刀具常用材料性能.doc

M42高速钢M42钢材（W2Mo10Cr4Co8）是高钴韧性高速钢，主要用于高韧性精密耐磨五金冷冲模，也可用于切割工具及刀中冷却。钢材硬度高，可达70HRC，热硬性好，高温硬度高，容易磨削。 用该钢制造的切削工具，可以切削铁基高温合金、铸造高温合金、钛合金和超高强度钢等，但韧性稍差，淬火时温度应采用下限。由于可磨削性能好，所以可用来制造各种高精度复杂刀具。用途 适用于制造各种强力切割用耐磨、耐冲击工具。高级冲模，螺丝模，较需韧性及形状复杂的冲头等。刀具业:刮刀,滚齿刀,铁刀,钻头等。 锻造业:锻造模具。 螺丝业:六角等打头成型模具,牙攻,冲头 。 特性 高红热硬度,高耐磨耗性与切削能力,高冲击韧性.晶粒细致均匀,韧性高。碳化物颗粒细、硬度高，耐磨性好 热处理 等温退火火:温度800880，以1020，dHr炉冷至约600，硬度在HB269以上。 预热温度：730-845 淬火温度：1190-1210 回火温度：540-595 冷拉态，硬度285HBS， 冷拉后退火态，硬度277HBS 淬火方式：油淬、空冷或盐浴淬火 化学成份 C :1.001.15 Si :0.65 Mn :0.40 P :0.030 S :0.030 Cr :3.504.50 V :0.951.35 W :1.151.85 Mo :9.010.0 CO :7.508.50 相关资料 高速钢一般不做抗拉强度检验，而以金相、硬度检验为主。钨系和钼系高速钢经正确的热处理后，洛氏硬度能达到63以上，钴系高速钢在65以上。钢材的酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔 、翻皮。中心疏松，一般疏松应小于1级。金相检验的内容主要包括脱碳层、显微组织和碳化物不均匀度3个项目。高速钢不应有明显的脱碳。显微组织不得有鱼骨状共晶莱氏体存在。高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，目前冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别 十分重视。根据钢的不同用途可对碳化物不均匀度提出不同的级别要求，通常情况下应小于3级。用高速钢制造切削工具，除因其具有高硬度、高耐磨性和足够的韧性之外，还有一个重要因素是具有红硬性。红硬性是指刀具在高速切削时，刀刃在红热状态下抵抗软化的能力。一种衡量红硬性的方法是先把钢加热至580650，保温1小时,然后冷却,这样反复4次后测量其硬度值。 高速钢的淬火温度一般均接近钢的熔点，如钨系高速钢为12101240，高钼系高速钢为11801210。淬火后一般需在 540560之间回火3次。提高淬火温度可以增加钢的红硬性。为了提高高速钢刀具的使用寿命，可对其表面进行强化处理，如低温氰化、氮化、硫氮共渗等。HSS-EHSS-E是钴高速钢的代号，属于高性能高速钢，主要规格有M35和M42,其热处理硬度可达6669HRC,比通用的HSS高速钢（硬度6366HRC）耐用度高，韧性有所下降。HSSHigh-speed steels高速钢，刀具常用材料高速钢简介HSS是英文High speed steels的缩写，相应的中文名是高速钢，高速钢是制造刀具的一种常用材料。 高速钢又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素。合金元素总量达1025%左右。它在高速切削产生高热情况下(约500)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。这就是高速钢最主要的特性红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200时，硬度便急剧下降，在500硬度已降到与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具。 高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。退火的目的是消除应力，降低硬度，使显微组织均匀，便于淬火。退火温度一般为860880。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800850预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加 热到淬火温度11901290（不同牌号实际使用时温度有区别），后油冷或空冷或充气体冷却。工厂均采用盐炉加热，现真空炉使用也相当广泛。淬火后因内部组织还保留一部分(约30%)残余奥氏体没有转变成马氏体，影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变，进一步提高硬度和耐磨性，一般要进行23次回火，回火温度560，每次保温1小时。 (1)生产制造方法：通常采用电炉生产，近来曾采用粉末冶金方法生产高速钢，使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上，提高了使用寿命。 (2)用途：用于制造各种切削工具。如车刀、钻头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等高速钢种类高速钢是一种复杂的钢种,含碳量一般在0.701.65%之间。含合金元素量较多，总量可达1025%。按所含合金元素不同可分为：钨系高速钢（含钨 918%）；钨钼系高速钢（含钨512%,含钼26%）；高钼系高速钢（含钨02%,含钼510%）；钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含钒 12%)和高含钒量(含钒2.55%)的高速钢；钴高速钢（含钴 510%）。按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。通用型高速钢：主要用于制造切削硬度HB300的金属材料的切削刀具 (如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），常用的钢号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。特殊用途高速钢:包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度HRC6870）,主要用于制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金和高强钢等）的刀具，常用的钢号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。 规格和外观质量规格主要有圆钢和方钢、板材。钢材的表面要加工良好，不得有肉眼可见的裂纹、折叠、结疤和发纹。冷拔钢材表面应洁净、光滑、无夹杂和氧化皮等。 化学成分含多量碳(C)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等元素 物理性能高速钢一般不做抗拉强度检验，而以金相、硬度检验为主。钨系和钼系高速钢经正确的热处理后，洛氏硬度能达到63以上，钴系高速钢在65以上。钢材的酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔 、翻皮。中心疏松，一般疏松应小于1级。金相检验的内容主要包括脱碳层、显微组织和碳化物不均匀度3个项目。高速钢不应有明显的脱碳。显微组织不得有鱼骨状共晶莱氏体存在。高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，目前冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别 十分重视。根据钢的不同用途可对碳化物不均匀度提出不同的级别要求，通常情况下应小于3级。用高速钢制造切削工具，除因其具有高硬度、高耐磨性和足够的韧性之外，还有一个重要因素是具有红硬性。红硬性是指刀具在高速切削时，刀刃在红热状态下抵抗软化的能力。一种衡量红硬性的方法是先把钢加热至580650，保温1小时,然后冷却,这样反复4次后测量其硬度值。 高速钢的淬火温度一般均接近钢的熔点，如钨系高速钢为12101240，高钼系高速钢为11801210。淬火后一般需在 540560之间回火3次。提高淬火温度可以增加钢的红硬性。为了提高高速钢刀具的使用寿命，可对其表面进行强化处理，如低温氰化、氮化、硫氮共渗等。 高速钢质量检验检验高速钢碳化物不均匀度与试样的腐蚀时间有关。有关标准中只提出腐蚀要适当不能过腐蚀，这一点往往被人们所忽视。实践证实，如果发生了过腐蚀，就会将碳化物染黑，表现出不均匀程度改善的假相，就可能将质量不好的高速钢误判为优质钢，这一点尤为重要。PCD-聚晶金刚石PCD是英文Polycrystalline diamond的简称,中文直译过来是聚晶金刚石的意思.它与单晶金刚石相对应。 聚晶金刚石（PCD）刀具发展 1概述 1.1 PCD刀具的发展金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪七十年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。 1.2 PCD刀具的性能特点金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。 PCD刀具材料的主要性能指标：PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80120倍；PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.59倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；PCD的摩擦系数一般仅为0.10.3（硬质合金的摩擦系数为0.41），因此PCD刀具可显著减小切削力；PCD的热膨胀系数仅为0.910 -61.1810 -6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。 1.3 PCD刀具的应用工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成熟。自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来，对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果，PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。目前，国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国De Beers公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。据报道，1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10.7万把。PCD刀具的应用范围已由初期的车削加工向钻削、铣削加工扩展。由日本一家组织进行的关于超硬刀具的调查表明：人们选用PCD刀具的主要考虑因素是基于PCD刀具加工后的表面精度、尺寸精度及刀具寿命等优势。金刚石复合片合成技术也得到了较大发展，DeBeers公司已推出了直径74mm、层厚0.3mm的聚晶金刚石复合片。 国内PCD刀具市场随着刀具技术水平的发展也不断扩大。目前中国第一汽车集团已有一百多个PCD车刀使用点，许多人造板企业也采用PCD刀具进行木制品加工。PCD刀具的应用也进一步推动了对其设计与制造技术的研究。国内的清华大学、大连理工大学、华中理工大学、吉林工业大学、哈尔滨工业大学等均在积极开展这方面的研究。国内从事PCD刀具研发、生产的有上海舒伯哈特、郑州新亚、南京蓝帜、深圳润祥、成都工具研究所等几十家单位。目前，PCD刀具的加工范围已从传统的金属切削加工扩展到石材加工、木材加工、金属基复合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。通过对近年来PCD刀具应用的分析可见，PCD刀具主要应用于以下两方面：难加工有色金属材料的加工：用普通刀具加工难加工有色金属材料时，往往产生刀具易磨损、加工效率低等缺陷，而PCD刀具则可表现出良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型发动机活塞材料过共晶硅铝合金（对该材料加工机理的研究已取得突破）。难加工非金属材料的加工：PCD刀具非常适合对石材、硬质碳、碳纤维增强塑料（CFRP）、人造板材等难加工非金属材料的加工。如华中理工大学1990年实现了用PCD刀具加工玻璃；目前强化复合地板及其它木基板材（如MDF）的应用日趋广泛，用PCD刀具加工这些材料可有效避免刀具易磨损等缺陷。 2 PCD刀具的制造技术2.1 PCD刀具的制造过程 PCD刀具的制造过程主要包括两个阶段：PCD复合片的制造：PCD复合片是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂（其中含钴、镍等金属）按一定比例在高温（10002000）、高压（510万个大气压）下烧结而成。在烧结过程中，由于结合剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等为主要成分的结合桥，金刚石晶体以共价键形式镶嵌于结合桥的骨架中。通常将复合片制成固定直径和厚度的圆盘，还需对烧结成的复合片进行研磨抛光及其它相应的物理、化学处理。PCD刀片的加工：PCD刀片的加工主要包括复合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步骤。 2.2 PCD复合片的切割工艺由于PCD复合片具有很高的硬度及耐磨性，因此必须采用特殊的加工工艺。目前，加工PCD复合片主要采用电火花线切割、激光加工、超声波加工、高压水射流等几种工艺方法，其工艺特点的比较见表1。 表1 PCD复合片切割工艺的比较 工艺方法 工艺特点 电火花加工高度集中的脉冲放电能量、强大的放电爆炸力使PCD材料中的金属融化，部分金刚石石墨化和氧化，部分金刚石脱落，工艺性好、效率高 超声波加工加工效率低，金刚石微粉消耗大，粉尘污染大 激光加工 非接触加工，效率高、加工变形小、工艺性差 在上述加工方法中，电火花加工效果较佳。PCD中结合桥的存在使电火花加工复合片成为可能。在有工作液的条件下，利用脉冲电压使靠近电极金属处的工作液形成放电通道，并在局部产生放电火花，瞬间高温可使聚晶金刚石熔化、脱落，从而形成所要求的三角形、长方形或正方形的刀头毛坯。电火花加工PCD复合片的效率及表面质量受到切削速度、PCD粒度、层厚和电极质量等因素的影响，其中切削速度的合理选择十分关键，实验表明，增大切削速度会降低加工表面质量，而切削速度过低则会产生“拱丝”现象，并降低切割效率。增加PCD刀片厚度也会降低切割速度。 2.3 PCD刀片的焊接工艺PCD复合片与刀体的结合方式除采用机械夹固和粘接方法外，大多是通过钎焊方式将PCD复合片压制在硬质合金基体上。焊接方法主要有激光焊接、真空扩散焊接、真空钎焊、高频感应钎焊等。目前，投资少、成本低的高频感应加热钎焊在PCD刀片焊接中得到广泛应用。在刀片焊接过程中，焊接温度、焊剂和焊接合金的选择将直接影响焊后刀具的性能。在焊接过程中，焊接温度的控制十分重要，如焊接温度过低，则焊接强度不够；如焊接温度过高，PCD容易石墨化，并可能导致“过烧”，影响PCD复合片与硬质合金基体的结合。在实际加工过程中，可根据保温时间和PCD变红的深浅程度来控制焊接温度（一般应低于700）。国外的高频焊接多采用自动焊接工艺，焊接效率高、质量好，可实现连续生产；国内则多采用手工焊接，生产效率较低，质量也不够理想。 2.4 PCD刀片的刃磨工艺PCD的高硬度使其材料去除率极低（甚至只有硬质合金去除率的万分之一）。目前，PCD刀具刃磨工艺主要采用树脂结合剂金刚石砂轮进行磨削。由于砂轮磨料与PCD之间的磨削是两种硬度相近的材料间的相互作用，因此其磨削规律比较复杂。对于高粒度、低转速砂轮，采用水溶性冷却液可提高PCD的磨削效率和磨削精度。砂轮结合剂的选择应视磨床类型和加工条件而定。由于电火花磨削（EDG）技术几乎不受被磨削工件硬度的影响，因此采用EDG技术磨削PCD具有较大优势。某些复杂形状PCD刀具（如木工刀具）的磨削也对这种灵活的磨削工艺具有巨大需求。随着电火花磨削技术的不断发展，EDG技术将成为PCD磨削的一个主要发展方向。 3PCD刀具的设计原则 3.1 刀具材料的选择 （1） 合理选择PCD粒度PCD粒度的选择与刀具加工条件有关，如设计用于精加工或超精加工的刀具时，应选用强度高、韧性好、抗冲击性能好、细晶粒的PCD。粗晶粒PCD刀具则可用于一般的粗加工。PCD材料的粒度对于刀具的磨损和破损性能影响显著。研究表明：PCD粒度号越大，刀具的抗磨损性能越强。采用De Beers 公司SYNDITE 002和SYNDITE 025两种PCD材料的刀具加工SiC基复合材料时的刀具磨损试验结果表明，粒度为2m的SYNDITE 002PCD材料较易磨损。 2） 合理选择PCD刀片厚度通常情况下，PCD复合片的层厚约为0.31.0mm，加上硬质合金层后的总厚度约为28mm。较薄的PCD层厚有利于刀片的电火花加工。De Beers公司推出的0.3mm厚PCD复合片可降低磨削力，提高电火花的切割速度。PCD复合片与刀体材料焊接时，硬质合金层的厚度不能太小，以避免因两种材料结合面间的应力差而引起分层。 3.2 刀具几何参数与结构设计PCD刀具的几何参数取决于工件状况、刀具材料与结构等具体加工条件。由于PCD刀具常用于工件的精加工，切削厚度较小（有时甚至等于刀具的刃口半径），属于微量切削，因此其后角及后刀面对加工质量有明显影响，较小的后角、较高的后刀面质量对于提高PCD刀具的加工质量可起到重要作用。 PCD复合片与刀杆的连接方式包括机械夹固、焊接、可转位等多种方式，其特点与应用范围见表2。 表2 PCD复合片与刀杆连接方式的特点与应用 连接方式特点应用范围 机械夹固由标准刀体及可做成各种集合角度的可换刀片组成，具有快换和便于重磨的优点中小型机床 整体焊接结构紧凑、制作方便，可制成小尺寸刀具专用刀具或难于机夹的刀具，用于小型机床 机夹焊接刀片焊接于刀头上，可使用标准刀杆，便于刃磨及调整刀头位置自动机床、数控机床 可转位结构紧凑，夹紧可靠，不需重磨和焊接，可节省辅助时间，提高刀具寿命普通通用机床 4 PCD刀具的切削参数与失效机理4.1 PCD刀具切削参数对切削性能的影响 （1）切削速度 PCD刀具可在极高的主轴转速下进行切削加工，但切削速度的变化对加工质量的影响不容忽视。虽然高速切削可提高加工效率，但在高速切削状态下，切削温度和切削力的增加可使刀尖发生破损，并使机床产生振动。加工不同工件材料时，PCD刀具的合理切削速度也有所不同，如铣削Al2O3强化地板的合理切削速度为110120m/min；车削SiC颗粒增强铝基复合材料及氧化硅基工程陶瓷的合理切削速度为3040m/min。 （2）进给量 如PCD刀具的进给量过大，将使工件上残余几何面积增加，导致表面粗糙度增大；如进给量过小，则会使切削温度上升，切削寿命降低。 （3）切削深度 增加PCD刀具的切削深度会使切削力增大、切削热升高，从而加剧刀具磨损，影响刀具寿命。此外，切削深度的增加容易引起PCD刀具崩刃。 不同粒度等级的PCD刀具在不同的加工条件下加工不同工件材料时，表现出的切削性能也不尽相同，因此应根据具体加工条件确定PCD刀具的实际切削参数。 4.2 PCD刀具的失效机理刀具的磨损形式主要有磨料磨损、粘结磨损（冷焊磨损）、扩散磨损、氧化磨损、热电磨损等。PCD刀具的失效形式与传统刀具有所不同，主要表现为聚晶层破损、粘结磨损和扩散磨损。研究表明，采用PCD刀具加工金属基复合材料时，其失效形式主要为粘结磨损和由金刚石晶粒缺陷引起的微观晶间裂纹。在加工高硬度、高脆性材料时，PCD刀具的粘结磨损并不明显；相反，在加工低脆性材料（如碳纤维增强材料）时，刀具的磨损增大，此时粘接磨损起主导作用。 5 结语PCD刀具因其良好的加工质量和加工经济性在非金属材料、有色金属及其合金材料、金属基复合材料等切削加工领域显示出其它刀具难以比拟的优势。随着PCD刀具的理论研究日益深入及其应用技术的进一步推广，PCD刀具在超硬刀具领域的地位将日益重要，其应用范围也将进一步拓展。CBN求助编辑CBNCubic Boron Nitride立方氮化硼，缩写为：CBN或cBN。目前，在自然界还没有找到这种物质的存在，是人工合成的一种超硬材料。 立方氮化硼（CBN）是硬度仅次于金刚石的超硬材料。它不但具有金刚石的许多优良特性，而且有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性。它作为工程材料，已经广泛应用于黑色金属及其合金材料加工工业。同时，它又以其优异的热学、电学、光学和声学等性能，在一系列高科技领域得到应用，成为一种具有发展前景的功能材料。 立方氮化硼立方氮化硼微粉，用在精密磨削、研磨、抛光和超精加工，以达到高精度的加工表面。适用于树脂、金属、陶瓷等结合剂体系，亦可用于生产聚晶复合片烧结体，还可用做松散磨粒、研磨膏。 黑色立方氮化硼CBN由于具有优异的化学物理性能，如具有仅次于金刚石的高硬度、高热稳定性和化学惰性，作为超硬磨料在不同行业的加工领域获得广泛的应用，现在更是成为汽车、航天航空、机械电子、微电子等工业不可或缺的重要材料，因而也得到各工业发达国家的极大重视。 合成CBN除静高压触媒法还有多种方法，如静高压直接转化法、动态冲击法、气相沉积法等，其中有些方法如气相沉积法发展很快。但迄今为止工业合成CBN主要方法还是静高压触媒法，CBN的合成研究也主要集中于这方面。 立方氮化硼聚晶（PCBN）刀具是由许多细晶粒（0.1100）CBN聚结而成的CBN聚集体的一类超硬材料产品。它除了具有高硬度、高耐磨性外，还具有高韧性、化学惰性、红硬性等特点，并可用金刚石砂轮开刃修磨。在切削加工的各个方面都表现出优异的切削性能，能够在高温下实现稳定切削，特别适合加工各种淬火钢、工具钢、冷硬铸铁等难加工材料。刀具切削锋利、保形性好、耐磨性能高、单位磨损量小、修正次数少、利于自动加工，适用于从粗加工到精加工的所有切削加工。精车淬硬工件是一门新工艺，实施前需做工艺试验，可用与工件材料、硬度和大小相同的棒料，在同类机床上进行精加工或粗加工试验，关键是要试验刀具与切削参数的选择及工艺系统是否有足够的刚性。该工艺目前国内已经采用，如一汽集团用PCBN刀具加工渗碳淬火(5863HRC)的20CrMnTi变速箱齿轮拨叉槽，采用的工艺参数为c=150m/min, f=0.1mm/r，p=0.20.3mm，实现了以车代磨。 加工硬铸铁 用PCBN刀具车削淬硬钢时，要求工件淬火硬度高于4555HRC，加工硬铸铁时，只要硬度达到中等硬度水平(45HRC)，就会取得良好的加工效果。如汽车发动机缸盖上的排气阀座，该阀座是采用含铜、钼的高铬合金铸铁材料，其硬度一般约为44HRC，其阀座上孔采用锪(铰)、车两种工艺，大多是在专用自动线上加工，与枪铰导管孔一道进行。所采用的切削用量为：c=71.6m/min，f=26.5mm/min，p=1.0mm，采用BC拉削油，自采用PCBN刀具加工后，与以往采用的各种硬质合金刀片加工相比，刀具平均耐用度为1200件，加工表面粗糙度为Ra0.4m，阀座面摆差 0.05mm。东风汽车公司发动机厂自1988年使用PCBN刀具后，其效果一直保持稳定，较好地解决了引进设备的刀具国产化问题。 PCBN在数控切削行业已得到广泛应用，是一种具有良好发展前景的刀具材料。硬质合金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。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。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。 B、B、B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。 A、A、A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TiC0.5TiC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TiC=11），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B、B、B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最高的。大多数碳化物的硬度很大，它们的显微硬度大于1800kgmm2（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1800kgmm2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最好，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12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（13001500）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。 编辑本段国家标准与硬质合金相关的现行的国家标准 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)表观硬度的测定第一部分: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1 编辑本段主要用途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第一种硬质合金。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。 编辑本段合金分类WC刀具钨钴类硬质合金 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。 TIC刀具钨钛钴类硬质合金 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。 钨钛钽刀具钨钛钽（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。 编辑本段性能特点硬质合金焊接刀片硬度高（8693HRA，相当于6981HRC）； 热硬性好（可达9001000，保持60HRC）； 耐磨性好。 硬质合金刀具比高速钢切削速度高47倍，刀具寿命高580倍。制造模具、量具，寿命比合金工具钢高 20150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。 编辑本段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。 异型棒材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： 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。 4：冷却阶段（烧结温度-室温） 在这一阶段，合金的组织和相成分随冷却条件的不同而产生某些变化，可以利用这一特点，对硬质合金进行热处理以提高其物理机械性能。 硬质合金牌号性能、应用推荐及牌号对照 合金 牌号物理机械性能推荐用途相当于 ISO相当于 国内密度g/cm2抗弯强度不 低于N/cm2硬度不低于 HRAYG3X14.6-15.2132092适于铸铁、有色金属及合金淬火钢合金钢小切削断面高速精加工。K01YG3XYG6A14.6-15.0137091.5适于硬铸铁，有色金属及其合金的半精加工，亦适于高锰钢、淬火钢、合金钢的半精加工及精加工。K05YG6AYG6X14.6-15.0142091经生产使用证明，该合金加工冷硬合金铸铁与耐热合金钢可获得良好的效果，也适于普通铸铁的精加工。K10YG6XYK1514.2-14.6210091适于加工整体合金钻、铣、铰等刀具。具有较高的耐磨性及韧性。K15 K20YK15YG614.5-14.9138089适于用铸铁、有色金属及合金非金属材料中等切削速度下半精加工。K20YG6YG6X-114.6-15.0150090适于铸铁，有色金属及其合金非金属材料连续切削时的精车，间断切削时的半精车、