硬质合金的性质及应用

1、硬质合金的性质及应用硕航存倉巧称丨业的“茅齿”它是以虚熔金械碳化物（W、T1C.TftC.NbC,CijCj）为抵铁帙金IB（Co.Ni和F"悴粘结剤应用粉术冶金烧结而威的合金材料.它结合了高硬度的难熔金属碳化物较好的粘縉金風的一些优点相比.它具有较咼的谀度.曲址相耐刖忤”*与趙碘材料樹比它具冇较烏的制性口"自ftSAKarlSchroterJ'1923年用粉末冶金法硏制诫膻质汁金.穗国克悄怕<KrNpp）公川19初年开始规模化生产Ift标为“WIDIA”的硬质合金以后.世界工业领域出现了磽质合金这靳兴产业.通过近盹年来的发展.时界硬质汁金产业的规膜9品种不断

2、扩丸.井形鹰了一些全球知名的跨国生产'经管企业.如瑞典的Sandvikft团*芙国的KeimuriBtel公司*以色列的Iscw.t*:fjMit-subiduM&tetiflls1jTodnbaTuiigallcy>L!1国勺冲;8!集Mb自現公司和Bt门啊业尊哽质命金已由小规模T严牧展成为个完蛊独立的T业体系.成为儿所仃I业甜门和新技术倾域中不可缺少的丁.具材料和結构村料,尤其在金M切削加工.金属嵐影工具.矿山工具、石油钻探为地成肋探*国册军工及石村和匚木材加工*汽车工业零方而获得了广泛应用在所有的锁质介金中，摄化鸽（WC）內辦着相为究出的地位约98魅以上的陨质含金巾

3、都含fWC*山中，50HUI上是純的WC-C时Mr鸭钻类仮£亦硬质合金是世界上JT废量早、应用聂广泛的啖硬质合金.这/AlliC口做粘结杆.H+的韧性，并且对WC零帀更质枠金碳化物H仃艮好的润靛FlHi叽同时阮作6屮溶榊度牧低*和叱。粘給的WC吐破陌仟金强度较高4純WC-Co硬Jfi合金用岳粘鉛的细颗鞄WC砸度随钻含童的増加而降低，任汁危含钻St定时*WC粒度越期，合亞的谨度则越离*破质件金问世以后.为改进性能.人们对他的研究不仅没有停止过IfiiIj越来匡加入。陆杆齐种先进1£和讹铀的不斯議昇，耀贡作隹的件能得到不斷的提高t而工业技术的持规发展又对它提出了更岛和匹严密的要

4、求*11IN.畋质介金C发展成为一门技术密集樂粘细产晶。我冋足钙资源人国，同时我国也是硬质介金生产人国，然而我W尚不是硬质介金生产强国：主要反映在我【R的钙产业处于廉价出【】钙原料髙价进口硬质合金成品的境地。中国硬质合金产最的增长基本上是中、低档产品，髙附加值产品的生产仍牢牢芈握任发达国家手中中国市场I:进口的硬质合金以高档产品为主，往往与具配套，皎质介金部分因损耗需不断补充。我国有些厂家也向国内市场提供优质硬质合金,但因质量、品种与国外相比尚有一定差距而受到很大限制比如在我13重点工程中所使用的高风压凿岩设备以及配奁阳岩匸貝还比较落后的怙况下，国外先进硬质介金生产企业凭借明显技术优势和客观条

5、竹便相丿2产品/PPWKWTil）场，其经济效益十分可观【“。我国硬质合金产品技术含量及经济附加值不高、产品结构不尽合理以及匸艺技术和装备的整体水平与国外先进水平相比榕后10年以t.造成这种现線的主耍廉因是|1门:我N硬质介金的综介件能不佳。如何进步提高性能，使nHTf优界的力学性能，是II询国内外材料研究和开发的热点Z一，也是硬质合金工业发展的重要方向b此同时我们还要保证产品的工艺技术要求不能超出我国现实的I业制备水平.关键一点是还要同时保证我01产品的价位低廉的戸大优恰.就需要我们把匝点放金如何研究出一种r.艺，既不提岛较大的成木乂改善了综介件能，而不足一味以超高锁度，趙高韧性为唯-H标.

6、m更质介金風脆性材料.氏性能不佳的瓶颈是硬度和强度z间即耐烧性和韧性Z间存在着矛盾:硬度高则强度偏低.而强度高则磧度偏低.因此缓和两打才盾使二者仃效结介起來足人们一努力的方向。氏期以來.人们做门m大勞力，采取了诸如捉离结构的均匀性、添加介金化元索、衣面涂层、強化处理等系列插施，便这对才肝任一定程度上得以缓和，们是li木1R得很好的效果研究发现，在钻相含址不变的怙况K'SWC晶粒降到lpm以下时，皎质介金的硬度和强度则同时提高，而R这提高的幅度随若阳粒度进-步减小而更加明显。根all-Petch关系式:H=H“+kHd"其小:d&粒.尺寸：凤单晶试样硬度：m品粒尺寸折数

7、,一般为-1/2：M常数.于是人们逐渐把匝点放任降低WC的半均晶粒度|：然而制备超细便质介金I艺复杂，注盘帰项繁多，T艺参数要求高，使得厂家要大幅度更新设备，从而使成木总剧提高，-般对于实际生产盘义不人。硬质合金的传统工艺采用粉木冶金的方法.这一方法任现仃相关产业中仃着广泛的技术基础和应用.设备齐全、匸艺成熟,可以迅速大规楔的生产。但由于粉末冶金匸艺木身的缺点,如产品微观空隙大、产品尺寸冇限、形状简单，使得传统工艺产品性能达不到高要求,且经常由于产品的韧性不好而不能长寿命的工作,较国外产品因性能不优而失左竞争力。这往往由于粉末在饶结过程中容易K大，致使获得细小晶粒的硬质合金变得困难。在硬质合金

8、中加入某些添加剂是提高合金性能的有效途径之一，添加剂对硬质合金性能的影响,在很多方面已被众多科学工作者所揭示,如添加剂可提高合金的耐僭性、抗冲击性、高温性能、切削性能等。一般的添加剂分为佥属元索添加剂、碳化物添加剂和氣化物添加剂。常用的金属添加剂有W、Mo、Cr、V、Nb、Ta、Al、Cu、Ru、Zr和Re等。添加W便换质合金的使用温度提A181.增强了合金的高温性能。M。的主要作用心于改善烧结时液态金属对TiC硬质相的润湿性。硬质合金中添加Cr可以得到物理、机械和便用性能良好的合金。在硬质合金粘结剂中加入V,Nb,Ta,在烧结过程中它们能使碳化物产生梯度分布，增强了合金的稳定性。A1与Co的

9、康子半径相差较大,A1对C。基体的较好的强化作用。在TiC基硬质合金中加入Cu可以提高硬质合金的耐磨性o向WC-Co硬质合金中添加Ru可以增强合金的抗热疲劳的能力9o在硬质合金中添加少唯的Re可增加硬质合金的硬度和耐磨性【叫硬质合金中添加的过渡金属碳化物,如VC,NbC,TaC,Cr3C2和M02C等金属碳化物,一般是用作晶粒长大抑制剂叫其抑制WC晶粒长大的效果依、列抑制作用排列：VC>NbC>TaC>TiC>Mo2C>Cr3C2>ZrC>HfC。应用最多的抑制剂足VC和63C2，文献Z报道0.8%Cr3C2+0.4%VCli<t抑制剂效果比单独

10、添加好。目蘭在硬质合金中添加的氧化物有Ag、ThOj.Y2O3、Dy2O3.ZrC)2、Nd2O3.La2O3.CezOj以及混合稀上氧化物等.在硬质合金中加入稀土元素,可使合金高温强度和抗氧化性大大提高,在不降低硬度的情况下,可絞大提髙合全的韧性因此稀土硬质合金的研究一直是研究者关注的焦点，本试验也将亜点研究稀上氧化物对换质合金的作用。稀土元素是制系元素系稀土类元素群的总称,包含铳Sc、铉Y及搁系中的错La、iitiCe.镭Pr、钱Nd、樋Pm、锣Sm、钳Eu、轧Gd、钮:Tb、辆Dy、钦Ho、钳Er、铁Tm、褪Yb、珞Lu,共17个元素。“稀土”一词是十八世纪沿用下來的名称因为当时用于提取

11、这类元索的矿物比较稀少，而口获得的氧化物难以熔化，也难以溶于水，也很难分离，其外观酷似"上壤”，而称之为稀土问。被称为工业“维生素”和“新材料宝库”的稀上元素由于具有-系列特殊的性质，C被广泛应用于冶金材料、光学、磁学、电子学、机械、化工、原子能、农业和轻工业等部门。稀上作为添加剂、变质剂其本身直接产值和利润虽不高,但所产生的二次经济效益可增值数十借甚至数百倍。钢中加入少就稀土元素可以提高强度，净化杂质,细化晶粒，改变杂质的存在形态和分布,使其性能得到改善，从而提髙钢的质量.在粉末冶金帙甚制品中加入少量稀上元素也可在很大程度上改善制品的性能【“】。从上lit纪60年代开始,人们为了提

12、高硬质合金的质量,开展了添加稀土元素的研究，取得了明显的效果。研究表明Z稀I:氧化物的添加不仅町以细化WC晶粒、消除不连续长大的粗晶，和提高立方钻相含量，而且还可以增加介金制品的宏观应力，所以介金的强韧性得到了显苫的提高。另一方面確质合金中添加微&稀十丿稀I氧化物可以降低饶结时的液相出现漏度、减少孔隙度。烧结温度的降低会减少液相的生成量,减少温度对晶界迁移激活能的降低作用,阻碍聚晶长大的晶界迁移,从而使晶粒得到细化,对硬质合金的性能产生重耍影响（16J7L综上所述，在硬质介金中添加微就稀上元索，不仅可以抑制烧结过程中合金的晶粒氏人，而且还能改善介金的力学性能，从而进一步提髙其产品的使用寿命。在硬质合金领域,稀上添加剂的研究一直是热点,但一般的思路是加入IE纳米级的稀土添加剂改性硬质合金,而加入纳米稀土添加剂很少有报道图1J说明了纳米稀上添加剂与普通稀上添加剂的強化机理的区别。非纳米添加剂粒子纳米添加剂粒子WC图1-1怖土添加刊示意图由图1-1可见,纳米稀土添加剂的使用较普通稀土添加剂的使用量低,且与WC品粒（大圜）的间隙小,排列更加致密。普通稀上添加剂的尺寸几乎与WC相同数就级，所以易形成裂纹源。纳米稀土添加剂的优势明显的显雳出来因此与其一味追求将硬质合金微粒完全制成纳米级,不如尝试在硬质介金中加入纳米稀上进行纳米化改性，以此达到我们既不提