第25卷第1期2010年2月 Vol．25，No．1 Feb ．2010 China Tungsten Industry 收稿日期：2009－12－24基金项目：科技部支持项目（2009ZX04012-023）：高效可转位刀具系列及超硬工具的研究及产业化作者简介：李力（1984-） ，男，河南洛南人，硕士研究生，从事粉末冶金制备硬质合金刀具方面的研究。文章编号：1009－0622(2010)01－0045-05 硬质合金刀具新技术研究进展 李 力，栾道成，胡 涛，张崇才 （西华大学，四川成都610039） 摘要：随着硬质合金研究的进展，硬质合金刀具已在越来越多的领域代替常规刀具材料。笔者从硬质合金刀具的 性能和应用、 烧结技术、及表面加工等方面，综合评述了近年来国内外硬质合金刀具新技术的研究成果。关键词：硬质合金刀具；烧结技术；表面加工 中图分类号：TG135+.5 文献标识码：A 0引言 随着加工工业的发展，现代刀具材料向着高精度、高速切削、干式切削和降低成本等方向发展[1]。硬质合金以其优良的性能正在更多的场合替代其他的刀具材料。它是由难熔金属化合物和金属黏结剂经粉末冶金方法制成的工具材料。其硬度为HRA 89~94， 远高于高速钢，且具有化学稳定性好、耐热性高等优点。据文献[2]报道，发达国家90%以上的 车刀和55%以上的铣刀都采用硬质合金材料，而且比重仍在增加。另外， 硬质合金也用来制造钻头、端铣刀。作为加工硬齿面的中、大模数齿轮刀具和铰刀、立铣刀、拉刀等复杂刀具也日益增多。 1新型硬质合金刀具 现阶段国内外比较常用的硬质合金刀具采用的 是WC 基硬质合金， 近年来又出现了TiC （N ）基硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层硬质合金等刀具新品种[3]。 1.1 碳（氮）化钛基硬质合金刀具 这类硬质合金是以TiC （N ）为主要成分的TiC （N ）-Ni-Mo 合金（金属陶瓷）。它的硬度高（HRC 可达到94~95）、耐磨性好且高速切削钢料时磨损率低。此外，它的抗氧化性好、耐热性好（1000℃以上也可以加工）、化学性能稳定。可以用来制造高速精加工用的刀具材料，填补了WC 基硬质合金和陶瓷刀具材料的空白。钨资源在世界多数国家比较匮乏， 随着钨资源的短缺，研发少含或不含钨的刀具材料有重要的战略意义[4]。TiC （N ）基硬质合金已经有接近陶瓷材料的硬度和耐热性，而韧性又远远超过陶瓷材料。这种硬质合金用Ni 作为粘结剂，并加入Mo 或MoC 2。人们把TiC 基和TiCN 基硬质合金称为金属陶瓷[5]。 金属陶瓷刀具的不足之处主要是韧性不够高和切削刃抗塑性变形的能力不够强，因此不适用于粗加工，也不适于淬硬钢和冷硬铸铁等硬脆材料的加工。近年来， 为了增加金属陶瓷材料的韧性，很多学者进行了相关研究，并取得了一定的成效。以日本京瓷（Kyocera ）公司的产品为例，说明金属陶瓷刀具材料的新发展：发展和使用了TiCN-NbC 和TiC-TiN 基金属陶瓷，其性能进一步提高；发展了超细晶粒金属陶瓷，其平均晶粒为0.6μm ，抗弯强度达到2.5Gpa ； 发展了涂层金属陶瓷，采用PVD 涂层技术， 涂层用TiAlN 材料，性能高于无涂层者。1.2 超细晶粒硬质合金刀具 文献[6-7]的研究表明：当WC 晶粒度足够小 （≤0.5μm ），及达到超细晶粒尺度时，硬质合金的硬度和强度都可以得到较大的提升，达到高硬度和高强度的统一。超细晶粒硬质合金是一种高硬度、高强度和高耐磨性兼备的硬质合金，它的WC 粒度一般为0.1~0.2μm 以下，大部分在0.5μm 以下，是普通硬质合金WC 粒度的几分之一到几十分之一。具有
第八章有色金属及其合金 (Non-ferrous metal and alloy) 教学目的：掌握铝合金、铜合金的强化机理及组织、性能特点；熟悉铝合金、铜合金的表示方法；了解滑动轴承合金的组织性能特点。 本章重点：1、铝合金的强化机理及组织、性能特点 2、铜合金的强化机理及组织、性能特点 本章难点：铝合金、铜合金的强化机理 参考文献：1、戴起勋，金属材料学，化学工业出版社，2005 2、史美堂，金属材料及热处理，上海科学技术出版社，2001 3、史美堂，金属材料及热处理习题集与实验指导书，上海科学技术 出版社，1997 专业词汇：non-ferrous metal; non-ferrous alloy; aluminum alloy; copper alloy; deformation aluminum alloy; wrought copper alloy; wrought magnesium alloy; cast aluminum alloy; cast copper alloy; cast magnesium alloy; aging; 有色金属：除钢铁以外的所有金属统称为有色金属。 有色金属：a、轻金属：密度<3.5, Al 2.72, Mg 1.74, Be, Li。 b、重金属：Pb，Cu，Ni，Hg。 c、贵金属：Au，Ag，Pt，Pd。 e、稀有金属：W，Mo，V，Ti，Nb，Zr，Ta。 f、放射性金属：Ra，U。
有色金属及其合金与钢铁相比，具有许多特性： Al，Mg，Ti及其合金密度小。 Au，Cu，Ag及其合金导电性好。 Ni，Mo，Nb，Co及其合金耐高温。 Cr，Ni，Ti及合金具有优良的耐蚀性。 故有色金属及其合金的应用越来越多，在国民经济中占重要地位。如飞机制造业中，轻金属占总重量的95%，钢铁及其它材料占5%。近年来，汽车制造业中铝合金、镁合金的使用量越来越多，而镁合金在家电、信息产业的应用近年来急剧增长（年递增20%）。镁合金是最轻的工程金属材料，具有高强度、导热性好、减震性好、电磁屏蔽能力强、加工性好（压铸表面质量高），易回收利用，属绿色环保材料。我国是镁资源大国，储量和原镁产量居首位，约占世界总量的三分之一以上，主要分布在西部地区，但长期以来，由于技术水平落后，镁只能作为初级产品低价出口，精加工产品却大量进口（以吨为单位出口，以克为单位进口）。钛及其合金不论在化学介质中，还是在海水或淡水中都有良好的抗腐蚀性。 第一节铝及其合金 一、工业纯铝 1、铝的性质 ①具有面心立方晶格，无同素异构转变。 ②密度2.72，约为铁的三分之一，铝合金密度一般为2.5~2.88之间。 ③具有良好的导电、导热性，仅次于银、铜、金。
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由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，它相比传统的金属材料具有很多优势。 9.3.1 硬质合金的特点 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。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）。 9.3.2 硬质合金的分类 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。 一般钨钴类硬质合金刀具用于切削铸铁、有色金属等脆性材料。 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TiC=15%，其余为碳化钨 和钴含量的钨钛钴类硬质合金。此类刀具用于切削碳钢等
塑性材料。 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。此类刀具用于切削不锈钢等难加工材料。 9.3.3 硬质合金的性能 硬度高（86～93HRA，相当于69～81HRC）；热硬性好（可达900～1000℃，保持60HRC）；耐磨性好。硬质合金刀具比高速钢切削速度高4～7倍，刀具寿命高5～80倍。制造模具、量具，寿命比合金工具钢高 20～150倍。可切削50HRC 左右的硬质材料。但硬质合金脆性大，不能进行切削加工，难以制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接、粘接、机械夹持等方法安装在刀体或模具体上使用。 9.3.4 硬质合金的热处理工艺 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，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： 1．脱除成形剂及预烧阶段 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，成型剂或多或少给烧结体增碳，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，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结晶，表面扩散开始发生，压块强度有所提高。 2．固相烧结阶段（800℃--共晶温度） 在出现液相以前的温度下，除了继续进行上一阶段所发生的过程外，固相反应和扩散加剧，塑性流动增强，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） 当烧结体出现液相以后，收缩很快完成，接着产生结晶转变，形成合金的基本组织和结构。
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】
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入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40——60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10——20倍，其红硬性比硬质合金高2——6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93——95HRC，
浅析WC-Co硬质合金研究现状 字数：2834 来源：中国科技博览2013年31期字体：大中小打印当页正文[摘要]我国一直以来是硬质合金的生产和消费的大国；硬质合金的产量从2003年开始一直稳居世界第一位，我国硬质合金产量达到了整个硬质合金市场产量的20%-30%。但是现阶段我国并不是硬质合金的生产强国，这主要是由于我国硬质合金产品方面的结构和技术含量以及一些附加值都落后于国外将近10年以上。这使得我国硬质合金生产主要集中在低档合金产品的生产，而高性能合金的技术和产品很少。这种情况也为我国发展超细晶硬质合金技术提出了严峻的挑战。 [关键词] WC-Co硬质合金烧结 中图分类号：TQ172.6+21.9 文献标识码：TQ 文章编号：1009―914X （2013）31―0607―01 1 WC-Co硬质合金概述 WC-Co硬质合金有着“工业的牙齿”之称，其具有很好的高硬度和抗压强度以及耐磨蚀性和高硬度，在工业上面经常用于高压容器的柱塞和合成金刚石的顶锤和裁纸刀等，在军工、精密仪器和矿山工具、冶金等领域有着非常重要的地位。航天、军工、精密仪器等行业技术上的迅猛突破，造成WC-Co硬质合金难以跟上这些行业的发展。因此，能够生产出同时具有高强度和高硬度的纳米复合硬质合金材料的发展变得尤为重要，这样高性能的硬质合金在点阵打印机枕头和
微型钻头和难加工材料道具上面有这广发的应用，有着很大的商业利益。 WC晶粒长大直接决定着硬质合金的性能，要想有效的在纳米硬质合金中控制WC晶粒长大，主要关键是对粉末制备额和烧结过程的控制，以及其原始粉末的尺寸。通常，纳米硬质合金需要的WC粉末明显的要细于常规的WC粉末。这样，粉末在烧结过程中才能把其能力释放出来，才能使得其快速致密化以及晶粒能够在很短时间内长大。如何使得晶粒致密化同时防止晶粒过度长大，这需要在烧结过程中增加相应的抑制剂，或者用的烧结方法，比如压力和电磁等方法来控制晶粒长大。因此，现在关于硬质合金的研究主要在纳米粉末的制备和烧结中如何抑制晶粒长大以及烧结工艺等方面。 2 WC-Co硬质合金烧结技术的研究现状 烧结主要是通过加热让微细粉体结成颗粒，然后通过物质不断把粉状体变成高密度的物体的过程。烧结是直接关系到硬质合金产品的性能和品质，并且是硬质合金生产当中最后一道工序。烧结工序和装备的选择会直接关系到烧结产品的品质。通常对于硬质合金有以下几种烧结方法： 2.1 真空烧结 真空烧结用于硬质合金生产开始于上个世界的30年代，到了60年代才取得较大的进展。真空烧结主要是通过负压的气体介质来烧结压制。 真空烧结有着下面的优点：第一，在真空状态下可以有效的改烧一些硬质合金的润湿性，特别是对一些含有Tic的P类和M类合金最显著。第二，硬质合金在真空情况下烧结可以有效的排除合金中的气体杂质。第三，炉内氢气稳定，产品不易渗透和脱碳，同时真空烧结的产品不用调料隔开和保护，产品表面没有沉积物。
硬质合金 由于切削速度不断提高，不少刀具的刃部工作温度已超过700℃，这时一般高速钢已不再适应，就要采用硬质合金了。 硬质合金是将一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。即将难熔的高硬度的WC，TiC，TaC（碳化钽）和钴、镍等金属（粘接剂）粉末经混合、压制成形，再在高温下烧结制成。 一、硬质合金的性能特点 1.硬度高、热硬性高、耐磨性好。硬质合金在室温下的硬度可达86HRA～ 93HRA，在900～1000℃温度下仍然有较高的硬度，故硬质合金刀具在 使用时，其切削速度、耐磨性及寿命均比高速钢显著提高。 2.抗压强度比高速钢高，但抗弯强度只有高速钢的1/3～1/2左右，韧性差 （约为淬火钢的30%～50%） 二、常用的硬质合金 按成分与性能特点不同，常用的硬质合金有三类： 1.钨钴类硬质合金 它的主要成分为碳化钨及钴。其代号用“硬”“钴”两字的汉语拼音字母字头“YG”加数字表示，数字表示钴的百分数。例如YG8，表示钨钴类硬质合金，含钴量为8%。 2.钨钴钛类硬质合金 它的主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。其代号用“硬”“钛”两字的汉语拼音字母字头“YT”加数字表示，数字表示碳化钛的百分数。例如YT5，表示钨钴钛类硬质合金，含碳化钛5%。 硬质合金中，碳化物含量越多，钴含量越少，则合金的硬度、热硬性及耐磨性越高，合金的强度和韧性越低。含钴量相同时，YT类硬质合金由于碳化钛的加入，合金具有较高的硬度及耐磨性，同时，合金的表面会形成一层氧化薄膜，切削不易粘刀，具有较高的热硬性；但其强度和韧性比YG类硬质合金低。因此YG类硬质合金刀具挞合加工脆性材料（如铸铁），而YT类硬质合金刀具适合加工塑性材料（如钢等）。 3.通用硬质合金 它是以碳化钽或碳化铌取代YT类硬质合金中的一部分碳化钛钛制成的。由于加入碳化钽（碳化铌），显著提高了合金的热硬性，常用来加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。所以也称其为“万能硬质合金”。 万能硬质合金代号用“硬”“万”两字汉语拼音字母字头“YW”加顺序号表示。如YW1，YW2等。 上述硬质合金，硬度高，脆性大，除除磨削外，不能进行切削加工，一般不能制成形状复杂的整体刀具，故一般将硬质合金制成一定规格的刀片，使用前将其紧固（用焊接、粘接或机械紧固）在刀体或模具上。 近年来，又开发了一种钢结硬质合金，它与上述硬质合金的不同点在于其粘接剂为合金粉末（不锈钢或高速钢），从而使其与钢一样可以进行锻造、切削、热处理及焊接，可以制成各种形状复杂的刀具、模具及耐磨零件等。例如高速钢结硬质合金可以制成滚刀、圆锯片等刀具。
有色金属冶金学 Nonferrous Metals Metallurgy 课程编号：07310710 学分：3 学时：45 （其中：讲课学时：45 实验学时：0 上机学时：0）先修课程：无机化学、物理化学、冶金物理化学、传输原理、湿法冶金原理 适用专业：冶金工程材料成型及控制工程 教材：《有色金属冶金学》；邱竹贤主编；冶金工业出版社，2006 开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务 课程性质：必修课。 有色金属冶金是GB/T 13745-2009《学科分类与代码》中与冶金物理化学、钢铁冶金等并列的二级学科之一，学科代码45040。 本课程是冶金工程专业学生有色冶金方向的重要专业课。 通过本课程的教学，要求本科生掌握常用有色金属的冶炼工艺、原理、主体设备的构造和技术经济指标控制，使学生了解常用有色金属产品及其原料的性质、用途以及有色金属冶炼工艺的发展动态； 拓宽并提升学生在提取冶金及无机盐化工等领域的知识面和业务能力，为其今后从事或涉及有色金属生产技术或相关新产品开发，以及开展环境保护和资源综合利用工作奠定基础。 课程基本任务是： 1.掌握典型有色金属冶炼主要工艺及设备的原理与特点、冶炼方法与目的； 2.针对具体适用有色金属的冶炼要求，学习选择最优化的有色金属冶金工艺； 3.促进有色金属产品之高效、优质、低耗、环保的绿色制造理念的树立和新工艺新产品的开发。 二、课程的内容及要求 前言有色冶金基础知识 1.教学内容 （1）本课程的性质、研究对象与方法、目的、任务； （2）本课程的学习方法、授课计划、参考资料、考核要求； （3）本课程的发展及在冶金学科的地位，GB/T 13745-2009《学科分类与代码》； （4）有色冶金基础知识，金属分类及有色冶金单元过程。 2.基本要求
WC硬质合金的属性 常用的硬质合金以WC为主要成分，根据是否加入其它碳化物而分为以下几类： 1、钨钴类（WC+Co）硬质合金（YG） 它由WC和Co组成，具有较高的抗弯强度的韧性，导热性好，但耐热性和耐磨性较差，主要用于加工铸铁和有色金属。细晶粒的YG类硬质合金（如YG3X、YG6X），在含钴量相同时，其硬度耐磨性比YG3、YG6高，强度和韧性稍差，适用于加工硬铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、硬青铜等。 2、钨钛钴类（WC+TiC+Co）硬质合金（YT） 由于TiC的硬度和熔点均比WC高，所以和YG相比，其硬度、耐磨性、红硬性增大，粘结温度高，抗氧化能力强，而且在高温下会生成TiO 2,可减少粘结。但导热性能较差，抗弯强度低，所以它适用于加工钢材等韧性材料。 3、钨钽钴类（WC+TaC+Co）硬质合金（YA） 在YG类硬质合金的基础上添加TaC(NbC),提高了常温、高温硬度与强度、抗热冲击性和耐磨性，可用于加工铸铁和不锈钢。 4、钨钛钽钴类（WC+TiC+TaC+Co）)硬质合金(YW) 在YT类硬质合金的基础上添加TaC(NbC),提高了抗弯强度、冲击韧性、高温硬度、抗氧能力和耐磨性。既可以加工钢，又可加工铸铁及有色金属。因此常称为通用硬质合金（又称为万能硬质合金）。目前主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。 5、WC: 分子量195.86; Tungsten carbide 性质：化学式WC。黑色六方结晶。密度15.63g/cm3(18℃)。熔点(2870±50)℃。沸点6000℃。莫氏硬度约9。不溶于水，溶于硝酸和氢氟酸的混合液和王水。耐酸性强。硬度高。弹性模量大。导电度为金属的40％。化学性质稳定。低于400℃时不与氯气作用。用炭黑与钨粉加热至1400～1500℃制得。大量用作高速切削车刀、窑炉结构材料、喷气发动机部件、金属陶瓷材料、电阻发热元件等制得。 6、TiC: 分子式：TiC 沸点：4820℃ 中文名称：碳化钛 英文名称：Titanium carbide；titanium carbide 性质：灰黑色结晶。熔点约3200℃。不与盐酸作用。可由骨炭与二氧化钛在电炉中加热制得。TiC的热膨胀系数(7.4×10-6℃-1), TiC晶粒有五个滑移系，且在800℃以上呈延性; 是硬质合金的重要成分。用作金属陶瓷，具有高硬度、耐腐蚀、热稳定性好的特点。还可用来制造切削工具。在炼钢工业中用作脱氧剂。
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路 作者：佚名来源：不详发布时间：2008-11-21 23:35:38 发布人：admin 减小字体增大字体 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500～600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢 至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%～1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40～60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRC，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷，其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3，硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温合金和铸铁。 3) 金属陶瓷 金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材料；其横向断裂强度大于
第一章中国工具钢和硬质合金牌号及化学成分 第一节碳素工具钢（1）中国GB标准碳素工具钢的钢号与化学成分[GB/T1298-1986]（表6-1-1） 表6-1-1碳素工具钢的钢号与化学成分（质量分数）（%） 钢号C Si Mn P≤S≤ T7 T8 T8Mn T9 T10 T11 T12 T13 0.65-0.74 0.75-0.84 0.80-0.90 0.85-0.94 0.95-1.04 1.05-1.14 1.15-1.24 1.25-1.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.35 ≤0.40 ≤0.40 0.40-0.60 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 注：1.高级优质钢（带“A”的钢号）磷、硫含量（质量分数）：P≤0.030%；S≤0.030%。 2.钢中残余元素含量（质量分数）：Cr≤0.25%，Ni≤0.20%，Cu≤0.30%。 3.用作铅浴钢丝的残余元素含量（质量分数）：Cr≤0.10%，Ni≤0.12%，Cu≤0.20%，Cr+Ni+Cu≤0.40%。 4.要求检验钢的淬透性时，允许添加少量合金元素。 （2）中国GB标准碳素工具钢的交货硬度与淬火硬度（表6-1-2和表6-1-3） 表6-1-2碳素工具钢的交货硬度与淬火硬度钢号 交货状态试样淬火 硬度HBS压痕直径/mm淬火温度/℃冷却介质硬度＞HRC T7≤187≥4.4800-820水62 T8≤187≥4.4780-800水62 T8Mn≤187≥4.4780-800水62 T9≤192≥4.35760-780水62
硬质合金牌号、性能及用途【完整版】 硬质合金是以一种或几种难熔碳化物（碳化钨、碳化钛等）的粉末为主要成分，加入作为粘接剂的金属粉末（钴、镍等），经粉末冶金法而制得的合金。它主要用于制造高速切削刃具和硬、韧材料切削刃具，以及制作冷作模具、量具和不受冲击、振动的高耐磨零件。 硬质合金的特点 （1）硬度、耐磨性和红硬性高 硬质合金常温下硬度可达86~93HRA，相当于69~81HRC。在900~1000℃能保持高硬度，并有优良的耐磨性。与高速工具钢相比，切削速度可高4~7倍，寿命长5~80倍，可切削硬度高达50HRC的硬质材料。 （2）强度、弹性模量高 硬质合金的抗压强度高达6000MPa，弹性模量为（4~7）×105MPa，都高于高速钢。但其抗弯强度较低，一般为1000~3000MPa。 （3）耐蚀性、抗氧化性好 一般能很好地抗大气、酸、碱等腐蚀，不易氧化。 （4）线膨胀系数小 工作时，形状尺寸稳定。 （5）成形制品不再加工、重磨 由于硬质合金硬度高并有脆性，所以粉末冶金成形烧结后不再进行切削加工或重磨，特需再加工时，只能采用电火花、线切割、电解磨削等电加工或专门的砂轮磨削。通常由硬质合金制成的一定规格的制品，采用钎焊、粘接或机械装夹在刀体或模具体上使用。 常用硬质合金 常用硬质合金按成分和性能特点分为三类：钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽（铌）类。生产中应用最广泛的是钨钴类和钨钛钴类硬质合金。 （1）钨钴类硬质合金 主要成分是碳化钨（WC）和钴，牌号用代号YG（“硬”、“钴”两字汉语拼音字首），后加钴含量的百分数值表示。如YG6表示钴含量为6%的钨钴类硬质合金，碳化钨含量为94%。 （2）钨钛钴类硬质合金 主要成分是碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）及钴，牌号用代号YT（“硬”、“钛”两字汉语拼音字首），后加碳化钛含量的百分数值表示。如YT15表示碳化钛含量15%的钨钛钴类硬质合金。 （3）钨钛钽（铌）类硬质合金 这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金，主要成分是碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）和钴组成。牌号用代号YW（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）后加序数表示。 表①常用硬质合金的牌号及化学成分
硬质合金的质量影响因素研究与对策 摘要：通过对硬质合全的发展历程的简要介绍，分析了我囯硬质合全产业发展 现状，探讨了发展过程中存在的问题与不足，同时展望了我囯硬质合全今后的发 展方向。 关键词：硬质合金；问题；发展现状；对策 引言： 硬质合金是一种以微米级难熔金属化合物（WC、TaC、TiC、NbC等）粉末为 基体，并引入过渡金属（Co,Fe，Ni）为烧结粘结相，通过调整材料体系配方、压 制成型，并在一定保护气氛下经高温烧结等粉末冶金方法制备的一种金属陶瓷材料。日常生活中，我们通常所指的硬质合金是WC基金属陶瓷，该材料具有较高 速钢更高的耐磨性与红硬性，以及较超硬材料更佳的韧性，被广泛应用于切削工具、工程机械、耐磨耐腐零件、石油矿山钻具等国民经济的各大领域，被誉为“工业的牙齿”。 硬质合金作为20世纪初的一种新兴材料，是由德国人Schroter于1923年用 传统粉末冶金方法发明制造的，并申请发明专利[1]。到1926年，德国Kmpp公 司开始规模化生产一种WC-Co的硬质合金，该材料具有高强度、高硬度、高弹性 模量、耐磨损、耐腐蚀、具有低热膨胀系数以及高化学稳定性，后来将其命名为“WIDIA”。“WISIA”因其优异的材料特性，逐步发展并应用于生产生活中的多个领域，随后不久在美国、奥地利、瑞典、苏联及日本等国也得到快速发展[2]。经过 几十年的不断发展，硬质合金的材料体系越来越丰富，产品制备的技术含量越来 越高，生产规模也越来越大，出现了一系列世界级的跨国公司，以及国内以株硬 集团、自硬公司和厦门钨业等为代表的一大批优秀民族企业。 1我国硬质合金产业发展现状 1.1产业化趋势渐强，市场规模拓展 在国家以及市政府政策的大力支持下，我国硬质合金产业蓬勃发展。调查显示，2012年，中囯硬质合金产量为2.35万吨，出口近5000吨，销售收人209 亿元，到2015年，整体行业销售收人总额突破人民币1400亿元。 1.2产业政策倾斜，硬质合金产业受重视 政府部门在规划硬质合金产业结构时，将硬质合金引入到了新时期的发展战 略之内，并相继推出了多种产业扶持政策，提高了资金的整体投入力度。如在“十三五”规划中，便着重聚焦硬质合金产品的精深加工等新材料行业，目前对行业产品开发、生产与营销颁布了多项政策，如税收优惠政策、研发政策等[3]。为进一 步提高硬质合金行业的管理力度，政府限制低水平项目重复建设，鼓励企业走高 附加值、高利润率之路，以持续的创新提高生产效率，把企业做大做强。 1.3初步形成以株洲硬质合金集团为代表的产业集群 硬质合金产业的蓬勃发展，市场角逐的促动，以及政府部门恰如其分的引导，使我国逐步建立起了以株洲硬质合金集团为代表的产业聚集区（一下简称株硬）。这些产业集群聚集了包括原料生产、刀具开发、产品销售等方面的多家机构，初 步形成了产业群体和积极创新创业氛围，有力地助推了我国硬质合金产业的发展，拓展了产业的整体规模，强化了产业本身的综合竞争力。 2我国硬质合金产业质量影响因素 2.1企业技术水平较低，无序竞争严重 硬质合金企业盲目发展、低水平重复建设问题严重。据调研结果所示，除株
江苏省技工学校教案首页 课题：第八章有色金属及硬质合金 教学目的、要求：了解铜铝及其合金的编号、性能及用途。了解轴承合金的编号、性能及主要用途。 掌握常用硬质合金的编号、性能及主要用途。 教学重点、难点：常用硬质合金的编号、性能及主要用途 授课方法：讲授法 教学参考及教具（含电教设备）：教参、教具 授课执行情况及分析：2课时 结合实际生产应用来讲解，效果较好 板书设计或授课提纲 第八章有色金属及硬质合金 §8一l铜及其合金 §8—2铝及铝合金 §8—3轴承合金 §8—4硬质合金
【导入】 复习1．铸铁的分类。 2．铸铁的石墨化。 【新授】 第八章有色金属及硬质合金 常用的有色金属有铜及其合金、铝及其合金、钛及其合金和轴承合金等。 §8一l铜及其合金 一、铜 纯铜呈紫红色，故又称为紫铜。 铜加工产品按化学成分不同可分为纯铜材和无氧铜两类，表9-1为铜加工产品的牌号、化学成分和用途。 二、铜合金 工业上广泛采用的是铜合金。常用的铜合金可分为黄铜、青铜和白铜三类。 1．黄铜 黄铜是以锌为主加元素的铜合金。按照化学成分的不同黄铜可分为普通黄铜和 特殊黄铜。 (1)普通黄铜普通黄铜又分为单相黄铜和双相黄铜两类： (2)单相黄铜塑性很好，适于冷、热变形加工。双相黄铜强度高，热状态下塑性良好， 故适 于热变形加工。 普通黄铜的牌号用“H”+数字表示。其中“H”表示普通黄铜的“黄”字汉语拼音字母的字头。数字表示平均含铜量的百分数。表9-2给出了常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能和用途。 铸造黄铜的代号表示方法由“ZCu+主加元素的元素符号＋主加元素的含量＋其他加人元素的元素符号及含量组成。例如ZCuZn38，ZCuZn40Mn2等。 (2)特殊黄铜在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的合金，称为特殊黄铜。 2．青铜 除了黄铜和白铜(铜和镍的合金)外，所有的铜基合金都称为青铜。按主加元素种类的不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。 青铜的代号由“Q”+主加元素的元素符号及含量+其他加入元素的含量组成，其中“Q”表示青铜的“青”字汉语拼音字母的字头。例如QSn4—3表示含锡4％，含锌3％，其余为铜的锡青铜。QAl7表示含铝7％，其余为铜的铝青铜。铸造青铜的牌号表示方法和铸造黄铜的牌号表示方法相同。 (1)锡青铜锡能溶于铜形成口固溶体，但比锌在铜中的溶解度小得多(小于14％)。由于锡青铜在生产条件下不易得到平衡状态。 (2)铝青铜通常铝青铜的含铝量为5％～12％。铝青铜比黄铜和锡青铜具有更好的耐蚀性、耐磨性和耐热性，并具有更好的力学性能，还可以进行淬火和回火以进一步强化其性能．常用来铸造承受萤载、耐蚀和耐磨的零件。 (3)镀青铜常用铍青铜的含铍量为1．7％～2．5％。铍在铜中的溶解度随温度的增加而
硬质合金的研究和应用 The studies and applications of cemented carbide 作者：何梓秋机械类创新实验班 3112010441 内容摘要：硬质合金由于具有高硬度，高抗压强度，高热硬性以及高耐磨性，高耐腐蚀性，常用于制造切削工具和耐磨零部件。广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金等领域。本文将通过新型硬质合金的研发和硬质合金制造工艺的进步两条路径对硬质合金的研究进行介绍。再结合各种硬质合金的特性，介绍其具体的应用。 Abstract：Because cemented carbide has high hardness，high compressive strength，high abrasive resistance and high corrosion resistance，it is always used for manufacture cutting tools and wear-resistant parts.It provides widely applications in war industry,aerospace,machine work，metallurgy and so on.This thesis will describe the studies of cemented carbide on two ways,the inventions of new-type cemented carbide and the progress of manufacturing process for cemented carbide.And then this thesis will introduce the specific applications combining the characteristics of every type of cemented carbide. 关键词：硬质合金，研究，应用，金属碳化物，粉末冶金 Keywords:cemented carbide，studies，applications，metal carbide，powder metallurgy 关于硬质合金的基础知识 一．硬质合金的起源 早在1923年，德国科学家施勒特尔为了提高拉丝模质量，往碳化钨粉末中加进10%～20%的钴做粘结剂，发明了世界上人工制成的第一种硬质合金。 虽然用这种硬质合金制造成的刀具进行切割钢材很容易产生刀刃磨损甚至断裂，但是硬质合金因此得以面世，为至今几乎长达一个世纪的硬质合金研究、发展及应用开辟了起点。 二．硬质合金的成分、分类和牌号 硬质合金是一种金属陶瓷，它的组成是：基体为金属碳化物（如WC、TiC、TaC等），Co、Ni、Mo等金属粉末则充当粘结剂。于是硬质合金具是有金属性质的粉末冶金材料，它具有高硬度，高抗压强度，高热硬性以及高耐磨性，高耐腐蚀性，常用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件。它的分类及牌号如下： 1．钨钴类硬质合金 主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。牌号由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量（质量分数X 100）组成。例如YG6，表示平均ωCo=6%，余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。
三、有色金属行业在国民经济中的地位与作用 （一）有色金属工业是国民经济发展的基础原材料工业 有色金属是发展国民经济、提高人民生活、维护国家安全以及加速科学技术发展必不可少的基础材料和重要战略物资。农业现代化、工业现代化、国防与科学技术现代化均依赖于有色金属材料的发展和支撑。 有色金属材料在国防现代化建设中起着关键作用。从近代发展历史看，原子能技术、航天航空技术等许多高新技术往往都是从军事工业开始发展起来的，这些军事技术的发展都要求在较短时间内能提供大量性能优异、特殊、高质量、高可靠性、品种规格多样的新型材料。这些新型材料中有色金属材料占有很大比重，大到运载火箭、战略导弹、飞机、舰艇的大型结构部件，小到电子元器件上的微小焊点和引线，有色金属材料都起着不可替代的作用。 有色金属材料与高新技术的发展息息相关。在以信息技术为核心，包括新能源、生物工程、激光技术、海洋开发、空间技术和新材料等为标志的新兴技术群中，新材料既是其中的一部分，又是其他高新技术发展的前提和基础。在新材料技术中，有色金属材料占有非常重要的地位。 有色金属材料作为国民经济发展的基础材料，在国民经济各部门的应用也十分广泛。其中，铝是产量仅次于钢铁的第二大金属，除了国防工业中铝合金是关键材料外，在能源、交通、电子、建筑、轻工等产业中都占有十分重要的地位，与人们的日常生活也息息相关。镁合金除了在航空航天工业中有重要的用途外，自20 世纪70 年代能源危机以后，在汽车工业中的应用日益受到重视。目前全球用于汽车零部件的镁合金用量将以年增长15%的速度发展。此外镁合金在电子行业中的应用也发展十分迅速，特别是“3C”产业中便携电脑和移动电话等的镁合金外壳的应用日益扩大。铜及铜合金广泛应用于电气、电子、机械、仪表、造船、建筑和轻工等工业部门。稀有金属钨作为灯丝应用已有近100 年历史，但至今仍然是难以完全替代的材料，钨还用于硬质合金生产。稀有金属钽作为电容器材料，使电容器向轻、薄、小型化、可靠性方向发展成为可能，大大促进了现代通讯工具的小型化。贵金属铂及铂金属是发展玻璃纤维工业的不可代替的基础性关键材料。可以说每一种有色金属材料都在国民经济中起着不可替代的作用。 （二）有色金属是一个产业关联度比较高的行业 目前，我国国民经济各领域对有色金属的应用程度不断提高，据统计，在全国现有的100多个产业中，90%以上的部门需要使用有色金属产品，约95%的物质生产部门需要消耗有色金属冶炼产品或压延产品，约75%的非物质生产部门需要消耗有色金属冶炼或压延产品。我国有色金属工业是一个产业关联度很高的产业，国家发改委的课题研究认为，我国铜、铝、铅、锌等主要有色金属生产量和消费量与GDP 的线性相关系数均超过了0.9。 （三）有色金属行业的社会贡献率高于全国工业平均水平 近年来，有色金属行业主要量效指标基本实现了同步增长，资产贡献率一般在10%以上，高于全国各行业平均水平。中国有色金属工业协会统计，2006 年有色金属行业实现利税1631 亿元，利息支出128 亿元，资产贡献率17.5%。行业从业人员161 万人，人均销售收入84 万元。
第八章有色金属及其合金 习题解答 8-1变形铝合金和铸造铝合金是怎样区分的？热处理能强化铝合金和热处理不能强化铝合金是根据什么确定的? 答：1、两者依相图进行区分，会发生共晶转变的是铸造铝合金，加温后可得到单固溶体的是变形铝合金。 2、铝合金其固溶体的溶解度不随温度而变化，故不能用热处理方法强化，称为不能用热处理强化合金；铝合金其固溶体的溶解度随温度而变化，可用热处理方法强化，称为能用热处理强化合金。 8-2 试述各种变形铝合金的特性和用途。 答：列表进行阐述和比较： 8-3 铸造铝合金中哪种系列应用最广泛? 用变质处理提高铸造铝合金性能的原理是什么? 答：应用最广的是铝硅系铸造铝合金，其代号为ZL101。 变质处理的原理是：是在合金浇注前，向液态合金中加入占合金
的质量分数为2％～3％的变质剂(2／3的氟化钠和1／3的氯化钠的混和物) 以细化共晶组织，从而显著提高合金的强度和塑性(强度提高30％～40％，伸长率提高1％～2％)的一种方法。 8-4 铝合金的强化措施有哪些? 铝合金的淬火与钢的淬火有什么不同? 答：铝合金强化措施有形变强化、固溶-时效、变质处理。 铝合金的淬火是将能热处理强化的变形铝合金加热到某一温度，保温获得均匀一致的α固溶体后，在水中急冷下来，使α固溶体来不及发生脱溶反应。这样的热处理工艺称为铝合金的固溶处理。 经过固溶处理的铝合金，在常温下其α固溶体处于不稳定的过饱和状态，具有析出第二相，过渡到稳定的非过饱和状态的趋向。由于不稳定固溶体在析出第二相过程中会导致晶格畸变，从而使合金的强度和硬度得到显著提高，而塑性则明显下降。这种力学性能在固溶处理后随时间而发生显著变化的现象称为“时效强化”或“时效”。而钢淬火后则需进行回火。 8-5 什么是黄铜? 为什么黄铜中的锌含量不大于45％? 答：黄铜是指铜-锌合金。 黄铜中的锌含量超过45%，将会产生脆性，使合金性能变坏，所以黄铜中的锌含量不大于45%。 8-6 什么是锡青铜？它有何性能特点? 为什么工业用锡青铜的锡含量为3％～14％? 答：以锡为主加元素的铜合金为锡青铜。锡青铜铸造流动性差，