO WC+2H2→W+CH4
《硬质合金-》课件
《硬质合金》PPT课件
硬质合金，也称为钨钢，是一种高硬度、高耐磨损的材料，广泛应用于切削 工具、矿山机械、石油钻采工具等领域。
介绍硬质合金的概念和发展历史
1 概念定义和特点
硬质合金是由金属硬质相和结合相组成的复 合材料，具有优异的硬度、耐磨性和耐腐蚀 性。
2 发展历史回顾
硬质合金的历史可以追溯到20世纪初，经过 多年的研发和改进，如今已成为重要的工程 材料。
硬质合金具有优异的硬度、耐磨性、耐腐蚀 性和热稳定性，适用于各种恶劣的工作环境。
硬质合金在高温和高压条件下仍能保持较好 的硬度和强度，适用于高速切削和重载工况。
硬质合金的应用领域和案例分析
制造行业中的应用
硬质合金广泛应用于切削工具、模具、矿山机 械等领域，提高生产效率和降低成本。
典型应用案例分析
以切削工具为例，硬质合金刀具在加工高硬度 材料和复杂形状零件时表现出色，提供了更高 的精度和寿命。
硬质合金的发展趋势和展望
1
未来发展方向
将更多先进材料和制造技术应用于硬质合金，提高硬质合金的性能和适用范围。
2
对未来的展望和分析
硬质合金在工程领域有着广阔的应用前景，随着各行业的需求增加，硬质合金的 市场潜力巨大。
总结与展望
通过本次PPT课件的学习，我们对于硬质合金的概念、组成、性能和应用有了 更深入的了解。在未来，硬质合金将持续发展，为各行业带来更多创新和突 破。
硬质合金的组成和制备式
1 主要成分介绍
硬质合金的主要成分是金属硬质相（钨碳化 物）和结合相（钴、镍等），不同成分比例 会影响其性能。
2 常见制备方式
硬质合金的制备方式包括粉末冶金、溶液法、 化学气相沉积等，每种方式都有其适用的场 景和优劣势。
硬质合金，也称为钨钢，是一种高硬度、高耐磨损的材料，广泛应用于切削 工具、矿山机械、石油钻采工具等领域。
介绍硬质合金的概念和发展历史
1 概念定义和特点
硬质合金是由金属硬质相和结合相组成的复 合材料，具有优异的硬度、耐磨性和耐腐蚀 性。
2 发展历史回顾
硬质合金的历史可以追溯到20世纪初，经过 多年的研发和改进，如今已成为重要的工程 材料。
硬质合金具有优异的硬度、耐磨性、耐腐蚀 性和热稳定性，适用于各种恶劣的工作环境。
硬质合金在高温和高压条件下仍能保持较好 的硬度和强度，适用于高速切削和重载工况。
硬质合金的应用领域和案例分析
制造行业中的应用
硬质合金广泛应用于切削工具、模具、矿山机 械等领域，提高生产效率和降低成本。
典型应用案例分析
以切削工具为例，硬质合金刀具在加工高硬度 材料和复杂形状零件时表现出色，提供了更高 的精度和寿命。
硬质合金的发展趋势和展望
1
未来发展方向
将更多先进材料和制造技术应用于硬质合金，提高硬质合金的性能和适用范围。
2
对未来的展望和分析
硬质合金在工程领域有着广阔的应用前景，随着各行业的需求增加，硬质合金的 市场潜力巨大。
总结与展望
通过本次PPT课件的学习，我们对于硬质合金的概念、组成、性能和应用有了 更深入的了解。在未来，硬质合金将持续发展，为各行业带来更多创新和突 破。
硬质合金的组成和制备式
1 主要成分介绍
硬质合金的主要成分是金属硬质相（钨碳化 物）和结合相（钴、镍等），不同成分比例 会影响其性能。
2 常见制备方式
硬质合金的制备方式包括粉末冶金、溶液法、 化学气相沉积等，每种方式都有其适用的场 景和优劣势。
《硬质合金的生产》PPT课件
多涂层：基体+TiC+TiN+TiCN
基体+TiN+TiC+TiN等
精选ppt
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6 涂层硬质合金
二、制造工艺 主要有：化学气相沉积法、物理气相沉积法、 等离子体化学气相沉积等。 化学气相沉积（CVD）： 1． 原理：加热合金基体→送入化合物蒸气和 反应气体→反应生成涂层物并沉积
精选ppt
20
6 涂层硬质合金
二、制造工艺 2． 涂层过程： 刀片韧磨强化处理→装网、刀片呈层状放置
→入钟罩炉→在常压或负压下通纯净的碳氢化 →加热至（1000~1050℃） →刀片上形成TiC、TiN等涂层
精选ppt
21
6 涂层硬质合金
二、制造工艺 3．分类：依沉积温度高低分为三类 （1） 低温CVD：一般在650℃ （2）中温CVD：一般在700~900℃ （3） 高温CVD：温度1000~1050℃
一、 湿磨
1． 目的：
2． 方式：一般采用湿磨，防氧化、释热，均匀程
度好，省时
3． 介质：
要求：与物料无作用、 沸点低、 易挥发、 表
面张力小（大影响匀）、 成本低
常用介质：酒精、丙酮、汽油
4． 影响因素：转速、研磨时间、球料比、球径、
球磨体形精选状ppt、装球量
6
2 混合、成形
二、干燥 1． 目的：把混合料浆中的液体（温磨介质）分离
精选ppt
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4 硬质合金生产过程中粒度的控制
一、钨粉颗粒尺寸的控制
氢还原过程中颗粒长大影响因素：
1． 温度：
2． 氢气湿度、流量：
3． 推舟速度、装舟量：
4． 原料粉粒度：
5． 杂质：
硬质合金基础知识PPT课件
2021
10
2.2 ISO国际标准
这类分类方法是根据合金的使用范围分类，随着硬 质合金工业的不断发展，各个国家的命名规则不一 致，甚至即使同一国家不同厂家的命名也是各不相 同，为了方便用户，国际标准化组织规定了以下统 一分类方法：
分为三类P类、M类、K类 P类：P01、P05、P10、P15、P20、P25、P30、P40 M类：M10、M20、M30、M40 K类：K05、K10、K20、K30、K40
2021
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晶格结构 转变温度℃ 密度g/cm3 热扩散系数k-1
熔点℃ 热导率Wμm-1k-1
电阻率μΩcm 弹性模量N/mm2
泊松比 硬度HV10
ε-Co 简单六方
α-Co 面心立方
417.25
8.85 12.5× 10-6
8.80 14.2 × 10-6
1492.6
69.21 6.24（室温）
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WC-Co类
WC-Co（YG）类硬质合金主要用于加工铸铁、有色金属和 非金属材料。加工铸铁时，切屑呈崩碎块粒，刀具受冲击很 大，切削力和切削热都集中在刀刃和刀尖附近。YG类合金有 较高的抗弯强度和冲击韧性（与YT类比较），这可减小切削 时的崩刃。同时，YG类合金的导热性较好，有利于切削热从 刀尖散走，降低刀尖温度，避免刀尖过热软化。加工有色金 属及其合金时，由于在熔化温度下有色金属及其合金不会与 WC产生熔解或熔解速度非常慢，即使在熔化温度下也不产生 化学相互作用，因此，YG类合金能成功地加工有色金属及其 合金。YG类合金的磨加工性较好，可以磨出锐利的刃口，因 此适于加工有色金属和纤维复合材料。 YG类硬质合金中含钴 量较多时，其抗弯强度及冲击韧性均较好，特别是提高了疲 劳强度，因此适于在受冲击和振动的条件下作粗加工用；含 钴量较少时，其耐磨性和耐热性较高，适合于作连续切削的 精加工用。当含钴量较少时，合金的硬度较高，耐磨性也较 好。
《硬质合金钻头》课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3
表面处理
硬质合金钻头经过表面处理，如涂覆薄膜、镀层等，以提高其抗摩擦、抗腐蚀和降低 摩擦系数。
适用范围
适用材料
硬质合金钻头广泛应用于加工高硬度材料，如钢 铁、铸铁、不锈钢、合金等，以及石油、矿石等 行业。
适用行业
硬质合金钻头在航空航天、汽车制造、机械加工、 冶金矿山和建筑工程等行业得到广泛应用。
《硬质合金钻头》PPT课件
概述
定义
硬质合金钻头是一种用硬 质合金作为切削部分的钻 头，用于加工高硬度材料。
分类
硬质合金钻头通常可以根 据刃部形状、刃部数量、 涂层和刃部材料等特征进 行分类。
特点
硬质合金钻头具有高硬度、 耐磨性好、高强度、良好 的切削性能和稳定的工作 性能等特点。
结构
1 组成部分
硬质合金钻头主要由刃部、刃部材料、钎接部和刀柄组成，每个部分都起着重要的作用。
2 结构特点
硬质合金钻头的结构设计通常根据不同的应用环境和需求进行优化，以提高其性能和工 作寿命。
制造工艺
1
材料选择
硬质合金钻头的材料选择是制造过程中的关键步骤，需要考虑硬度、韧性和耐磨性等 因素。
2
加工工艺
硬质合金钻头的加工工艺包括粉末冶金、压制成型、烧结和研磨等步骤，以确保钻头 具有高质量和稳定性能。
使用注意事项
1 保养方法
2 使用注意事项
3 维修方法
保持硬质合金钻头清洁 和干燥，定期涂抹防锈 剂，以延长其使用寿命。
在使用硬质合金钻头时， 需要正确选择切削参数、 避免过度挤压和碰撞， 并及时更换磨损严重的 钻头。
当硬质合金钻头磨损严 重或损坏时，可以采取 修磨、补焊或更换钻头 的方式进行维修。
3
表面处理
硬质合金钻头经过表面处理，如涂覆薄膜、镀层等，以提高其抗摩擦、抗腐蚀和降低 摩擦系数。
适用范围
适用材料
硬质合金钻头广泛应用于加工高硬度材料，如钢 铁、铸铁、不锈钢、合金等，以及石油、矿石等 行业。
适用行业
硬质合金钻头在航空航天、汽车制造、机械加工、 冶金矿山和建筑工程等行业得到广泛应用。
《硬质合金钻头》PPT课件
概述
定义
硬质合金钻头是一种用硬 质合金作为切削部分的钻 头，用于加工高硬度材料。
分类
硬质合金钻头通常可以根 据刃部形状、刃部数量、 涂层和刃部材料等特征进 行分类。
特点
硬质合金钻头具有高硬度、 耐磨性好、高强度、良好 的切削性能和稳定的工作 性能等特点。
结构
1 组成部分
硬质合金钻头主要由刃部、刃部材料、钎接部和刀柄组成，每个部分都起着重要的作用。
2 结构特点
硬质合金钻头的结构设计通常根据不同的应用环境和需求进行优化，以提高其性能和工 作寿命。
制造工艺
1
材料选择
硬质合金钻头的材料选择是制造过程中的关键步骤，需要考虑硬度、韧性和耐磨性等 因素。
2
加工工艺
硬质合金钻头的加工工艺包括粉末冶金、压制成型、烧结和研磨等步骤，以确保钻头 具有高质量和稳定性能。
使用注意事项
1 保养方法
2 使用注意事项
3 维修方法
保持硬质合金钻头清洁 和干燥，定期涂抹防锈 剂，以延长其使用寿命。
在使用硬质合金钻头时， 需要正确选择切削参数、 避免过度挤压和碰撞， 并及时更换磨损严重的 钻头。
当硬质合金钻头磨损严 重或损坏时，可以采取 修磨、补焊或更换钻头 的方式进行维修。
硬质合金生产工艺介绍 ppt课件
PPT课件
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2、硬质合金技术发展趋势及研究开发重点 ：
2 ）超细和纳米硬质合金开发：同样由于高精度、高性能硬质 合金整体刀具需求不断发展，以及因信息技术革命带来集成电路集 成度的不断提高对线路板微细孔加工的要求越来越高。以硬质合金 微钻为例，其直径小的已达φ0.1mm，打印针尺寸也达到φ0.8mm。 此类材料要求高硬度的同时要求高强度，HRA93.5的硬质合金其强度 可超过5000Mpa。这种需求有力推动超细、纳米硬质合金的开发，其 研究领域十分丰富，包括纳米级WC、纳米级WC—CO复合粉末以及相 关其它难熔金属碳化物、固溶体等制粉技术研究；纳米硬质合金生 产工艺技术及相关设备的研究；合金纳米涂层技术及设备研究；纳 米粉末和纳米合金分析、检测技术研究；以及相关的基础知识研究 等。研究的不断深入，为高性能超细及纳米硬质合金开发展示出良 好的前景。
它是根据帕斯卡原理将被压制的粉末密封在一个具有一定形状和尺寸的弹性模内然后放在一个密闭的高压容器中通过高压泵将液体介质打入容器介质便均匀地将压力作用于弹性模的各个表面上弹性模内的粉末同样在各个方向受到均等的压力并按装入时的形状成比例缩小从而使粉末密实成为具有一定形状尺寸和足够强度的冷等静压机一般由超高压容器超高压泵管道阀门仪表和电器系统等组成其主要部份是超高压容器和超高压泵
PPT课件
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2、硬质合金技术发展趋势及研究开发重点 ：
6）硬质合金生产技术和工艺装备不断创新：随着科学技术和现 代工业的迅速发展，新型工程材料对现代工具材料的要求也越来越 高，为满足这一要求并不断开拓新的应用领域，硬质合金的质量必 将进一步提高，产品品种必将进一步扩大。在这种形势下，硬质合 金生产技术和工艺装备也必将不断创新。80年代以来至今许多新技 术、新装备不断涌现，诸如高温自蔓燃合成技术、等离子体制粉新 技术、复合粉末制取技术、微波烧结技术、生产工艺精确控制技术、 压力烧结技术、等静锻压技术、新型化学和物理气相沉积涂层技术， 以及硬质合金各种强化处理技术等。这些技术正在或有可能在硬质 合金生产中得到推广应用。随着时间推移，硬质合金新的生产技术 和工艺装备还将不断得到创新。
硬质合金工艺流程培训课件
• 钴含量相同，细晶粒合金的硬度比中晶粒合金大1~1.2HRA。 • 各种不同钴含量的合金，随温度升高硬度降低，在约800oC
时出现拐点，其后虽温度升高硬度降低加快。低钴、细晶 粒合金在高温下保持较高的硬度。
PPT学习交流
8
抗弯强度
• 抗弯强度是合金在弯曲负荷的作用下，试样完全 断裂时的极限强度。
• B级孔隙：10~25μm的孔隙，分B02、B04、B06、 B08四级，未发现B类孔隙称为B00。
• 大于25μm的孔隙分25~75μm、75~125μm、 125~150μm和大于150μm四档。
• 牌号不同，用途不同，对孔隙度的要求也不同。
PPT学习交流
13
孔隙度和非化合碳
（二）引起孔隙度的原因 1、引起A级孔隙的大致原因 • 湿磨时间过长和细晶粒合金，在钴相中出现许多
现在高碳侧。含钴高的合金（如YG20），抗弯强 度的最大值出现在低碳侧。因此，YG10合金可选 用碳量偏高的WC做原料，而YG20合金则可采用含 碳量偏低的WC做原料。 • 碳的微小过量，只要分布均匀，并不严重影响合 金的强度，但过量过多，在合金中产生片状石墨 夹杂，则合金强度下降。
PPT学习交流
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8.9 7.86 2.25 19.35
PPT学习交流
4
密度
（二）密度与孔隙的关系
• 由于孔隙存在，实际密度小于理论密度，渗碳、欠烧、脏 化、未压好等都会使密度降低。
• 孔隙度与密度的关系可通过下列公式计算：
P 1 d do
• 式中：P—孔隙度，体积%；do—理论密度；d—实际密度。
标准孔隙度 A02 A04 A06 A08 B02 B04 B06 B08 C02 C04 C06 C08
时出现拐点，其后虽温度升高硬度降低加快。低钴、细晶 粒合金在高温下保持较高的硬度。
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抗弯强度
• 抗弯强度是合金在弯曲负荷的作用下，试样完全 断裂时的极限强度。
• B级孔隙：10~25μm的孔隙，分B02、B04、B06、 B08四级，未发现B类孔隙称为B00。
• 大于25μm的孔隙分25~75μm、75~125μm、 125~150μm和大于150μm四档。
• 牌号不同，用途不同，对孔隙度的要求也不同。
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孔隙度和非化合碳
（二）引起孔隙度的原因 1、引起A级孔隙的大致原因 • 湿磨时间过长和细晶粒合金，在钴相中出现许多
现在高碳侧。含钴高的合金（如YG20），抗弯强 度的最大值出现在低碳侧。因此，YG10合金可选 用碳量偏高的WC做原料，而YG20合金则可采用含 碳量偏低的WC做原料。 • 碳的微小过量，只要分布均匀，并不严重影响合 金的强度，但过量过多，在合金中产生片状石墨 夹杂，则合金强度下降。
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PPT学习交流
4
密度
（二）密度与孔隙的关系
• 由于孔隙存在，实际密度小于理论密度，渗碳、欠烧、脏 化、未压好等都会使密度降低。
• 孔隙度与密度的关系可通过下列公式计算：
P 1 d do
• 式中：P—孔隙度，体积%；do—理论密度；d—实际密度。
标准孔隙度 A02 A04 A06 A08 B02 B04 B06 B08 C02 C04 C06 C08
硬质合金基础知识ppt
高性能产品需求增长
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。
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。
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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.
✓ 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
✓ 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。
石蜡汽油溶液 基本无灰分
粒料的制备
料粒的制备主要包括掺胶(或掺蜡)和制粒两道主要工序
1、 掺胶(蜡)过程：掺和－－干燥－－擦筛
拌和机
电热干燥箱、蒸汽干燥柜
擦筛机
制粒
制粒方法 压团法、滚动法、喷雾法。
➢压团法：将料粒在较低的压力（200~230kg/cm2）下压成一定大小的团块， 然后将团块打碎用30目的筛子过筛，就是到了料粒。此法效率低，且所得料粒 较硬。流动性较差。 ➢滚动法：物料在滚筒中滚动而球化制粒，一般YG料要求较细滚筒或较低转速， 而YT料则要求较粗滚筒或较高转速，滚动制粒机有连续式和间歇式二种。 ➢喷雾法：石蜡丙酮料浆喷雾，120 ℃氮气干燥
碳含量与碳化温度的关系 碳化前后粉末物性的TiC－WC复式碳化物的制备
✓ TiC－WC复式碳化物是指WC溶解于TiC的固 溶体，成分一般采用在烧结温度下（14801560℃）下的饱和或未饱和固溶体的形式。 ✓1700－2000℃氢保护下碳化
TiC-WC复式碳化物生成过程
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.
硬质合金生产概述
内容
硬质合金生产原理概述 混合料制备 成形工艺 烧结技术 烧结后处理
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
<3
4
5~7
7~7.5
6~6.5
6
8~10 4.5
挤压件的加工与挤压模具
冷等静压
软模成形 粉浆浇注
硬质合金的烧结
➢ 硬质合金烧结过程中的物理、化学变化：1）烧结体致密化；2）碳化物晶 粒长大；3）粘结相成分的变化及合金组织的形成。 烧结过程的几个阶段 1、脱除成形剂及预烧阶段(<800℃) 发生变化： 1) 成形剂的脱除（挥发、裂解）。2) 粉末表面氧化物还原 3）粘 结金属粉末开始产生回复和再结晶，颗粒开始表面扩敢，压块强度有所提高。 2、固相烧结阶段(800℃~共晶温度) 所谓共晶温度是指缓慢升温时，烧结体中开始出现共晶液相的温度，对于 WC-Co合金，在平衡烧结时的共晶温度为1340℃． 烧结体中的某些固相反应加剧，扩散速度增加，颗粒塑性流动加强，使烧结 体出现明显的收缩。 3、液相烧结阶段(共晶温度~烧结温度) 当烧结出现液相后，烧结体收缩很快完成，碳化物晶粒长大并形成骨架，从 而奠定了合金的基本组织结构。 4、冷却阶段(烧结温度~室温) 在这一阶段，合金的组织和枯结相成分随冷却条件的不同而产生某些变化。 冷却后，得到最终组织结构的合金。
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
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。
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
压制
压制工艺过程
过程：压制--干燥--加工清理 ➢ 压制工序包括称料，装料、压制和脱模这四个步骤。 ➢ 压坯的干燥
以橡胶作成形剂时，为了完全排除压坯中残留的汽油和水分以提高压坯强度， 和消除压坯内部的应力，压坯必须经过干燥， 用石蜡作成形剂的压坯则不应干燥，因为石蜡熔点较低，它会在干燥过程中 渗到压坯表面，反而降低压坯的强度。 干燥一般在蒸汽干燥柜或电热干燥箱中进行，干燥温度一般为100~130℃， 干燥时间为12~48时，为了提高效率，也可采用红外线干燥，此时可采用较高 的温度(150~200℃)及较短的时间(0.5~1小时)。 ➢ 压坯的加工和清理 有的硬质合金产品不宜一次直接压成产品形状，这就需要在干燥后对压坯进行加 工（如倒角、斜棱和园角等加工）。
工艺过程
✓ 其它碳化物的合成
• Cr3C2，1600℃氢气保护碳化； • VC，1800℃氢气保护碳化； • ZrC，2300℃氢气保护碳化； • HfC，2300℃氢气保护碳化； • Mo2C、MoC，1400－1500℃氢气保护碳化； • TaC、NbC，2000-2100℃氢气保护碳化。
基本反应方程式：
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）
成形剂溶液的制备
➢ 橡胶汽油溶液：
溶剂：航空汽油或溶剂汽油 浓度：根据橡胶用量及混合料的松比来调整。一般为 8~13%(重量百分比） 加入量： 0.6~1%。橡胶用量随混合料松比的降低而增加，生产中一般是每
20公斤混合料加1800毫升的橡胶汽油溶液。 ➢ 石蜡汽油溶液：
溶剂：汽油 浓度：生产中的石蜡汽油溶液的浓度一般为20~30%（重量百分比
例如：Ta2O5 + 7C =2TaC+5CO Nb2O5+ 7C=2NbC+5CO
金属Co粉的生产
草酸钴沉淀 草酸钴煅烧 氧化钴还原： 草酸钴还原：
氧化钴还原工艺条件
氧化钴氢还原设备
混合料的制备
✓ 过程的目的：将各种碳化物和粘结金属的粉末配制成一定成分， 一定粒度的均匀混合物 。 ✓ 方法：湿球磨。 ✓ 湿磨液体介质的要求： • 与混合料组元不发生显著的化学反应； • 沸点较低，在100℃左右能挥发； • 表面张力较小，不使粉末聚团 • 价廉等。 ✓ 常用的介质：最常用的为酒精，汽油（不氧化、硬化物料，减少 合金孔洞，但料浆易沉淀，不易洗涤），水（最方便和便宜，但易 氧化和结块），其它的如四氯化碳，苯和丙酮等则有毒和易挥发。
（石蜡汽油溶液配制时，为了提高石蜡的溶解度，通常将石蜡加热熔化 后倒入汽油内，并立即使用）。
加入量：一般为1~2%。石蜡的用量通量比合成橡胶高一倍以上，而且随含 钻量的增加而增加。生产中一般是每20公斤混合料加20~30%的石 蜡汽油溶液1800毫升。
➢ 灰分问题： 橡胶汽油溶液 浓度（wt％) 4-4.5 10-11 13.5-14 灰分（wt％) ≤ 0.035 ≤0.07 ≤0.11
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.
✓ 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
✓ 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。
石蜡汽油溶液 基本无灰分
粒料的制备
料粒的制备主要包括掺胶(或掺蜡)和制粒两道主要工序
1、 掺胶(蜡)过程：掺和－－干燥－－擦筛
拌和机
电热干燥箱、蒸汽干燥柜
擦筛机
制粒
制粒方法 压团法、滚动法、喷雾法。
➢压团法：将料粒在较低的压力（200~230kg/cm2）下压成一定大小的团块， 然后将团块打碎用30目的筛子过筛，就是到了料粒。此法效率低，且所得料粒 较硬。流动性较差。 ➢滚动法：物料在滚筒中滚动而球化制粒，一般YG料要求较细滚筒或较低转速， 而YT料则要求较粗滚筒或较高转速，滚动制粒机有连续式和间歇式二种。 ➢喷雾法：石蜡丙酮料浆喷雾，120 ℃氮气干燥
碳含量与碳化温度的关系 碳化前后粉末物性的TiC－WC复式碳化物的制备
✓ TiC－WC复式碳化物是指WC溶解于TiC的固 溶体，成分一般采用在烧结温度下（14801560℃）下的饱和或未饱和固溶体的形式。 ✓1700－2000℃氢保护下碳化
TiC-WC复式碳化物生成过程
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.
硬质合金生产概述
内容
硬质合金生产原理概述 混合料制备 成形工艺 烧结技术 烧结后处理
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
<3
4
5~7
7~7.5
6~6.5
6
8~10 4.5
挤压件的加工与挤压模具
冷等静压
软模成形 粉浆浇注
硬质合金的烧结
➢ 硬质合金烧结过程中的物理、化学变化：1）烧结体致密化；2）碳化物晶 粒长大；3）粘结相成分的变化及合金组织的形成。 烧结过程的几个阶段 1、脱除成形剂及预烧阶段(<800℃) 发生变化： 1) 成形剂的脱除（挥发、裂解）。2) 粉末表面氧化物还原 3）粘 结金属粉末开始产生回复和再结晶，颗粒开始表面扩敢，压块强度有所提高。 2、固相烧结阶段(800℃~共晶温度) 所谓共晶温度是指缓慢升温时，烧结体中开始出现共晶液相的温度，对于 WC-Co合金，在平衡烧结时的共晶温度为1340℃． 烧结体中的某些固相反应加剧，扩散速度增加，颗粒塑性流动加强，使烧结 体出现明显的收缩。 3、液相烧结阶段(共晶温度~烧结温度) 当烧结出现液相后，烧结体收缩很快完成，碳化物晶粒长大并形成骨架，从 而奠定了合金的基本组织结构。 4、冷却阶段(烧结温度~室温) 在这一阶段，合金的组织和枯结相成分随冷却条件的不同而产生某些变化。 冷却后，得到最终组织结构的合金。
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
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。
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
压制
压制工艺过程
过程：压制--干燥--加工清理 ➢ 压制工序包括称料，装料、压制和脱模这四个步骤。 ➢ 压坯的干燥
以橡胶作成形剂时，为了完全排除压坯中残留的汽油和水分以提高压坯强度， 和消除压坯内部的应力，压坯必须经过干燥， 用石蜡作成形剂的压坯则不应干燥，因为石蜡熔点较低，它会在干燥过程中 渗到压坯表面，反而降低压坯的强度。 干燥一般在蒸汽干燥柜或电热干燥箱中进行，干燥温度一般为100~130℃， 干燥时间为12~48时，为了提高效率，也可采用红外线干燥，此时可采用较高 的温度(150~200℃)及较短的时间(0.5~1小时)。 ➢ 压坯的加工和清理 有的硬质合金产品不宜一次直接压成产品形状，这就需要在干燥后对压坯进行加 工（如倒角、斜棱和园角等加工）。
工艺过程
✓ 其它碳化物的合成
• Cr3C2，1600℃氢气保护碳化； • VC，1800℃氢气保护碳化； • ZrC，2300℃氢气保护碳化； • HfC，2300℃氢气保护碳化； • Mo2C、MoC，1400－1500℃氢气保护碳化； • TaC、NbC，2000-2100℃氢气保护碳化。
基本反应方程式：
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）
成形剂溶液的制备
➢ 橡胶汽油溶液：
溶剂：航空汽油或溶剂汽油 浓度：根据橡胶用量及混合料的松比来调整。一般为 8~13%(重量百分比） 加入量： 0.6~1%。橡胶用量随混合料松比的降低而增加，生产中一般是每
20公斤混合料加1800毫升的橡胶汽油溶液。 ➢ 石蜡汽油溶液：
溶剂：汽油 浓度：生产中的石蜡汽油溶液的浓度一般为20~30%（重量百分比
例如：Ta2O5 + 7C =2TaC+5CO Nb2O5+ 7C=2NbC+5CO
金属Co粉的生产
草酸钴沉淀 草酸钴煅烧 氧化钴还原： 草酸钴还原：
氧化钴还原工艺条件
氧化钴氢还原设备
混合料的制备
✓ 过程的目的：将各种碳化物和粘结金属的粉末配制成一定成分， 一定粒度的均匀混合物 。 ✓ 方法：湿球磨。 ✓ 湿磨液体介质的要求： • 与混合料组元不发生显著的化学反应； • 沸点较低，在100℃左右能挥发； • 表面张力较小，不使粉末聚团 • 价廉等。 ✓ 常用的介质：最常用的为酒精，汽油（不氧化、硬化物料，减少 合金孔洞，但料浆易沉淀，不易洗涤），水（最方便和便宜，但易 氧化和结块），其它的如四氯化碳，苯和丙酮等则有毒和易挥发。
（石蜡汽油溶液配制时，为了提高石蜡的溶解度，通常将石蜡加热熔化 后倒入汽油内，并立即使用）。
加入量：一般为1~2%。石蜡的用量通量比合成橡胶高一倍以上，而且随含 钻量的增加而增加。生产中一般是每20公斤混合料加20~30%的石 蜡汽油溶液1800毫升。
➢ 灰分问题： 橡胶汽油溶液 浓度（wt％) 4-4.5 10-11 13.5-14 灰分（wt％) ≤ 0.035 ≤0.07 ≤0.11