硬质合金是什么材料

更新：2023年02月18日 14:44 好一点

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硬质合金是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。
硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于*切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。

硬质合金是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。硬质合金还可用来*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。

硬质合金棒主要适用于钻头，立铣刀，绞刀。它也可用于切割，冲压和测量工具。它被用于造纸，包装，印刷，有色金属加工行业。此外，它还广泛用于加工高速钢刀具，硬质合金铣刀，硬质合金刀具，NAS的切削刀具，航空刀具，硬质合金钻头，铣刀取芯钻头，高速钢，taperd铣刀，公制铣刀，微型结束铣刀，铰试点，电子刀具，阶梯钻，金属切割锯，双保证金钻，枪杆子，角度铣刀，硬质合金旋转锉，硬质合金刀具等。

i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。它主要用於*高速切削刃具和硬、韧材料切削刃具，以及*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
⑴硬度、耐磨性和红硬性高
硬质合金常温下硬度可达86～93HRA，相当於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。"⑵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，都高於高速钢。但其抗弯强度较低，一般为1000～3000MPa。
⑶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。
⑷线膨胀系数小
工作时，形状尺寸稳定。
⑸成形制品不再加工、重磨
由於硬质合金硬度高并有脆性，所以粉末冶金成形烧结後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，采用釺焊、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。
⑴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），後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wWC＝1－wCo＝94％。
⑵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），後加碳化钛含量的百分数值表示。如YT15表示碳化钛含量wTiC＝15％的钨钛钴类硬质合金。
⑶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）後加序数表示。

硬质合金的应用
⑴刀具材料
硬质合金用做刀具材料的数量最大，可*车刀、铣刀、刨刀、钻头等。其中钨钴类硬质合金适於黑色金属、有色金属的短切屑加工和非金属材料的加工，如铸铁、铸造黄铜、胶木等；钨钛钴类硬质合金适於钢等黑色金属的长切屑加工。在同类合金中，钴含量较多的适於粗加工，钴含量少的适於精加工。通用类硬质合金对於不锈钢等难加工材料的加工寿命较其他硬质合金长得多。
⑵模具材料
硬质合金主要用做冷拉模、冷冲模、冷挤模、冷墩模等冷作模具。⑶量具和耐磨零件
硬质合金用於量具的易磨损表面镶嵌和零件、磨床精密轴承、无心磨床导板和导杆、车床顶尖等耐磨件。

常用的硬质合金分三类：钨钴类硬质合金（YG）、钨钴钛类硬质合金（YT）和通用硬质合金（YW）。
硬质合金因硬度高、热硬性好，生产中适合*刀具。
钨钴类硬质合金（YG）：适用于加工脆性材料，如：铸铁；
钨钴钛类硬质合金（YT）：适用于加工塑性材料，如：钢；
通用硬质合金（YW)：常用来加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。

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。
ⅣA、ⅤA、ⅥA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，形成间充固溶体。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最高的。大多数碳化物的硬度很大，它们的显微硬度大于1800kg�6�1mm2（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�6�1mm2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。
*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。
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*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、喷嘴等。
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。

常用的硬质合金有哪几类
硬质合金钢是把难熔金属(钨、钽、钛、钼等)的碳化物的硬质颗粒,跟一种或几种铁族元素（钴、镍或铁）的粉末混合后压制成型，再经烧结制成。
硬质合金的种类和性能特点：
(1)常用硬质合金的分类与牌号
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。
(2)常用硬质合金的牌号、成分、性能与应用（见下表）
类别
牌号
化学成分　W/%
性能
适用范围
钨钴类合金
YG3X
96.5
-
＜0.5
3
　适于铸铁、有色金属及其合金的精镗、精车等，亦可用于合金钢、淬火钢及钨、钼材料的精加工；
碳化钨含量较高，粘结剂含量较低时，其硬度较高，抗弯强度则较低；
因而，YG3则适于精加工；反之YG15能承受较大的冲击载荷，适用于粗加工。
适于铸铁、有色金属及其合金、非金属材料连续切削时的粗车，间断切削时的半精车、精车
适于冲击回转凿岩机凿坚硬岩石，含坚硬夹石的切煤机齿、油井钻头、钻进坚硬岩石的冲击式钻头、冲压模具、刨刀和插刀等
适于冲击回转凿岩机凿坚硬、极坚硬岩石，在较大应力下工作的穿孔及冲压工具
钨钛钴类合金
YT5
85
5
-
10
　适于碳钢、合金钢、锻件、冲压件、铸件的表皮加工，不平整断面、间断切削时的粗车、粗刨、半精刨。粗铣、钻孔等
　加人碳化钛，提高了硬度和耐热性。
含碳化钛越多，钴越少，则合金的硬度、耐磨性和耐热性越好，而抗弯强度就越差。因此YT30用于精加工，而YT15适用于粗加工。
YT15
79
15
-
6
　适于碳钢。合金钢连续切削时半精车、精车，间断切削时小断面精车，连续面半精铣、精铣、孔精扩、粗扩等
YT30
66
30
-
4
　适于碳钢、合金钢精加工，如小断面精车、精镗、精扩等
通用合金
YW1
84～85
6
3～4
6
　适于耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工钢材的精加工，及一般钢材、普通铸铁、有色金属的精加工
　加人碳化钽，显著提高了合金的硬度、耐磨性、耐热性及抗氧化的能力。　可铸铁、耐热钢、高锰钢、高级合金钢等难加工的材料和有色金属。
YW2
82～83
6
3～4
8
　适于耐热钢、高锰钢、不锈钢、高级合金钢等难加工钢材的半精加工，及一般钢材、普通铸铁、有色金属的半精加工

(一)硬质合金的制成及特点

1.制成

由一种金属元素与另一种金属或非金属元素组成的物质称为合金。

硬质合金由难熔金属化合物碳化钨(WC)或碳化钛(TiC)和黏结剂金属钴(Co)经粉末冶金法制成。

2.特点

硬质合金具有高耐磨性和高耐热性,但抗弯强度低、冲击韧性差,很少用于*整体刀具。

硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料(约占50%)。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、拉刀、齿轮刀具等。

(二)硬质合金分类

ISO将切削用的硬质合金分为三类。

1.YG(K)类

即WC-Co类硬质合金。钨钴类硬质合金是由WC和Co烧结而成,代号为YG,一般适用于加工铸铁和有色金属等脆性材料。

2.YT(P)类

即WC-TiC-Co类硬质合金。钨钛钴类硬质合金是以WC为基体,添加TiC,用Co作黏结剂烧结而成,代号为YT,一般适用于高速加工钢料。

3.YW(M)类

即WC-TiC-TaC-Co类硬质合金。添加钽(铌)类硬质合金是在以上两种硬度合金中添加少量其他碳化物(如TaC或NbC)而派生出的一类硬质合金,代号为YW,既适用加工脆性材料,又适用于加工塑性材料。常用牌号YW1、YW2。

在地质勘探工作中,所采用的硬质合金是钨钴合金。其主要成分是碳化钨(WC)和金属钴(Co)。它以碳化钨粉末为骨架,以钴的粉末为黏结剂,经粉末冶金方法压制烧结而成各种形式。

硬质合金的主要成分有哪些
硬质合金的分类、化学成分、性能与应用
(1)常用硬质合金的分类与牌号
(2)常用硬质合金的牌号、成分、性能与应用
(3)钢结硬质合金
本节其它知识点：
硬质合金的性能特点
(1)常用硬质合金的分类与牌号
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。
(2)常用硬质合金的牌号、成分、性能与应用（见下表）
类别
牌号
化学成分　W/%
性能
适用范围
WC
TiC
TaC
Co
钨钴类合金
YG3X
96.5
-
＜0.5
3
　适于铸铁、有色金属及其合金的精镗、精车等，亦可用于合金钢、淬火钢及钨、钼材料的精加工
碳化钨含量较高，粘结剂含量较低时，其硬度较高，抗弯强度则较低；
因而，YG3则适于精加工；反之YG15能承受较大的冲击载荷，适用于粗加工。
YG6
94.0
-
-
6
　适于铸铁、有色金属及其合金、非金属材料连续切削时的粗车，间断切削时的半精车、精车
YG8C
92.0
-
-
8
　适于冲击回转凿岩机凿坚硬岩石，含坚硬夹石的切煤机齿、油井钻头、钻进坚硬岩石的冲击式钻头、冲压模具、刨刀和插刀等
YG15
85
-
-
15
　适于冲击回转凿岩机凿坚硬、极坚硬岩石，在较大应力下工作的穿孔及冲压工具
钨钛钴类合金
YT5
85
5
-
10
　适于碳钢、合金钢、锻件、冲压件、铸件的表皮加工，不平整断面、间断切削时的粗车、粗刨、半精刨。粗铣、钻孔等
　加人碳化钛，提高了硬度和耐热性。
含碳化钛越多，钴越少，则合金的硬度、耐磨性和耐热性越好，而抗弯强度就越差。因此YT30用于精加工，而YT15适用于粗加工。
YT15
79
15
-
6
　适于碳钢。合金钢连续切削时半精车、精车，间断切削时小断面精车，连续面半精铣、精铣、孔精扩、粗扩等
YT30
66
30
-
4
　适于碳钢、合金钢精加工，如小断面精车、精镗、精扩等
通用合金
YW1
84～85
6
3～4
6
　适于耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工钢材的精加工，及一般钢材、普通铸铁、有色金属的精加工
　加人碳化钽，显著提高了合金的硬度、耐磨性、耐热性及抗氧化的能力。　可铸铁、耐热钢、高锰钢、高级合金钢等难加工的材料和有色金属。
YW2
82～83
6
3～4
8
　适于耐热钢、高锰钢、不锈钢、高级合金钢等难加工钢材的半精加工，及一般钢材、普通铸铁、有色金属的半精加工
(3)钢结硬质合金
性能介于高速钢和硬质合金之间。
它是以一种或几种碳化物（如
TiC和WC）
为硬化相，以碳钢或合金钢（如高速钢、铬钼钢等）粉末为粘结剂，经配料、混料、压制和烧结而成的粉末冶金材料。
经退火后，可进行切削加工；经淬火回火后，有相当于硬质合金的高硬度和高耐磨性；也可锻造和焊接，并有耐热、耐蚀、抗氧化等特性。
适于*各种形状复杂的刀具，如麻花钻头、铣刀等，也可*较高温度下工作的模具和耐磨零件。

分类

1、钨钴类硬质合金

牌号由YG和平均含钴量的百分数组成。钨钴硬质合金，可用来切削铸铁、有色金属和非金属材料，亦可用做拉伸模、冷冲模、喷嘴、轧辊、顶锤、量具、刃具等耐磨工具和矿山工具。

2、钨钛钴类硬质合金

牌号由YT和碳化钛平均含量组成。钨钛钴硬质合金具有较高的抗月牙洼磨损能力，适合作长切削材料的刀具。

3、钨钛钽（铌）类硬质合金

牌号由YW加顺序号组成。

硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，用于*切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。

扩展资料

钨钴硬质合金品种繁多，按其成分可分为低钴、中钴和高钴合金3类；按其WC晶粒大小可分为微晶粒、细晶粒、中等晶粒和粗晶粒合金4类，按其用途可分为钨切削工具、矿山工具和耐磨工具3类。

钨钴硬质合金的性能与合金成分、组织结构和*工艺有关。其中最主要的因素是：粘结金属的组成和含量；WC的粒度大小和分布；碳含量；添加剂的组成和含量，以及影响合金相组成、WC晶粒大小和致密化的各种工艺因素。

与钨钴硬质合金比较，相同钴含量的钨钛钴硬质合金的抗弯强度较低，并随着TiC含量的增加而降低。