硬质合金的烧结工艺

硬质合金的烧结工艺 Revised by Chen Zhen in 2021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-MoC-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。

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。

硬质合金的烧结一、实验目的了解硬质合金烧结的基本知识及烧结特点二、实验原理烧结是指在高温作用下，坯体发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐致密化，且机械强度大大提高的过程。

在烧结过程中包括有机物的挥发、坯体内应力的消除、气孔率的减少；在烧结气氛作用下，粉末颗粒表面氧化物的还原、原子的扩散、粘性流动和塑性流动；烧结后期还可能出现二次再结晶过程和晶粒长大过程。

三、烧结方式及特点真空烧结与低压烧结真空烧结：在低于大气压力条件下进行的粉末烧结。

主要用于烧结活性金属和难熔金属铍、钍、钛、锆、钽、铌等；烧结硬质合金、磁性合金、工具钢和不锈钢；以及烧结那些易于与氢、氮、一氧化碳等气体发生反应的化合物。

优点是：(1)减少了气氛中有害成分(水、氧、氮)对产品的不良影响。

(2)对于不宜用还原性或惰性气体作保护气氛(如活性金属的烧结)，或容易出现脱碳、渗碳的材料均可用真空烧结。

(3)真空可改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织。

(4)真空烧结有助于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的排除，起到净化材料的作用。

(5)真空有利于排除吸附气体、孔隙中的残留气体以及反应气体产物，对促进烧结后期的收缩有明显作用。

如真空烧结的硬质合金的孔隙度要明显低于在氢气中烧结的硬质合金。

(6)真空烧结温度比气体保护烧结的温度要低一些，如烧结硬质合金时烧结温度可降低100～150℃。

这有利于降低能耗和防止晶粒长大。

不足是：(1)真空烧结时，常发生金属的挥发损失。

如烧结硬质合金时出现钴的挥发损失。

通过严格控制真空度，即使炉内压力不低于烧结金属组分的蒸气压，也可大大减少或避免金属的挥发损失。

(2)真空烧结的另一个问题是含碳材料的脱碳。

这主要发生在升温阶段，炉内残留气体中的氧、水分以及粉末内的氧化物等均可与碳化物中的化合碳或材料中的游离碳发生反应，生成一氧化碳随炉气抽出。

含碳材料的脱碳可用增加粉末料中的含碳量以及控制真空度来解决。

低压烧结：低压烧结的“低压”是相对…热等静压‟的压力来说的，二者都是在等静压力下烧结，前者的压力约为5Mpa 左右，后者的压力高达70～100MPa 。

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。

硬质合金密封环工艺
硬质合金密封环是一种常用于机械密封的零部件，它具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐压等优良性能，适用于各种工业领域。

硬质合金密封环的制造工艺主要包括以下几个步骤：
1. 原料选择：硬质合金密封环的主要原料是钨钴合金粉末和钛碳化物粉末。

这些粉末需要经过筛分、清洗和干燥等处理，以保证其质量和纯度。

2. 混合和压制：将钨钴合金粉末和钛碳化物粉末按照一定比例混合，并加入一定量的粘结剂和润滑剂，然后通过压制机将混合后的粉末压制成密封环的形状。

3. 烧结：将压制好的密封环放入烧结炉中进行烧结处理。

烧结过程中，密封环会经历高温高压的环境，使得钨钴合金和钛碳化物粉末发生化学反应，形成一种坚硬的材料。

4. 精加工：经过烧结处理后的密封环需要进行精加工，包括车削、磨削、抛光等工艺，以保证其精度和表面光洁度。

5. 检测和包装：经过精加工后的密封环需要进行质量检测，包括外观检查、尺寸检测、硬度测试等，以确保其质量符合要求。

最后，将密封环进行包装，以便于运输和使用。

总的来说，硬质合金密封环的制造工艺需要经过多个环节的处理，包括原料选择、混合和压制、烧结、精加工、检测和包装等。

这些步骤需要严格控制，以保证密封环的质量和性能。

硬质合金烧结工艺控制要点嘿，朋友们！今天咱们就像聊美食一样聊聊硬质合金烧结工艺的控制要点。

这硬质合金烧结啊，就像是一场神秘又刺激的魔法烹饪。

首先呢，温度那可是这个魔法烹饪的火候。

这温度控制得不好，就像你烤蛋糕的时候把烤箱温度调得乱七八糟一样。

温度过高，硬质合金可能就像个气球一样鼓起来，然后各种性能就全乱套了，它可不会乖乖听话变成我们想要的坚韧家伙。

而温度过低呢，就好比你想把肉炖烂却用小火慢慢悠悠的，结果硬质合金就达不到应有的硬度和密度，软趴趴的，像个没骨气的小面团。

接着是烧结时间。

这时间啊，就像是给这个“菜”烹饪的时长。

时间太长，硬质合金可能就像在锅里煮过头的面条，变得又干又脆，还容易断裂，完全没有了那种恰到好处的韧性。

要是时间太短，就像你急急忙忙炒个菜，菜还是生的，硬质合金的内部结构还没来得及好好组合，性能就大打折扣，就像一个没经过训练的新兵，毫无战斗力。

再说说气氛控制。

这气氛就像是烹饪时的调味料。

如果气氛不对，比如氧含量没控制好，那硬质合金就像放在空气里太久的苹果，开始氧化生锈。

原本应该光鲜亮丽、坚不可摧的它，可能变得坑坑洼洼，像个长满麻子的脸。

粉末的粒度也是个关键因素。

粉末粒度就像食材的颗粒大小。

要是粉末粒度不均匀，那就好比你做米饭的时候米有大有小，煮出来的饭肯定有的生有的熟。

硬质合金的质量也会参差不齐，有的地方硬得像石头，有的地方又松松垮垮。

烧结过程中的压力也很有趣。

压力就像你在做煎饼的时候用的那把铲子压着的力度。

压力过大，硬质合金可能就被压得扁扁的，像被踩扁的易拉罐。

压力过小呢，它又不能紧密地结合在一起，就像一盘散沙，风一吹就散了。

还有加热速率，这就像是你开着车加速的过程。

加热太快，就像你开车突然猛踩油门，硬质合金可能会因为“晕车”而内部结构紊乱。

加热太慢，就像乌龟爬一样，生产效率低下，大家都等得心急火燎的。

添加剂的使用呢，就像是给菜加调料。

加少了没效果，就像炒菜没放盐，平淡无奇。

加多了又会破坏整体的平衡，就像糖放多了把菜变成了甜品，那可就完全不是我们想要的硬质合金了。

硬质合金生产工艺硬质合金的生产工艺是一个综合的、复杂的制造过程，需要经过材料准备、粉末混合、成型、烧结、后处理等多个环节。

下面将详细介绍硬质合金的生产工艺流程及各个环节的工艺操作。

一、材料准备硬质合金的生产主要材料是钨粉、钴粉和碳化物粉末。

钨粉作为硬质合金的主要成分，具有高硬度、高密度等优点；钴粉作为粘结相，起到增强合金韧性和延展性的作用；碳化物粉末则是硬质合金中的另一主要成分，提高了合金的硬度和耐磨性。

在材料准备阶段，需要根据合金配方的要求准备好各种原材料，并严格控制其质量和比例。

其中，钨粉和钴粉的粒度、纯度、形状等参数对硬质合金的性能有着重要影响，需要经过精密的筛分和选材。

二、粉末混合将钨粉、钴粉和碳化物粉末按照一定的配方比例混合均匀，是硬质合金制备的关键环节。

通过粉末混合，可以使各种原料之间充分混合，确保最终合金的成分均匀。

粉末混合工艺通常采用机械混合方式，即将原材料放入球磨机等设备中进行干式混合或湿式混合。

在混合过程中，需要控制混合时间、速度和温度等参数，以确保混合效果达到最佳状态。

三、成型硬质合金的成型工艺主要包括压制和成型两个步骤。

压制是将混合好的粉末通过模具进行压制，使其形成密实的坯体。

成型是通过模具制作合金的最终形状，可以是板材、棒材、圆柱体等不同形状。

在硬质合金的成型过程中，需要考虑压力大小、温度、速度等参数的控制，以确保合金的成型质量。

另外，还需要对成型后的坯体进行退火处理，消除成型过程中产生的应力，提高合金的成品率和密实度。

四、烧结烧结是硬质合金生产的核心工艺环节，通过高温烧结使钨、钴、碳等元素发生反应，形成坚固的结合相，实现硬质合金的硬度和耐磨性。

烧结温度一般在1300℃~1600℃之间，烧结时间和气氛对合金的性能也有影响。

在烧结过程中，还需要对合金进行冷却、退火等处理，以提高合金的稳定性和耐磨性。

同时，需要对烧结炉进行周期性的检查和维护，确保烧结过程的稳定性和可控性。

五、后处理硬质合金生产完成后，还需要进行后处理工艺，包括抛光、清洗、检测等环节。

硬质合金低压热等静压烧结工艺硬质合金低压热等静压烧结工艺印红羽盛挺汪海宽（北京市粉末冶金研究所，１０００７８）摘要低压热等静压烧结工艺技术能最大限度地消除合金内部残余孔隙、细化晶粒，克服常规热等静压给合金造成的粗晶、钴池和表面成分改变的缺陷，显著提高硬质合金物理－力学性能，并能有效校正合金碳含量。

主题词硬质合金低压热等静压烧结组织性能１前言低压热等静压烧结（Ｓｉｎｔｅｒ－ＨＩＰ）工艺［１～３］，或称过压烧结（ＯｖｅｒＰｒｅｓｕｒｅＳｉｎ－ｔｅｒｉｎｇ）工艺，是在低于常规热等静压的压力（大约６ＭＰａ）下对工件同时进行热等静压和烧结的工艺。

自１９８４年德国Ｄｅｇｕｓａ公司设计和制造出第一台真空烧结热等静压炉以来，这一工艺已逐渐为世界上很多硬质合金厂家所采用，并已开始步入我国硬质合金生产领域。

低压热等静压烧结工艺目前是硬质合金生产中最先进的致密化技术，克服了常规热等静压造成的粗晶、钴池和表面成分改变的缺陷，能最大限度地消除内部残余孔隙，提高合金性能，并且能够通过调节炉内气氛，修正合金碳含量、消除合金组织中的η相。

２硬质合金低压热等静压烧结的典型工艺硬质合金的低压热等静压烧结工艺是将工件装入真空烧结等静压炉，于较低温度下低压载气（如氢气等）脱蜡后，在１３５０～１４５０℃进行真空烧结３０ｍｉｎ，接着在同一炉内进行热等静压，采用氩气作压力介质，压制压力为６ＭＰａ左右，时间为３０ｍｉｎ［４～５］。

其典型的生产工艺见图１。

低压热等静压烧结工艺的排蜡、烧结和在压力下的致密化等生产过程在同一炉内一次完成［６］，免去了传统工艺所必需的两次或多次的装料及加热生产工序，降低了热等静压时的压力（由多１００ＭＰａ降至６ＭＰａ），既简化了操作程序，又节省了能耗。

同时，由于生产过程中的烧结、热等静压两个主要工序不再分步进行，避免了工件在生产中途与空气的接触而造成的难以控制的碳含量变化。

低压热等静压炉内的特定装置在每道工序后能及时排除所产生的水蒸汽、ＣＯ２和其它气体，不会在下一过程引起工件某些部分表面成分和碳含量的变化。