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。

 

一、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。

 

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,都高于高速钢。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。

 

二、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),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),后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)后加序数表示。

 

表① 常用硬质合金的牌号及化学成分

牌号 化学成分w/%
WC TiC TaC Co
YG3X 96.5 <0.5 3
YG6 94.0 6
YG6X 93.5 <0.5 6
YG8 92.0 8
YG8N 91.0 1 8
YG11C 89.0 11
YG15 85.0 15
YG4C 96.0 4
YG6a 92.0 2 6
YG8C 92.0 8
YT5 85.0 5 10
YT14 78.0 14 8
YT30 66.0 30 4
YW1 84~85 6 3~4 6
YW2 82~83 6 3~4 8

 

注:牌号后“X”表示细颗粒合金,“C”表示粗颗粒合金,无字为一般颗粒合金。

 

表② 常用硬质合金的物理及力学性能

 

牌号 物理、力学性能(不小于)
密度
G·CM-3)
硬度
HRa)
强度
σb/MPa
YG3X 15.0~15.3 91.5 1079
YG6 14.6~15.0 89.5 1422
YG6X 14.6~15.0 91.0 1373
YG8 14.5~14.9 89.0 1471
YG8N 14.5~14.9 89.5 1471
YG11C 14.0~14.4 86.5 2060
YG15 13.0~14.2 87 2060
YG4C 14.9~15.2 89.5 1422
YG6a 14.6~15.0 91.5 1373
YG8C 14.5~14.9 88.0 1716
YT5 12.5~13.2 89.5 1373
YT14 11.2~12.0 90.5 1177
YT30 9.3~9.7 92.5 883
YW1 12.6~13.5 91.5 1177
YW2 12.4~13.5 90.5 1324

 

三、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,可制作车刀、铣刀、刨刀、钻头等。其中钨钴类硬质合金适于黑色金属、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于钢等黑色金属的长切屑加工。在同类合金中,钴含量较多的适于粗加工,钴含量少的适于精加工。通用类硬质合金对于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

 

硬质合金用于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。