影響硬質合金硬度的因素

作爲硬質合金的一項重要力學性能指標，硬度（Hardness/Stiffness）是指合金材料抵抗其它硬物壓入引起凹陷變形的能力。硬質合金因具有較高的硬度（86～93HRA/69～81HRC），而深受航天、航空、航海、國防、軍工等領域的歡迎。但也正是由于這個特性，導致它很難製成形狀複雜的器具，因爲加工時很容易斷裂。一般來說，硬質合金的斷裂性能越好，硬度越低。

影響硬質合金硬度的因素主要有以下幾個：化學成分，化學成分質量（如純度、粒度等），合金內部結構，生産工藝和工作溫度。

1.化學成分及其質量

從概念上來看，硬質合金是由硬質相（如碳化鎢粉末、碳化鈦粉末、碳化鈮、碳化鉭等）和粘結相（如鈷粉、鎳粉、鐵粉等）共同組合成的一種高硬脆材料，其硬度會因爲硬質相和粘結相的數量、種類和含量的不同而發生改變。

一般來說，硬質化合物如碳化鎢粉末含量越高，合金的硬度越低，反之則越高，比如YG8合金的硬度不低于89.5HRA，YG15合金的硬度則不低于87HRA；但需要注意的是，當硬質相含量達到臨界值時，硬度會在一定範圍內波動。注：YG類合金是指鎢鈷類硬質合金，主要成分是碳化鎢和鈷，牌號由“YG”和平均含鈷量的百分數組成，如YG6是指鈷平均含量爲6%，其餘爲碳化鎢粉的合金。

YT15合金的硬度不低于91HRA，YG15合金的硬度不低于87HRA，這兩類合金都含有碳化鎢粉和鈷粉材料，但由于前者還含有碳化鈦粉末，合金的硬度就不同。注：YT類硬質合金是指鎢鈦鈷類硬質合金，主要成分是碳化鎢、碳化鈦和鈷，牌號由“YT”和碳化鈦平均含量組成，如YT15是指碳化鈦平均含量爲15%，其餘爲碳化鎢粉和鈷粉的合金。

另外，碳含量不同，硬質合金的硬度也不一樣。缺碳時，産生硬脆的η相，相當鈷含量减小，幷使碳化鎢晶粒細化，因而使合金的硬度升高；但嚴重缺碳時，η相過多硬度反而下降；過量的碳，會使合金産生軟相石墨夾雜，進而大幅度降低硬度。

隨著鈷相平均自由程的增加，硬質合金的硬度會减小。微粒的平均自由程是指微粒與其他微粒碰撞所通過的平均距離，用λ表示，單位爲米。

當原料及其配比相同時，碳化鎢粉末純度越高或顆粒尺寸越小，合金的硬度越大；反之硬度則越小。

2.內部結構

硬質合金的結構包括不均勻結構和均勻結構，其中不均勻結構有包括蜂窩結構、梯度結構等。梯度結構硬質合金材料由于組織不均勻，其硬度分布也不一致：合金表層由于富碳化鎢顆粒，硬度較高；中間層富Co相，硬度較低；心部由于含有大量硬質相，硬度又升高。

3.生産工藝

硬質合金的生産工藝主要包括粉末冶金工藝、注射成型技術或3D打印工藝。當生産工藝或工藝參數不同，合金的硬度也會不一樣，主要因爲碳化鎢粉末的顆粒大小和合金均受到生産溫度和時間等參數的影響。

4.後處理

燒結後處理方式包括熱處理，磨削和塗層。其中，熱處理中的滲碳處理是指爲增加合金表層的含碳量和形成一定的碳濃度梯度，將合金在滲碳介質中加熱幷保溫使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝。

滲碳處理後的合金擁有較高的表面硬度。研究表明，適當的提高滲碳溫度和延長滲碳時間，都有利于鎢鈷類硬質合金硬度的提高。但是，滲碳溫度過高或滲碳時間過長，則會使碳化鎢晶粒變大，進而降低合金的硬度。此外，合金的芯部由于滲碳處理時溶解一析出機制的作用，碳化鎢晶粒也會出現輕微的長大。

5.工作溫度

在一定條件下，隨著工作溫度的升高，材料的硬度會越來越低，但當到達臨界點時，硬度波動範圍較小。一般而言，普通硬質合金在500℃下硬度基本保持不變，在1000℃時仍有很高的硬度；低鈷晶粒合金在高溫下保有較高的硬度。

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