硬质合金及其应用领域详解

由于切削速度不断提高，不少刀具的刃部工作温度已超过700 ℃，有时甚至高达800 ℃～1 000 ℃，这时高速钢的红硬性已不能满足刀具的使用要求，需要采用更硬的材料——硬质合金作为制作刀具的材料。硬质合金种类很多，目前常用的有金属陶瓷硬质合金和钢结硬质合金。

1.金属陶瓷硬质合金

金属陶瓷硬质合金是将一种或多种难熔的金属碳化物粉末(如WC、TiC 等)和黏结剂(Co、Ni 等)混合，加压成型，再经烧结而成的粉末冶金材料，它与陶瓷烧结相似，故由此得名。

硬质合金的特点: 硬度很高(69～81 HRC)，红硬性很好(900 ℃～1 000 ℃)，耐磨性优良。故硬质合金刀具的切削速度可比高速钢提高4～7 倍，刀具寿命可提高5～80 倍。硬质合金可以切削加工奥氏体耐热钢和不锈钢等用高速钢无法切削加工的金属材料。有些硬质合金刀具还可以加工硬度在50 HRC 以上的硬质材料。

目前，广泛应用的金属陶瓷硬质合金有以下几类。

(1)钨钴类硬质合金

钨钴类硬质合金的主要成分为碳化钨和钴，应用最广泛的牌号有YG3、YG6、YG8 等，其中“YG” 表示钨钴类硬质合金，后边的数字表示钴的含量，如YG6，表示含Co 6%、含WC 94%的钨钴类硬质合金。

钨钴类硬质合金比钨钛钴类有较高的强度和韧性，因此，钨钴类硬质合金刀具适合加工脆性材料(如铸铁)。

(2)钨钛钴类硬质合金

钨钛钴类硬质合金主要成分为碳化钨、碳化钛和钴，应用最广泛的牌号有YT5、YT15、YT30 等，其中“YT” 表示钨钛钴类硬质合金，后边的数字表示TiC 的含量。如YT15 表示含TiC15%，其他为WC 和Co 的钨钛钴类硬质合金。

钨钛钴类有较高的硬度和较好的耐磨性及红硬性。钨钛钴类硬质合金刀具适合加工塑性材料(如钢等)。以上硬质合金中，碳化物是合金的“骨架”，起坚硬耐磨的作用，钴则起黏结作用。一般来说，含钴量越高(含碳化物量越低)，则强度、韧性越高，而硬度、耐磨性越低，因此含钴量多的牌号(如YG8)一般都用于粗加工及加工表面比较粗糙的工件。

(3)通用类硬质合金

通用类硬质合金在YT 类硬质合金中加入TaC (碳化钽)或NbC (碳化铌)而成。这类硬质合金的韧性和抗黏附性较高，耐磨性也较好，既能切削铸铁，又能切削钢材，故也称其为“万能硬质合金”。常用的牌号有YW1、YW2，牌号中的数字代表顺序号，数字越大，硬质合金中的Co 含量越高。(www.xing528.com)

通用类硬质合金常用来加工各种难加工的合金钢，如高锰钢、不锈钢和耐热钢等。

由于金属陶瓷硬质合金硬度高，脆性大，不能进行切削加工，也不能制成形状复杂的整体刀具，因而经常制成一定规格的刀片镶焊在刀体或模具上使用。

常用硬质合金的牌号、化学成分与性能见表7-7。

表7-7　常用硬质合金的牌号、化学成分与性能

目前金属陶瓷硬质合金除广泛用作切削刀具外，还用来制造量具、模具等耐磨零件，在采矿、采煤、石油、地质钻探等工业中，还应用它制造钎头和钻头等。硬质合金的牌号很多，实际应用中可根据加工方式、被加工材料性质、加工条件来选用硬质合金刀片，如表7-8 所示。

表7-8　硬质合金刀具(刀片)牌号的选用

续表

2.钢结硬质合金

钢结硬质合金是性能介于高速钢和硬质合金之间的新型工具材料，它是以一种或几种碳化物(如TiC、WC 等)为硬质相，以合金钢(如高速钢、铬钼钢等)粉末为黏结剂，经配料、混料、压制和烧结而成的粉末冶金材料。

钢结硬质合金烧结坯件经退火后可进行一般的切削加工，经淬火、回火后有相当于金属陶瓷硬质合金的高硬度和良好的耐磨性，也可进行焊接和锻造，并有耐热、耐蚀、抗氧化等性能。如高速钢钢结硬质合金，其成分为35%的TiC 和65%的高速钢，经退火后硬度为40～50 HRC，其淬火、回火工艺与高速钢相似，淬火、回火后的硬度为69～73 HRC。高速钢钢结硬质合金适用于制造各种形状复杂的刀具，如麻花钻头、铣刀等，也可制造在较高温度下工作的模具和耐磨零件。