一次說清鎢產品有哪些？之四：硬質合金

2022國慶期間，中鎢在線計畫為大家呈現系列短文簡要而全面地介紹除作為特殊商品的鎢礦山之外的鎢製品，包括鎢精礦、氧化鎢、金屬鎢製品、硬質合金、高比重合金、鎢銅、鎢銀、鎢鋼等知識。

一次說清鎢產品有哪些？之一：鎢精礦

一次說清鎢產品有哪些？之二：氧化鎢

一次說清鎢產品有哪些？之三：金屬鎢製品

一次說清鎢產品有哪些？之五：鎢合金

一次說清鎢產品有哪些？之六：鎢銅、鎢銀合金和鎢鋼

第四篇 硬質合金

1. 什麼是硬質合金？

硬質合金是硬質合金是一種金屬陶瓷，它的組成是：基體為碳化鎢粉等金屬碳化物（如WC、TiC、TaC等）輔以一種和/或幾種難熔金屬粉末（碳化物、氮化物如碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮等）為主要成分，加入金屬粘結劑粉末（鈷、鎳等），採用粉末冶金工藝生產的合金，用於製造高速切削刃具和硬、韌材料切削刃具，以及製作冷作模具、量具和不受衝擊、振動的高耐磨零件等廣泛用途。

硬質合金是鎢資源最為重要用途，歐洲鎢的消費中硬質合金約為72%，日本約為66%，中國為54%。經濟發展對鎢需求逐漸增加主要是由於在硬質合金的需求量的增加。中國對鎢的需求量占全球64%；歐美日略有萎縮，歐洲從26%下降到14%，美國從14%下降到9%，日本從13%下降到7%，其他地區變化不大，從6%增加到7%。

2. 硬質合金有哪些特點？

（1）硬度、耐磨性和紅硬性高

硬質合金常溫下硬度可達86-93HRA，相當於69-81HRC。在900-1000℃能保持高硬度，並有優良的耐磨性。與高速工具鋼相比，切削速度可高4-7倍，壽命長5-80倍，可切削硬度高達50HRC的硬質材料。

（2）強度、彈性模量高

硬質合金的抗壓強度高達6000MPa，彈性模量為（4-7）×105MPa，都高於高速鋼。但其抗彎強度較低，一般為1000-3000MPa。

（3）耐蝕性、抗氧化性好

一般能很好地抗大氣、酸、堿等腐蝕，不易氧化。

（4）線膨脹係數小

工作時形狀尺寸穩定。

（5）成形制品不再加工、重磨

由於硬質合金硬度高並有脆性，所以粉末冶金成形燒結後不再進行切削加工或重磨，特需再加工時，只能採用電火花、線切割、電解磨削等電加工或專門的砂輪磨削。通常由硬質合金製成的一定規格的製品，採用釺焊、粘接或機械裝夾在刀體或模具體上使用。

3. 硬質合金有哪些性能指標？

4. 硬質合金有哪些種類？

4.1 按晶粒度分類

瑞典Sandvik把特粗硬質合金牌號定位S-Grade，粗晶硬質合金的晶粒度、超粗、特粗晶粒硬質合金廣泛應用於石油鑽齒、截煤機齒、路面冷銑刨機齒、衝壓模具、軋輥等領域。

4.2 按加工程度分類

根據生產加工程度不同，硬質合金產品分為硬質合金毛坯（燒結態）、硬質合金精加工產品、硬質合金塗層產品；在不同加工態的產品中又有更詳細的分類，如精加工的程度不同，加工工藝不同類型也有差異；塗層硬質合金有根據塗層（氮化鈦（TiN）碳氮化鈦(TiCN)氧化鋁(Al2O3)）工藝不同分為PVD和CVD等。

4.3 按用途分類

根據用途不同，硬質合金的主要產品種類有切削刀具、鑿岩工具、採掘工具、鑽探工具、測量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯裡、精密軸承、噴嘴、五金模具（如拉絲模具、螺栓模具、螺母模具等）。不同的類別硬質合金刀具和工器具又有很多分類，如硬質合金刀具有分為車刀、銑刀、刨刀、鑽頭、鏜刀等，用於切削鑄鐵、有色金屬、塑膠、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。

按照硬質合金的用途可具體分為：

（1）切削工具：用作各種各樣的切削工具。如：焊接刀具、數控刀具、整體硬質合金鑽頭、PCB等。我國切削工具的硬質合金用量約占整個硬質合金產量的1/3。

（2）礦用工具：主要用於衝擊鑿岩用釺頭，地質勘探用鑽頭，礦山油田用潛孔鑽、牙輪鑽及截煤機截齒，建材工業衝擊鑽等。我國地礦用硬質合金約占硬質合金生產總量的25%。

（3）模具：拉絲模、冷鐓模、擠壓模、衝壓模、拉拔模以及軋輥等。用作各類模具的硬質合金約占硬質合金生產總量的8%。

（4）結構零件：如壓縮機活塞、車床夾頭、磨床心軸、軸承軸頸等。

（5）耐磨零件：如噴嘴、導軌、柱塞、球、輪胎防滑釘、鏟雪機板等。

（6）耐高壓高溫用腔體：頂錘、壓缸等製品。

（7）其他用途：如錶鏈、錶殼、高級箱包的拉鍊頭、硬質合金商標等。

4.4 按金屬粘結劑化學成分粉類

鎢鈷類（ISOK類牌號）（WC+Co）

主要成分是碳化鎢（WC）和粘結劑鈷（Co）。其牌號是由“YG”（“硬、鈷”兩字中文拼音字首）和平均含鈷量的百分陣列成。例如，YG8，表示平均WCo=8%，其餘為碳化鎢的鎢鈷類硬質合金。一般鎢鈷類合金主要實用於：硬質合金刀具、模具以及地礦類產品。

鎢鈷鈦類（ISOP類牌號）（WC+TiC+Co）

主要成分是碳化鎢、碳化鈦（TiC）及鈷。其牌號由“YT”（“硬、鈦”兩字中文拼音字首）和碳化鈦平均含量組成。例如，YT15，表示平均TiC=15%，其餘為碳化鎢和鈷含量的鎢鈦鈷類硬質合金。

鎢鈦鉭（鈮）添加稀有金屬碳化物類（ISOM類牌號）（WC+TiC+TaC（NbC）+Co）

主要成分是碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（或碳化鈮）及鈷。這類硬質合金又稱通用硬質合金或萬能硬質合金。其牌號由“YW”（“硬”、“萬”兩字中文拼音字首）加順序號組成，如YW1。

金屬陶瓷硬質合金（TiN（TiC）+WC+Mo2C+Ni（Co））

金屬陶瓷硬質合金是將一些高熔點、高硬度的金屬碳化物粉末（如WC、TiC等）和粘結劑（Co、Ni等）混合後，加壓成形，再經燒結而成的一種粉末冶金材料，具有高硬度、高抗壓強度、高耐磨性和脆性大的特點，不能進行鍛造及熱處理，主要用來製作多工位級進模、大直徑拉深凹模的鑲塊。

塗層硬質合金

塗層硬質合金是在合金表面上沉積一層TiC、TiN、TiB2、ZrN、CrN、AI2O3、TiCN、B4C、SiC、BN、TiAIN、金剛石等物質，使工具的使用性能成倍提高。

鋼結硬質合金

主要成分是鋼，而以TiC或WC作硬質相組成的一類硬質合金。其顯著特點是可熱處理與機加工，是界於工具鋼和硬質合金之間的一類中間合金。

其他硬質合金

如Cr3C2基硬質合金，以Cr3C2為主成分，以Ni或Ni-W等作粘結劑所組成的硬質合金，通常用作耐磨耐腐蝕零件。

除了硬質合金，此外還有兩類重要的刀具材料，一類是陶瓷材料，包括氧化鋁系（白陶）、氮化矽系和賽隆陶瓷（Si3N4/Al2O3）。另一類是超硬材料，聚晶金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼PCBN。

4.5 按被加工材料分類及工具材料選擇分類

根據合金的使用範圍分類，隨著硬質合金工業的不斷發展，各個國家的命名規則不一致，即使同一國家不同廠家的命名也是各不相同，為了方便用戶，國際標準組織規定了以下統一分類方法分為三類P類、M類、K類等。

P類：P01、P05、P10、P15、P20、P25、P30、P40

加工鋼、鋼鑄件如普通碳素結構鋼（如Q235-A.F）、優質碳素結構鋼（如45鋼、50錳、20G等）、碳素工具鋼（如T7、T7A、T8、T8A、T13、T13A等），切削牌號一般選擇W—Co—Ti類合金如YT5、YT14、YT15、YT15R、YT05、YT30、YC101、YC201、YC301、YC45等；

M類：M10、M20、M30、M40

通用合金，通常用於切削不銹鋼、高硬度鑄鐵等難加工材料；加工奧氏體/鐵素體/馬氏體不銹鋼（如1Cr18Ni9Ti、0Cr19Ni、1Cr17Mo、0Cr13Al、3Cr13、7Cr17、1Cr18Ni11Si4AlTi、0Cr26Ni5Mo2）、鑄鋼、錳鋼（40Mn18Cr3、50Mn18Cr4等）、合金鋼（含有Ni、Si、Co、Al、Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等合金元素的碳素鋼）、合金鑄鐵、可鍛鑄鐵、易切鋼（Y12、Y15、Y30、Y40Mn等），切削牌號選擇W—Co—Ti—Ta（Nb）類合金，如YW1、YW2、YW3、YS8、YS25、YM101、YM201、YM301、YC201等。

K類：K05、K10、K20、K30、K40

短切屑合金，主要用於切削鑄鐵及有色金屬，以及包括塑膠、石材在內的非金屬材料；主要加工普通鑄鐵、難加工鑄鐵（冷硬鑄鐵、高鉻鑄鐵、高矽鑄鐵）、短屑可鍛鑄鐵，一般選用W—Co類合金，如YG3X、YG3、YG6X、YG6、YG6A、YG8、YG8N、YD101、YD201、YD301等。

N類

加工有色金屬和無機材料（鋁、鎂、銅、黃銅、塑膠等），一般選用W—Co類合金和金屬陶瓷，W—Co類合金多採用細晶和超細晶合金，YG6X、YF06、YM201、YD201等。

S類

耐熱優質合金即高溫合金（Fe基、Fe—Ni基、Ni基、Co基、Ti基合金，如GH1015、GH2036、GH3128、GH4033、K211、K406、K640、TA2、TA8、TB1、TB2、TC1~TC6等），除Ti基高溫合金外，一般可選用W—Co—Ti—Ta（Nb）類或W—Co類合金，如YS8、YM201、YM301、YG6X、YG8、YW2、YW3、YD201等；而Ti基高溫合金應選用不含Ti的W—Co類合金，如YG8、YG6X、YG8N、YG6A，理想情況是採用超細晶合金牌號。

H類

淬硬材料（GCr15淬火鋼、Cr12、T12A等），傳統牌號宜選用YM101、YM201、YS8、YG8N、YNG151等，最好是用立方氮化硼刀片。

4.6 按照形狀分類

硬質合金球狀體

硬質合金球是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級粉末為主要成分，常見的硬質合金有YG、YN、YT、YW系列。常用的硬質合金球主要有YG6硬質合金球、YG6x硬質合金球、YG8硬質合金球、YG13硬質合金球、G20硬質合金球、YN6硬質合金球、YN9硬質合金球、YN12硬質合金球、YT5硬質合金球.YT15硬質合金球。

硬質合金棒狀體

硬質合金棒主要特點是具有穩定的機械性能，易於焊接，具有高耐磨性和高耐衝擊性。硬質合金棒狀體主要用於硬質合金棒主要適用於鑽頭，立銑刀，絞刀。它也可用於切割，衝壓和測量工具。它被用於造紙，包裝，印刷，有色金屬加工行業。此外，它還廣泛用於加工高速鋼刀具，硬質合金銑刀，硬質合金刀具，航空刀具，硬質合金鑽頭，銑刀取芯鑽頭，高速鋼，銑刀，微型結束銑刀，鉸試點，電子刀具，階梯鑽，金屬切割鋸，雙保證金鑽，槍桿子，角度銑刀，硬質合金旋轉銼等。硬質合金棒不僅可以用來切割和鑽孔工具也可以作為輸入針，各種軋輥磨損的零件和結構材料來使用。此外，它可以廣泛應用於許多領域，如機械，化工，石油，冶金，電子和國防工業。

硬質合金板狀體

硬質合金板，具有良好的耐久性和耐衝擊性強，可用於在硬體和標準的衝壓模具。硬質合金板廣泛應用於電子工業，電機轉子，定子，LED引線框架，EI矽鋼片等。

4.7 按國家標準界定的硬質合金產品類別

截至目前，我國已經出臺相關行業標準的硬質合金產品有：

硬質合金可轉位刀片圓角半徑、無孔的硬質合金可轉位刀片、硬質合金可轉位銑刀片、鑿岩用硬質合金釺頭、硬質合金車刀、地質、礦山工具用硬質合金、耐磨零件用硬質合金、硬質合金旋轉銼-圓柱形旋轉銼（A型）、硬質合金旋轉銼-圓柱形球頭旋轉銼（C型）、硬質合金旋轉銼第-圓球形旋轉銼（D型）、硬質合金旋轉銼-橢圓形旋轉銼（E型）、硬質合金旋轉銼-弧形圓頭旋轉銼（F型）、硬質合金旋轉銼-弧形尖頭旋轉銼（G型）、硬質合金旋轉銼-火炬形旋轉銼（H型）、硬質合金旋轉銼-60°和90°圓錐形旋轉銼（J型和K型）、硬質合金旋轉銼-錐形圓頭旋轉銼（L型）、硬質合金旋轉銼-錐形尖頭旋轉銼（M型）、硬質合金旋轉銼-倒錐形旋轉銼（N型）、硬質合金錯齒三面刃銑刀、硬質合金錐柄麻花鑽、硬質合金T形槽銑刀、帶圓角圓孔固定的硬質合金可轉位刀片、帶圓角沉孔固定的硬質合金可轉位刀片、整體硬質合金直柄立銑刀、礦山、油田鑽頭用硬質合金齒、硬質合金螺旋齒立銑刀-錐柄立銑刀、硬質合金電子切削刀具-切腳機刀片、硬質合金電子切削刀具-V-CUT刀、硬質合金螺旋齒立銑刀-莫氏錐柄立銑刀、硬質合金螺旋齒立銑刀-直柄立銑刀、整體硬質合金直柄立銑刀、量規、量具用硬質合金毛坯、硬質合金拉制模、地質勘探工具用硬質合金製品、切削工具用硬質合金、鋼結硬質合金材料毛坯、碳化鎢鋼結硬質合金、硬質合金機夾三面刃銑刀、整體硬質合金鋸片銑刀、硬質合金機用鉸刀、線、棒和管拉模用硬質合金模坯、硬質合金圓棒毛坯、木工硬質合金圓鋸片、旋轉和旋轉衝擊式硬質合金建工鑽、整體硬質合金直柄麻花鑽-直柄麻花鑽、整體硬質合金直柄麻花鑽-2°、斜削平直柄麻花鑽、旋轉和旋轉衝擊式硬質合金建工鑽、硬質合金斜齒立銑刀、硬質合金直柄麻花鑽、硬質合金管狀焊條、硬質合金噴焊粉、硬質合金再生混合料、整體硬質合金和陶瓷直柄球頭立銑刀、鑿岩用硬質合金整體釺、印製板用硬質合金鑽頭……

5. 硬質合金的牌號是什麼意思？

鎢鈷類硬質合金主要成分是碳化鎢（WC）和粘結劑鈷（Co）。牌號由“YG”（“硬、鈷”兩字中文拼音字首）和平均含鈷量（品質分數X 100）組成。例如YG6，表示平均ωCo=6%，餘量為碳化鎢的鎢鈷類硬質合金。

鎢鈷鈦類硬質合金主要成分是碳化鎢、碳化鈦（TiC）和粘結劑鈷。牌號“YT”（“硬、鈦”兩字中文拼音字首）和碳化鈦平均含量（品質分數X 100）組成。例如YT15，表示平均TiC=15%，餘量為碳化鎢和鈷鎢鈦鈷類硬質合金。

通用硬質合金主要成分是碳化鉭（TaC）、碳化鈮（NbC）、碳化鈦、碳化物和粘結劑鈷。牌號為“YW”（“硬”和萬能的“萬”兩字中文拼音字首）加序號表示，如YW1，YW2。它的熱硬性很高，其他性能介於鎢鈷類和鎢鈷鈦類之間，能加工鋼材、鑄鐵和有色金屬，故稱為通用硬質合金。

6. 附錄：硬質合金牌號對照表

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