硬质合金材料 硬质合金国家标准 硬质合金用途

材料性质

　　硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。 　　ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔点特别高，统称为硬质合金。下面以碳化物为重点来说明硬质含金的结构、特征和应用。 　　ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属与碳形成的金属型碳化物中，由于碳原子半径小，能填充于金属品格的空隙中并保留金属原有的晶格形式，形成间隙固溶体。在适当条件下，这类固溶体还能继续溶解它的组成元素，直到达到饱和为止。因此，它们的组成可以在一定范围内变动（例如碳化钛的组成就在TiC0.5～TiC之间变动），化学式不符合化合价规则。当溶解的碳含量超过某个极限时（例如碳化钛中Ti︰C=1︰1），晶格型式将发生变化，使原金属晶格转变成另一种形式的金属晶格，这时的间充固溶体叫做间充化合物。 　　金属型碳化物，尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属碳化物的熔点都在3273K以上，其中碳化铪、碳化钽分别为4160K和4150K，是当前所知道的物质中熔点高的。大多数碳化物的硬度很大，它们的显微硬度大于1800kg·mm2（显微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬质合金和硬质化合物，显微硬度1800kg·mm2相当于莫氏一金刚石一硬度9）。许多碳化物高温下不易分解，抗氧化能力比其组分金属强。碳化钛在所有碳化物中热稳定性好，是一种非常重要的金属型碳化物。然而，在氧化气氛中，所有碳化物高温下都容易被氧化，可以说这是碳化物的一大弱点。 　　除碳原子外，氮原子、硼原子也能进入金属晶格的空隙中，形成间充固溶体。它们与间充型碳化物的性质相似，能导电、导热、熔点高、硬度大，同时脆性也大。 　　硬质合金的基体由两部分组成：一部分是硬化相；另一部分是粘结金属。 　　硬化相是元素周期表中过渡金属的碳化物，如碳化钨、碳化钛、碳化钽，它们的硬度很高，熔点都在2000℃以上，有的甚至超过4000℃。另外，过渡金属的氮化物、硼化物、硅化物也有类似的特性，也可以充当硬质合金中的硬化相。硬化相的存在决定了合金具有极高硬度和耐磨性。 　　粘结金属一般是铁族金属，常用的是钴和镍。 　　制造硬质合金时，选用的原料粉末粒度在1～2微米之间，且纯度很高。原料按规定组成比例进行配料，加进酒精或其他介质在湿式球磨机中湿磨，使它们充分混合、粉碎，经干燥、过筛后加入蜡或胶等一类的成型剂，再经过干燥、过筛制得混合料。然后，把混合料制粒、压型，加热到接近粘结金属熔点（1300～1500℃）的时候，硬化相与粘结金属便形成共晶合金。经过冷却，硬化相分布在粘结金属组成的网格里，彼此紧密地联系在一起，形成一个牢固的整体。硬质合金的硬度取决于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越细，则硬度也越大。硬质合金的韧性由粘结金属决定，粘结金属含量越高，抗弯强度越大。

标准

　　与硬质合金相关的现行的标准 　　GB/T 14445-1993 煤炭采掘工具用硬质合金制品 　　GB/T 2077-1987 硬质合金可转位刀片圆角半径 　　GB/T 2079-1987 无孔的硬质合金可转位刀片 　　GB/T 2081-1987 硬质合金可转位铣刀片 　　GB/T 1481-1998 金属粉末(不包括硬质合金粉末)在单轴压制中压缩性的测定 　　GB/T 5166-1998 烧结金属材料和硬质合金弹性模量测定 　　GB/T 9096-2002 烧结金属材料(不包括硬质合金)冲击试验方法 　　GB/T 9097.1-2002 烧结金属材料(不包括硬质合金)表观硬度的测定部分:截面硬度基本均匀的材料 　　GB/T 5319-2002 烧结金属材料(不包括硬质合金) 横向断裂强度的测定 　　GB/T 6480-2002 凿岩用硬质合金钎头 　　GB/T 17985.1-2000 硬质合金车刀第1部分:代号及标志 　　GB/T 17985.2-2000 硬质合金车刀第2部分:外表面车刀 　　GB/T 17985.3-2000 硬质合金车刀第3部分:内表面车刀 　　GB/T 18376.2-2001 硬质合金牌号第2部分:地质、矿山工具用硬质合金牌号 　　GB/T 18376.3-2001 硬质合金牌号第3部分:耐磨零件用硬质合金牌号 　　GB/T 3488-1983 硬质合金显微组织的金相测定 　　GB/T 3489-1983 硬质合金孔隙度和非化合碳的金相测定 　　GB/T 9217.2-2005 硬质合金旋转锉第2部分:圆柱形旋转锉（A型） 　　GB/T 9217.3-2005 硬质合金旋转锉第3部分:圆柱形球头旋转锉（C型） 　　GB/T 9217.4-2005 硬质合金旋转锉第4部分:圆球形旋转锉（D型） 　　GB/T 9217.5-2005 硬质合金旋转锉第5部分:椭圆形旋转锉（E型） 　　GB/T 9217.6-2005 硬质合金旋转锉第6部分:弧形圆头旋转锉（F型） 　　GB/T 9217.7-2005 硬质合金旋转锉第7部分:弧形尖头旋转锉（G型） 　　GB/T 9217.8-2005 硬质合金旋转锉第8部分:火炬形旋转锉（H型） 　　GB/T 9217.9-2005 硬质合金旋转锉第9部分:60°和90°圆锥形旋转锉（J型和K型） 　　GB/T 9217.10-2005 硬质合金旋转锉第10部分:锥形圆头旋转锉（L型） 　　GB/T 9217.11-2005 硬质合金旋转锉第11部分:锥形尖头旋转锉（M型） 　　GB/T 9217.12-2005 硬质合金旋转锉第12部分:倒锥形旋转锉（N型） 　　GB/T 9217.1-2005 硬质合金旋转锉第1部分:通用技术条件 　　GB/T 3848-1983 硬质合金矫顽(磁) 力测定方法 　　GB/T 3849-1983 硬质合金洛氏硬度(A标尺) 试验方法 　　GB/T 3850-1983 致密烧结金属材料与硬质合金密度测定方法 　　GB/T 3851-1983 硬质合金横向断裂强度测定方法 　　GB/T 20255.5-2006 硬质合金化学分析方法铬量的测定火焰原子吸收光谱法 　　GB/T 20255.2-2006 硬质合金化学分析方法钴、铁、锰和镍量的测定火焰原子吸收光谱法 　　GB/T 20255.3-2006 硬质合金化学分析方法钼、钛和钒量的测定火焰原子吸收光谱法 　　GB/T 20255.4-2006 硬质合金化学分析方法钴、铁、锰、钼、镍、钛和钒量的测定火焰原子吸收光谱法 　　GB/T 20255.1-2006 硬质合金化学分析方法钙、钾、镁和钠量的测定火焰原子吸收光谱法 　　GB/T 5163-2006 烧结金属材料（不包括硬质合金）可渗性烧结金属材料密度、含油率和开孔率的测定 　　GB/T 5242-2006 硬质合金制品检验规则与试验方法 　　GB/T 5243-2006 硬质合金制品的标志、包装、运输和贮存 　　GB/T 9062-2006 硬质合金错齿三面刃铣刀 　　GB/T 10947-2006 硬质合金锥柄麻花钻 　　GB/T 10948-2006 硬质合金T形槽铣刀 　　GB/T 5124.3-1985 硬质合金化学分析方法电位滴定法测定钴量 　　GB/T 5124.4-1985 硬质合金化学分析方法过氧化物光度法测定钛量 　　GB/T 5159-1985 金属粉末(不包括硬质合金用粉) 与成型和烧结有联系的尺寸变化的测定方法 　　GB/T 5167-1985 烧结金属材料和硬质合金电阻率的测定 　　GB/T 2078-2007 带圆角圆孔固定的硬质合金可转位刀片尺寸 　　GB/T 2080-2007 带圆角沉孔固定的硬质合金可转位刀片尺寸 　　GB/T 21182-2007 硬质合金废料 　　GB/T 5318-1985 烧结金属材料(不包括硬质合金) 无切口冲击试样 　　GB/T 5124.1-2008 硬质合金化学分析方法总碳量的测定重量法 　　GB/T 5124.2-2008 硬质合金化学分析方法不溶（游离）碳量的测定重量法 　　GB/T 16770.2-2008 整体硬质合金直柄立铣刀第2部分：技术条件 　　GB/T 2527-2008 矿山、油田钻头用硬质合金齿 　　GB/T 16456.2-2008 硬质合金螺旋齿立铣刀第2部分：7:24 锥柄立铣刀型式和尺寸 　　GB/T 16456.4-2008 硬质合金螺旋齿立铣刀第4部分：技术条件 　　GB/T 16456.3-2008 硬质合金螺旋齿立铣刀第3部分：莫氏锥柄立铣刀型式和尺寸 　　GB/T 16456.1-2008 硬质合金螺旋齿立铣刀第1部分：直柄立铣刀型式和尺寸 　　GB/T 16770.1-2008 整体硬质合金直柄立铣刀第1部分：型式与尺寸 　　GB/T 3612-2008 量规、量具用硬质合金毛坯 　　GB/T 6110-2008 硬质合金拉制模型式和尺寸 　　GB/T 20255.6-2008 硬质合金化学分析方法火焰原子吸收光谱法一般要求 　　GB/T 11102-2008 地质勘探工具用硬质合金制品 　　GB/T 18376.1-2008 硬质合金牌号第1部分：切削工具用硬质合金牌号 　　GB/T 3879-2008 钢结硬质合金材料毛坯 　　GB/T 10417-2008 碳化钨钢结硬质合金技术条件及其力学性能的测试方法 　　GB/T 14330-2008 硬质合金机夹三面刃铣刀 　　GB/T 14301-2008 整体硬质合金锯片铣刀 　　GB/T 4251-2008 硬质合金机用铰刀 　　GB/T 6883-1995 线、棒和管拉模用硬质合金模坯 　　GB/T 6885-1986 硬质合金混合粉取样和试验方法 　　GB/T 11101-2009 硬质合金圆棒毛坯 　　GB/T 23369-2009 硬质合金磁饱和（MS）测定的标准试验方法 　　GB/T 23370-2009 硬质合金压缩试验方法 　　GB/T 14388-2010 木工硬质合金圆锯片 　　GB/T 6335.1-2010 旋转和旋转冲击式硬质合金建工钻第1部分：尺寸 　　GB/T 25667.1-2010 整体硬质合金直柄麻花钻第1部分：直柄麻花钻型式与尺寸 　　GB/T 25667.2-2010 整体硬质合金直柄麻花钻第2部分：2°斜削平直柄麻花钻型式与尺寸 　　GB/T 25667.3-2010 整体硬质合金直柄麻花钻第3部分：技术条件 　　GB/T 6335.2-2010 旋转和旋转冲击式硬质合金建工钻第2部分：技术条件 　　GB/T 25670-2010 硬质合金斜齿立铣刀 　　GB/T 25666-2010 硬质合金直柄麻花钻 　　GB/T 7963-1987 烧结金属材料(不包括硬质合金) 拉伸试样 　　GB/T 7964-1987 烧结金属材料(不包括硬质合金) 室温拉伸试验 　　GB/T 7997-1987 硬质合金维氏硬度试验方法 　　GB/T 26052-2010 硬质合金管状焊条 　　GB/T 26053-2010 硬质合金喷焊粉 　　GB/T 26054-2010 硬质合金再生混合料 　　GB/T 25992-2010 整体硬质合金和陶瓷直柄球头立铣刀尺寸 　　GB/T 26050-2010 硬质合金X射线荧光测定金属元素含量熔融法 　　GB/T 26051-2010 硬质合金钴粉中硫和碳量的测定红外检测法 　　GB/T 26280-2010 凿岩用硬质合金整体钎 　　GB/T 3849.2-2010 硬质合金洛氏硬度试验（A标尺）第2部分：标准试块的制备和校准 　　GB/T 28248-2012 印制板用硬质合金钻头 　　GB/T 11108-1989 硬质合金热扩散率的测定方法 　　GB/T 1817-1995 硬质合金常温冲击韧性试验方法

主要用途

　　1923年，德国的施勒特尔往碳化钨粉末中加进10%～20%的钴做粘结剂，发明了碳化钨和钴的新合金，硬度仅次于金刚石，这是世界上人工制成的种硬质合金。用这种合金制成的刀具切削钢材时，刀刃会很快磨损，甚至刃口崩裂。1929年美国的施瓦茨科夫在原有成分中加进了一定量的碳化钨和碳化钛的复式碳化物，改善了刀具切削钢材的性能。这是硬质合金发展史上的又一成就。 　　硬质合金具有硬度高、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。硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。 　　硬质合金还可用来制作凿岩工具、采掘工具、钻探工具、测量量具、耐磨零件、金属磨具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴、五金模具（如拉丝模具、螺栓模具、螺母模具、以及各种紧固件模具，硬质合金的优良性能逐步替代了以前的钢铁模具）。 　　近二十年来，涂层硬质合金也问世了。1969年瑞典研制成功了碳化钛涂层刀具，刀具的基体是钨钛钴硬质合金或钨钴硬质合金，表面碳化钛涂层的厚度不过几微米，但是与同牌号的合金刀具相比，使用寿命延长了3倍，切削速度提高25%～50%。20世纪70年代已出现第四代涂层工具，可用来切削很难加工的材料。 　　硬质合金是怎样烧结而成的？ 　　硬质合金是将这种或多种难熔金属的碳化物和粘接剂金属，用粉末冶金方法制成的金属材料。

合金分类及硬质合金成分

　　①钨钴类硬质合金 　　主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。 　　其牌号是由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。 　　例如，YG8，表示平均WCo=8%，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。 　　②钨钛钴类硬质合金 　　主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）及钴。 　　其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成。 　　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。 　　 ③钨钛钽（铌）类硬质合金 　　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。  　　其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺序号组成，如 YW1。

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