硬质合金的烧结工艺
硬质合金的烧结气氛及其控制
硬质合金的烧结气氛及其控制The Sintering Atmosphere of Hard Alloy and Its Control目前，硬质合金的烧结已在金属切削、航空航天、机械制造、医疗器械等诸多行业中得到广泛应用，它能替代传统钢制件，具有较高的热韧性和耐磨性。
为了保证硬质合金烧结工艺在精度、性能、耐久性等方面都满足要求，烧结气氛控制显得尤为重要。
At present, the sintering of hard alloy has been widely used in many industries such as metal cutting, aerospace, mechanical manufacturing and medical instrument industry. It can replace traditional steel parts and has high thermal toughness and wear resistance. In order to ensure that the sintering process of hard alloy meets the requirements in precision, performance and durability, the control of sintering atmosphere is particularly important.硬质合金的烧结气氛控制一般分为4类：真空烧结、气氛烧结、助烧剂烧结和半气体烧结。
真空烧结指的是在真空状态下进行烧结，气氛烧结指的是空气、氮气或氩气等常压气体为主要气氛烧结，助烧剂烧结指的是添加助烧剂，以改善烧结气氛烧结，而半气体烧结则指的是混合真空和气体烧结。
The control of sintering atmosphere of hard alloy is generally divided into four categories: vacuum sintering, atmosphere sintering, sintering aid sintering and semi-gas sintering. Vacuum sintering refers to sintering in vacuum state,atmosphere sintering refers to sintering under atmosphere of air, nitrogen or argon and other atmospheric pressure gases as the main atmosphere, sintering aid sintering refers to the additionof sintering aids to improve the sintering atmosphere, and semi-gas sintering refers to the mixed vacuum and gas sintering.根据成型原理的不同，硬质合金的烧结气氛可以分为固溶处理型、凝固型和渗透型。
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。
硬质合金成分
硬质合金成分硬质合金是一种由金属和非金属元素组成的复合材料，具有高硬度、高强度和耐磨性等优良性能。
它广泛应用于机械加工、矿山工程、石油钻探和航空航天等领域。
本文将从硬质合金的成分、制备工艺和应用领域三个方面进行介绍。
一、硬质合金的成分硬质合金的主要成分是金属钨（W）和钴（Co），以及少量的其他金属和非金属元素。
钨是硬质合金的主要组成部分，具有高熔点、高硬度和高密度的特点，是使硬质合金具有优异性能的关键因素之一。
钴是硬质合金的结合相，具有良好的结合性和塑性，能够将钨颗粒牢固地固定在一起。
此外，硬质合金中还可以加入一些其他金属元素，如钛（Ti）、铌（Nb）等，以及非金属元素，如碳（C）和氮（N）。
这些元素的加入可以进一步改善硬质合金的性能，提高其硬度和耐磨性。
二、硬质合金的制备工艺硬质合金的制备主要包括粉末冶金和烧结两个过程。
首先，将金属粉末和非金属粉末按一定比例混合，并加入一定量的粘结剂。
然后，通过球磨机等设备对混合粉末进行混合和粉碎，使粉末颗粒更加均匀细小。
接下来，将混合粉末压制成坯体，通常使用等静压或注射成型等方法。
最后，将坯体进行高温烧结处理，使金属粉末颗粒相互结合，并与粘结相形成致密的合金体。
烧结温度和时间的控制对硬质合金的性能有重要影响，过高的温度和过长的时间会导致晶粒长大，从而降低硬质合金的硬度和强度。
三、硬质合金的应用领域硬质合金具有高硬度、高耐磨性和高强度的特点，因此在机械加工领域得到广泛应用。
它可以用于制造刀具、切割工具、钻头、铣刀和刨刀等，能够在高速切削和重负荷加工条件下保持较长的使用寿命。
此外，硬质合金还可以用于制造矿山工具，如岩钻头、钻孔钻头和矿用刀具等，能够在恶劣的矿石破碎环境中保持较好的工作性能。
在石油钻探领域，硬质合金可以用于制造钻头和钻具，能够在高温高压和强磨蚀的地层中稳定地进行钻井作业。
此外，硬质合金还被应用于航空航天领域，用于制造发动机零部件、导弹零部件和航天器零部件等，能够在高温和高应力条件下保持稳定的工作性能。
热压烧结的操作步骤及应用
热压烧结的操作步骤及应用热压烧结是一种常见的粉末冶金工艺，用于制造高强度、高硬度、高精度的金属部件和陶瓷制品。
下面将详细介绍热压烧结的操作步骤和应用。
一、热压烧结的操作步骤：1. 原料制备：首先根据所需产品的要求，选择合适的原料，通常为粉末形式。
然后将原料进行混合、研磨，以获得均匀细小的粉末颗粒。
2. 填充模具：将混合好的粉末填充到特制的模具中。
模具的形状和尺寸应与最终产品一致。
3. 预压：将填充好的模具放置在预压装置中，在适当的压力下进行预压。
预压可以使粉末颗粒更加紧密地接触，并形成初步的形状。
4. 烧结：将经过预压的模具转移到烧结炉中，进行高温烧结。
烧结过程主要包括两个阶段：除气和烧结。
- 除气：在烧结开始前，需要将模具中的气体排除，以避免气体对烧结过程的干扰。
通常会在低温下进行除气处理，如较高压力下的真空处理或气氛控制下的气体排放。
- 烧结：将除气后的模具加热到适当的温度，使粉末颗粒发生相互结合和扩散，形成致密的固体。
烧结温度、时间和气氛的选择取决于所用材料和所需产品的特性。
5. 冷却：在烧结结束后，将模具从炉中取出，进行自然冷却或采用其他冷却方式。
冷却过程中，要注意避免产品出现热应力导致的开裂。
6. 除模：将烧结后的成品从模具中取出。
通常需要经过机械加工或其他后续处理步骤，以满足最终产品的要求。
二、热压烧结的应用：1. 金属制品：热压烧结可以用于制造各种金属制品，如钢制品、铝合金制品等。
由于热压烧结可以使金属颗粒充分结合，因此制造的金属制品具有高强度、高硬度和良好的耐磨性。
常见的应用包括汽车零部件、工具和模具、航空航天部件等。
2. 陶瓷制品：热压烧结是制造陶瓷制品的常用工艺之一。
热压烧结可以使陶瓷颗粒结合更紧密，从而获得高强度、高硬度和高密度的陶瓷制品。
常见的应用包括陶瓷刀具、陶瓷瓷砖、陶瓷合成材料等。
3. 硬质合金：热压烧结是制造硬质合金的主要工艺之一。
硬质合金通常由金属粉末和碳化物等非金属粉末混合而成。
硬质合金铣刀生产流程
硬质合金铣刀生产流程硬质合金铣刀是一种常见的切削工具，广泛应用于机械加工领域。
它具有高硬度、耐磨性好、切削效率高等优点，在加工过程中起到了至关重要的作用。
下面将介绍硬质合金铣刀的生产流程。
硬质合金铣刀的生产流程主要包括原料准备、粉末制备、成型、烧结、精加工和检验等环节。
原料准备是硬质合金铣刀生产的基础。
硬质合金铣刀的主要成分是钨钴合金，其它元素如钛、钼、铌等也会被添加进去，以提高硬质合金的性能。
这些原料需要经过严格的筛选和配比，确保成分的准确性和稳定性。
接下来是粉末制备过程。
原料经过粉碎和混合后，通过球磨机等设备进行粉碎。
在这个过程中，需要控制粉末的粒度和成分的均匀性，以确保后续工序的顺利进行。
成型是硬质合金铣刀生产的关键环节。
粉末通过注射成型、压制成型等方式，将其变成具有一定形状和尺寸的坯体。
在成型过程中，需要考虑到刀具的结构和功能，合理设计模具和成型工艺，确保成型的精度和质量。
烧结是将成型后的坯体进行高温处理，使其形成致密的硬质合金。
这个过程中，需要控制烧结温度、时间和气氛，以及合理选择烧结装置，确保硬质合金的显微组织和性能。
精加工是对烧结后的硬质合金进行细化加工，使其达到所需的尺寸和表面质量。
这个过程中，常用的加工方式包括砂轮修整、磨削、抛光等。
通过这些工艺，可以提高硬质合金铣刀的精度和表面光洁度。
最后是检验环节。
对生产出的硬质合金铣刀进行各项性能指标的检验，如硬度、耐磨性、切削性能等。
通过严格的检验，确保硬质合金铣刀的质量达到标准要求。
硬质合金铣刀的生产流程包括原料准备、粉末制备、成型、烧结、精加工和检验等环节。
每个环节都需要严格控制工艺参数和质量要求，以确保生产出高质量的硬质合金铣刀。
同时，不断优化生产工艺和技术手段，提高硬质合金铣刀的性能和效率，满足市场对切削工具的需求。
硬质合金圆棒
硬质合金圆棒一、硬质合金圆棒简介硬质合金圆棒又名硬质合金棒材，是一种以硬质合金（WC）为主要原料，再加上其它贵重金属和粘贴相经采用粉末冶金方法压制烧结而成的高硬度、高强度的合金材料，广泛用于国民生产加工领域，如钨钢钻头。
二、生产工艺流程硬质合金圆棒毛坯工艺流程制粉→按用途要求配方→经湿磨→混合→粉碎→干燥→过筛→后加入成型剂→再干燥→过筛后制得混合料→制粒→ 压制→成型→低压烧结→成型（毛坯）→外圆磨精磨（毛坯没有这道工序）→检测尺寸→包装→入库。
五、硬质合金圆棒材质性能特征1、以优质超细碳化钨和进口钴粉为原料。
2、采用世界先进的低压烧结制备技术进行标准化生产。
3、具有高强度和高硬度。
4、具有极好的红硬性、耐磨性好、高弹性模量、高抗弯曲强度、化学稳定性好（耐酸、碱、高温氧化）、耐冲击韧性好、膨胀系数低，导热、导电与铁及其合金相近的特点。
5、高新精密先进设备：德国进口10MPa低压烧结炉烧结。
6、独特的新工艺：真空高温高压烧结。
产品在最后阶段采用压力烧结，极大的减少孔隙度，提高致密性，大大地提高产品的机械性能。
7、产品特点：材质牌号多，能适用不同使用用途的需求；规格齐全，毛坯尺寸精准（减少加工量，提高生产效率）。
8、服务周到反应快：下单生产快，交货快捷准时（3～5天）。
五、#p#副标题#e#应用推荐硬质合金圆棒应用范围广泛，适用于制作钨钢钻头、PCB行业的微钻头，光电通讯行业的电极棒，机械加工行业硬质合金钻头，钻柄，顶尖、推杆、耐磨精密零件、是整体数控铣刀和带孔加工刀具首选优质材料等。
六、硬质合金的焊接特点硬质合金主要用于制造刀具、量具、模具、采掘工具以及整体刀具等双金属结构。
切削部分为硬质合金，基体为碳素钢或低合金钢，通常为中碳钢。
这类工件在工作时受到相当大的应力作用，特别是压缩弯曲、冲击或交变载荷，要求接头强度高、质量可靠。
硬质合金具有高硬度和耐磨性好的特点，但也存在脆性高、韧性差等缺点。
大部分硬质合金工具是用焊接的办法镶嵌在中碳钢或低合金钢基体上使用，焊接工艺与硬质合金的使用性能密切相关，焊接性能的好坏直接影响到硬质合金的使用效果。
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 基 本 知 识 介 绍
在制造钛钨钴合金时，碳化钛通常是以TiC-WC固 溶体（复式碳化物）的形式加入的，其原因是：工 业碳化钛一般均含有较多的氧（还有氮），并且 TiC与TiO的晶格类型相同，晶格常数相近，因而很 容易形成连续固溶体。如果碳化钛直接加入合金混 合料中，则在合金烧结时形成TiC-WC固溶体，这 时由于碳原子置换TiC晶格中的氧原子和氮原子而 析出CO和N2气体。这样，就阻碍了合金的正常收 缩，使合金的孔隙度增加。但是，在TiC-WC复式 碳化物形成的过程中，可以在很大程度上排除TiC 晶格中的氧和氮。因此，将碳化钛预先制成复式碳 化物加入合金中，将有利于合金的烧结，保证合金 的质量。
混合料的制备
制备混合料的目的，在于使碳化物和粘结金
属粉末混合均匀，并且使它们进一步磨细。 硬质合金成品的性能，在很大程度上取决于 混合料的制备方法。
精密全自动压力机
硬质合金的烧结原理
烧结是粉末冶金制品生产中重要的工序之一，
其目的是使制品强化，以达到最终要求的物 理机械性能，硬质合金的烧结是典型的液相 烧结过程，它的烧结过程可分为三个阶段：
二、WC-TiC-Co硬质合金
WC-TiC-Co（YT）类硬质合金适于加工塑性材料如 钢材。钢料由于加工时塑性变形很大，与刀具之间 的摩擦剧烈，因此切削温度高。YT类合金具有较高 的硬度，特别是有较高的耐热性，在高温时的硬度 和抗压强度比YG类合金高，抗氧化性能好。另外， 在加工钢材时，YT类合金有很高的耐磨性。YT类 硬质合金的导热性较差，切削时传入刀具的热量较 少，大部分的热量集中在切削中，切削受强热后会 发生软化，因而有利于切屑过程的顺利进行。 YT类硬质合金中含钴量较多、含碳化钛较少时，抗 弯强度较高，较能承受冲击，适于作粗加工用；含 钴量较少、含碳化钛较多时，耐磨性及耐热性较好， 适于作精加工用。但含碳化钛愈高，其磨加工性和 焊接性能也愈差，刃磨及焊接时容易产生裂纹。
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硬质合金烧结工艺
硬质合金是由各种碳化物和铁族元素组成，例如WC-Co、WC-TiC-TaC-NbC-Co或是
TiC-Mo₂C-Ni。这些材料的典型特点就是，通过液相烧结可以达到几乎100%理论密度，烧
结后，低的残余孔隙度是成功应用硬质合金于金属切削、石油开采钻头或者金属成形模具等
高应力使用工况的关键。此外，必须仔细控制烧结工艺，以获得希望的显微组织和化学成分。
在很多应用场合，硬质合金都是以烧结态应用的。烧结态合金表面经常承受条件苛刻的
摩擦和应力，在大多数的切削金属应用中，刀头表面的磨耗深度只要超过0.2~0.4mm,工具
就被判定报废，所以，提高硬质合金的表面性能是相当重要的。
烧结硬质合金的两种基本方法：一种是氢气烧结——在氢气中与常压下通过相反应动学
来控制零件成分，另一种是真空烧结——采用真空环境或降低环境气体压强，通过减缓反应
动力学来控制硬质合金成分。真空烧结有着更为广泛的工业应用。有时，还采用烧结热等静
压和热等静压，这些技术都对硬质合金的生产有着重要的影响。
氢气烧结：氢气是还原性的气氛，但当氢气与烧结炉壁或承载装置发生反应时会改变其
他成分，提供合适的碳化势以维持与硬质合金的热力学平衡。在传统的硬质合金烧结中，要
将混合料中的碳化物的含碳量调节到理论值，并在整个氢气烧结过程中维持这个值不变。例
如，烧结94WC-6CO硬质合金时，入炉时，碳含量为5.70~5.80%（质量分数），出炉时，则
要维持在5.76+0.4%
氢气烧结工艺的气氛控制能力对于钨钴类硬质合金来说是足够的，但是对于切钢工具用
含碳化钛碳化钽或碳化铌的合金来说，气氛的氧化势太高，导致合金的成分变化，通常用真
空烧结来减低这些，合金氧化物的含量，氢气烧结一般用机械推舟的方式，通过连续烧结来
完成，可用一个单独的预烧炉除去润滑剂防止挥发物污染后的高烧结过程。预烧结还可以调
高生胚强度，使能对其进行粗切削加工，例如，进行车削和钻孔，预烧结温度在500~800
摄氏度间，这主要取决于润滑剂除去的是否彻底及所需生胚强度。
真空烧结：与氢气烧结相比，真空烧结主要要几个优点，首先真空烧结能极好的控制产
品成分，在1.3~133pa压强下，碳和氧气在气氛与合金之间的交换速率非常低。影响成分变
化的主要因素是碳化物颗粒中的氧含量，而不是碳与真空中稀薄气体的反应速率，因而在烧
结硬质合金的工业生产中，真空烧结占有优势。
氢气烧结时，由于氢气的渗入以及氢与陶瓷炉部件的反应，使得炉内的气氛气体的氧化
势增高。真空烧结不存在这些问题，炉内氧化势比氢气烧结时低，因此，含有对氧化很敏感
的碳化钛，碳化钽和碳化铌的合金，真空烧结工艺，更为合适。
其次，真空烧结可灵活的控制烧结制度，特别是加热升温阶段的升温速率，以满足生产
的需要，例如，当烧结含有碳化钛、碳化钽、碳化铌的合金时，必须缓慢的升温，还要有一
个在中间的温度保温的阶段才能得到高质量的产品。真空烧结是间歇式操作，可灵活调节所
需要的烧结制度，而氢气烧结大多是连续烧结工艺，很能实现对各烧结阶段的温度进行准确
的控制。
如果能实现，较慢的升温速率就有足够的时间使碳——氧充分反应：形成的CO气体也
来的及从连通孔隙逸出，如果升温速率太快，气体就会滞留下来，形成孔隙。在真空炉中，
很容易调节加热过程的升温速率，而对于机械推舟式氢气烧结炉来说，各烧结区的温度和达
到最高烧结时的时间，都受限制很难调整。
现在工业真空烧结的操作成本较低，以前的真空烧结设备，是小的感应加热炉，这种炉
子能量消耗大、冷却时间长，而且在烧结前需要单独清除润滑剂，现在应用的真空烧结炉至
少在以下几方面比氢气烧结成本低：装炉量大、电阻加热、用强制气体冷却以及可在炉内清
除润滑剂。
烧结热等静压：烧结热等静压有时也称之为过压烧结和加压烧结。烧结炉实际上是一个
可以充压的真空烧结炉，为了减少或消除残留空隙在烧结温度下当零件内形成封闭孔隙后，
往炉内充以惰性气体对其施加等静压力，氩气压力在1.5~10Mpa，远低于通常意义的热等静
压压力。一个具体的烧结过程，包括润滑剂清除、氧化物还原和碳化物合金烧结。当碳化物
烧结出现闭孔时，才将炉内的低压热的静压力升到较高的水平。有报道指出对于含Co3%~6%
的WC-Co牌号的硬质合金，烧结热等静压压力大约为0.2Mpa温度在1420~1460摄氏度范
围内出现闭孔；而对于含有立方碳化钨的硬质合金，在1430~1480摄氏度时出现闭孔。就作
业成本而言同等生产能力的烧结热等静压设备操作成本比真空烧结炉的操作成本要高的多。
热等静压是在一个专门设计的高压容器中进行的，利用氩气加压到100Mpa，温度和传
统的烧结温度大体一样。通常是先烧结，在作等静压后续处理，以消除少量用正常烧结工艺
消除不了的残留空隙。当然也可以用热等静压来固结只预烧过的压胚。热等静压机是主要的
关键投资，作为烧结的后处理工序，它增加了作业成本、能量和气体的消耗和生产周期。热
等静压生产的硬质合金具有晶粒细小，含量低的特点，因而强度更高但无论采用烧结热等静
压还是后热等静压，只有建立了时间、温度和压力之间的合适关系，才能得到比氢气的烧结
和真空烧结产品高的强度。