硬質(zhì)合金材料性質(zhì)

       硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。

　　ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔點特別高，統(tǒng)稱為硬質(zhì)合金。下面以碳化物為重點來說明硬質(zhì)含金的結(jié)構(gòu)、特征和應用。

　　ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬與碳形成的金屬型碳化物中，由于碳原子半徑小，能填充于金屬晶格的空隙中并保留金屬原有的晶格形式，形成間隙固溶體。在適當條件下，這類固溶體還能繼續(xù)溶解它的組成元素，直到達到飽和為止。因此，它們的組成可以在一定范圍內(nèi)變動（例如碳化鈦的組成就在TiC0。5～TiC之間變動），化學式不符合化合價規(guī)則。當溶解的碳含量超過某個極限時（例如碳化鈦中Ti︰C=1︰1），晶格型式將發(fā)生變化，使原金屬晶格轉(zhuǎn)變成另一種形式的金屬晶格，這時的間充固溶體叫做間充化合物。

　　金屬型碳化物，尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬碳化物的熔點都在3273K以上，其中碳化鉿、碳化鉭分別為4160K和4150K，是當前所知道的物質(zhì)中熔點更高的。大多數(shù)碳化物的硬度很大，它們的顯微硬度大于1800kg·mm2（顯微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬質(zhì)合金和硬質(zhì)化合物，顯微硬度1800kg·mm2相當于莫氏一金剛石一硬度9）。許多碳化物高溫下不易分解，抗氧化能力比其組分金屬強。碳化鈦在所有碳化物中熱穩(wěn)定性更好，是一種非常重要的金屬型碳化物。然而，在氧化氣氛中，所有碳化物高溫下都容易被氧化，可以說這是碳化物的一大弱點。

　　除碳原子外，氮原子、硼原子也能進入金屬晶格的空隙中，形成間隙固溶體。它們與間隙型碳化物的性質(zhì)相似，能導電、導熱、熔點高、硬度大，同時脆性也大。

　　硬質(zhì)合金的基體由兩部分組成：一部分是硬化相；另一部分是粘結(jié)金屬。

　　硬化相是元素周期表中過渡金屬的碳化物，如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭，它們的硬度很高，熔點都在2000℃以上，有的甚至超過4000℃。另外，過渡金屬的氮化物、硼化物、硅化物也有類似的特性，也可以充當硬質(zhì)合金中的硬化相。硬化相的存在決定了合金具有極高硬度和耐磨性。

　　硬質(zhì)合金對碳化鎢WC粒度的要求根據(jù)不同用途的硬質(zhì)合金采用不同粒度的WC(碳化鎢)。硬質(zhì)合金切削刀具：比如切腳機刀片、V-CUT刀等精加工合金采用超細、亞細、細顆粒WC，粗加工合金采用中顆粒WC，重力切削和重型切削的合金采用中、粗顆粒WC做原料；礦山工具：巖石硬度高，沖擊負荷大，采用粗顆粒WC，巖石沖擊小沖擊負荷小采用中顆粒WC做原料；耐磨零件：當強調(diào)其耐磨性、抗壓和表面光潔度時，采用超細、亞細、細、中顆粒WC做原料，耐沖擊工具采用中、粗顆粒WC原料為主。

　　WC理論含碳量為6。128%(原子50%)，當WC含碳量大于理論含碳量，則WC中出現(xiàn)游離碳(WC+C)。游離碳的存在，燒結(jié)時使其周圍的WC晶粒長大，致使硬質(zhì)合金晶粒不均勻。碳化鎢一般要求化合碳高(≥6。07%)，游離碳(≤0。05%)，總碳則決定于硬質(zhì)合金的生產(chǎn)工藝和使用范圍。

　　正常情況下，石蠟工藝真空燒結(jié)用WC總碳主要決定于燒結(jié)前壓塊內(nèi)的化合氧含量。含一份氧要增加0。75份碳，即WC總碳=6。13%+含氧量%×0。75(假設燒結(jié)爐內(nèi)為中性氣氛，實際上多數(shù)真空爐為滲碳氣氛，所用WC總碳小于計算值)。

　　目前我國WC的總碳含量大致分為三種：石蠟工藝真空燒結(jié)用WC的總碳約為6。18±0。03%(游離碳將增大)。石蠟工藝氫氣燒結(jié)用WC的總碳含量為6。13±0。03%。橡膠工藝氫氣燒結(jié)用WC總碳=5。90±0。03%。上述工藝有時交叉進行，因此確定WC總碳要根據(jù)具體情況。

　　不同使用范圍、不同Co(鈷)含量、不同晶粒度的合金所用WC總碳可做一些小的調(diào)整。低鈷合金可選用總碳偏高的碳化鎢，高鈷合金則可選用總碳偏低的碳化鎢?？傊?，硬質(zhì)合金的具體使用需求不同對碳化鎢粒度的要求也不同。

　　粘結(jié)金屬一般是鐵族金屬，常用的是鈷和鎳。

　　制造硬質(zhì)合金時，選用的原料粉末粒度在1～2微米之間，且純度很高。原料按規(guī)定組成比例進行配料，加進酒精或其他介質(zhì)在濕式球磨機中濕磨，使它們充分混合、粉碎，經(jīng)干燥、過篩后加入蠟或膠等一類的成型劑，再經(jīng)過干燥、過篩制得混合料。然后，把混合料制粒、壓型，加熱到接近粘結(jié)金屬熔點（1300～1500℃）的時候，硬化相與粘結(jié)金屬便形成共晶合金。經(jīng)過冷卻，硬化相分布在粘結(jié)金屬組成的網(wǎng)格里，彼此緊密地聯(lián)系在一起，形成一個牢固的整體。硬質(zhì)合金的硬度取決于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越細，則硬度也越大。硬質(zhì)合金的韌性由粘結(jié)金屬決定，粘結(jié)金屬含量越高，抗彎強度越大。