在切削加工硬質合金刀具時，切削用量對硬質合金刀具的磨損有著重要的影響，特別是切削速度。不同的切削速度對硬質合金刀具的磨損量有著不同的變化。一般來說，切削速度越大，刀面磨損量就越大，刀具的磨損就越嚴重。無塗層硬質合金刀具在高速切削時，後刀面磨損量迅速上升，切削距離很短，而且磨損量遠大於低速切削時的磨損量。當切削速度達到100m/min 以上時，塗層在切削過程中因摩擦脫落，刀具基體暴露參與切削。導致硬質合金刀具磨損加劇，最終失效。

不同牌號的硬質合金刀具其磨損都是隨著切削速度的增大而增加。低速切削時以粘結磨損為主要磨損機理，高速切削時以氧化磨損和擴散磨損為主要磨損機理。這是由於隨著切削速度的增加，刀-屑接觸面溫度與壓力越來越大，刀-屑之間的接觸由滑動接觸變為粘結接觸。在刀具與工件接觸表面摩擦過程中所產生的粘附力作用下，刀具材料細微質點發生剝落或剪切。當切削溫度達到800~900℃時，工件元素與刀具元素之間發生分解並相互擴散，使刀具的強度下降，造成硬質合金刀具的磨損甚至破損失效。




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硬質合金刀具磨損過程分為初期磨損、正常磨損和劇烈磨損三個階段組成。

1. 初期磨損階段
硬質合金刀具和工件在剛接觸時，由於新刃磨的刀具表面粗糙度大，以及微觀裂紋、氧化或脫碳層等缺陷，使實際接觸面積較小，接觸點粘結嚴重，因此刀具磨損較快。隨著切削的進行，刀具表面微峰峰頂逐漸磨去，表面粗糙度值降低，實際接觸面積增大，接觸點數增多，因此硬質合金刀具的磨損率降低。塗層硬質合金刀具在中低速時，磨損比較均勻。速度增大時，磨損帶開始呈現拋物線狀。

2. 正常磨損階段
經過初期磨損後，硬質合金刀具的粗糙表面逐漸磨平而進入正常磨損階段。這個階段的磨損比較緩慢均勻，磨損量隨著切削時間的增長而近似成比例增加。這個階段是刀具的有效工作階段。當刀具磨損進入正常磨損階段後，副後刀面的磨損區域呈均勻磨損的現象。特別是塗層硬質合金刀具，其磨損範圍呈現為均勻的條狀磨損。與無塗層硬質合金刀具相比，它的磨損更為緩慢地進入正常磨損階段。

3. 劇烈磨損階段
當硬質合金刀具的磨損量到達一定值後切削力會急劇增大，切削溫度也迅速升高，後刀面磨損值將大幅增加，機械效率下降、精度喪失、產生異常振動和雜訊，最後造成刀具的切削性能下降，最終導致硬質合金刀具失去切削能力。




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經過幾十年的發展, 硬質合金刀具的硬度已達89 ～93HRA , 在1000 ℃的高溫下仍具有較好的紅硬性, 其耐用度是高速鋼刀具的幾十倍。硬質合金刀具材料是由WC 、TiC 、TaC 、NbC 、VC 等難熔金屬碳化物以及作為粘結劑的鐵族金屬用粉末冶金方法製備而成。與高速鋼相比, 它具有較高的硬度、耐磨性和紅硬性；與超硬材料相比, 它具有較高的韌性。由於硬質合金刀具具有良好的綜合性能, 因此在刀具行業得到了廣泛應用。 

然而硬質合金刀具在一定情況下會發生擴散磨損。擴散磨損是在高溫作用下發生的。硬質合金在 800~900℃切削溫度時，W 原子和 C 原子就會向切屑中擴散，切屑中的 Ti 和 Al 原子也會向刀具中擴散，經原子間相互置換後，就會降低刀具中原子間結合強度和耐磨性而形成了擴散磨損。切削鈦合金時，由於切削區溫度很高，而且表面始終與剛切削出的新鮮表面相互接觸，切屑、工件與刀具前、後刀面有較大的化學活性，所以硬質合金刀具材料和鈦合金材料接觸面的元素會相互擴散到對方去，改變了兩者的化學成分，直接影響其性能。




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合格的坯料是鎢材生產的關鍵之一，制好坯料首先要選用合格的鎢粉末。粉末的特徵（平均粒徑、粒度分佈、化學成分）、混料、成形和燒結工藝對坯料的成分、密度和微觀結構有直接影響，並強烈地影響著產品加工和使用性能。不下垂鎢絲中添加的矽、鋁、鉀元素是在三氧化鎢或“藍鎢”（為多種低價氧化鎢的混合物）中以氧化物形式添加的，混合料常用含氫氟酸的溶液進行洗滌，以去除粉中雜質。

生產絲和小片材的坯料多在壓力機上成形，也可採用等靜壓製成形。粉坯尺寸一般為12×12×400毫米,也有採用較大尺寸的圓棒、方棒或矩形棒。粉坯首先在氫氣氣氛中經 1200℃、1小時預燒使之具有一定強度和導電性後，再進行通電自阻燒結。通電自阻燒結俗稱“垂熔”，是鎢加工中發展起來的方法。原理是將電流直接通過燒結坯,由於坯料本身的電阻而產生焦耳熱,利用這種熱使坯料燒結,燒結電流通常為熔斷電流的90％。所得坯料為自阻燒結條（又稱垂熔條）。

可加工成絲材的垂熔條一般標準是控制斷面晶粒數為每平方毫米約10000～20000個，密度為17.8～18.6克/釐米3。對於管材、片材或其他大規格產品, 常採用等靜壓制(壓力在2500公斤力/毫米2以上)成形，在2300～2700℃的高溫下於真空或氫氣保護中燒結。

旋鍛是生產鎢絲坯料和細棒的常用塑性加工方法，不同尺寸的棒材於氫氣氣氛中加熱到1400～1600℃，在不同型號的旋鍛機上進行旋鍛。開始道次變形量不宜過大,隨後可適當增加變形量。旋鍛變形過程中工件和模具間用石墨潤滑。加工後的鎢棒密度可達18.8～19.2克/釐米3。由於方坯鍛成圓坯,各部位變形不同，使組織不均勻,此時應進行再結晶退火。




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由於仲鎢酸銨（APT）氫還原制得的金屬鎢粉的粒度大小在選定的工藝條件下對原始的仲鎢酸銨粒度和晶體形貌有依附的“遺傳關係”。因此由細顆粒仲鎢酸銨通過優化的傳統工藝生產超細鎢粉是可行的，目前的仲鎢酸銨粒度在25～60μm，難以滿足生產超細鎢粉的要求。所以如何製備微米級細顆粒仲鎢酸銨是要解決的關鍵問題。

（1）不加添加劑的條件下製備超細顆粒仲鎢酸銨的最佳條件：蒸發結晶溫度45℃，鎢酸銨濃度為WO3272g/L，攪拌強度200r/min。

（2）陰離子表面活性劑A和陽離子表面活性劑B都能使APT晶粒細化，但A對晶體細化效果最好。

（3）表面活性劑A加入時間和加入量對APT粒度的影響很大。晶核出現後添加，粒徑降低最明顯，1000×10-6用量的油酸可使APT粒度降低2.1μm，抑制晶體生長效果顯著但粒度不均勻。隨A用量增加，APT粒徑逐漸降低，增至7000×10-6時則粒度不再下降。在蒸發結晶開始時加入（7000～10000）×10-6。

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在鎢行業中的粉末治金過程，為保證鎢粉末的均勻性，往往需對仲鎢酸錢粒度進行控制。目前國內外仲鎢酸錢的制取多採用沸騰蒸發，然而按現有常規蒸發結晶工藝條件所生產的仲鎢酸按，其粒度比較粗而不均勻，松裝密度一般為2.2、2.5克/米厘3。在蒸發結晶過程中通過控制蒸發結晶溫度，攪拌時間，結晶終點等工藝條件，並結合現有工藝設備的特點，充分控制晶粒的形成數目，抑制晶核的成長，使仲鎢酸鉸的松裝密度達到1.65、1.90克/釐米3的中顆粒範圍，產品的化學純度也能夠得到充分提高。

由於蒸發結晶終點母液密度的高低，對APT松裝密度影響不大，因此在產品品質可以保證的前提下，完全可以相應提高結晶率。即降低蒸發終點母液密度。

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仲鎢酸銨(APT)作為粉末冶金工業的原料，是我國重要的出口商品之一，其中雜質的分離是仲鎢酸銨生產過程的重要工序，也是一大技術難題。由於溶液中P、Mo、Si等雜質易吸附在晶體生長的活性點上，妨礙晶體生長，這也使得仲鎢酸銨晶粒變細，品質變差；由於溶液雜質在蒸發結晶過程中易進入產品，影響產品品質，甚至導致產品不合格，所以在結晶過程中，採取控制結晶率、提高NH4Cl在鎢酸銨溶液中的濃度、攪拌洗滌及加試劑洗滌等方法，可達到除雜的目的。通過對仲鎢酸銨各種生產工藝的一般流程和雜質的基本性質進行綜述，較系統地分析了仲鎢酸銨各種生產工藝中雜質分離方法的優點與不足。分析表明：離子交換法除雜質具有工藝流程短、鎢的損失小、除雜效果好、操作簡單、環境污染小、經濟可行等優點，因而具有較好的工業應用前景。

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仲鎢酸銨(APT)是鎢冶煉過程中的一種中間產物,它主要用來生產藍鎢、三氧化鎢,而藍鎢、三氧化鎢是生產硬質合金粉末料的原料,在離子交換工藝生產仲鎢酸銨(APT),如果控制不好,易使產品中Ca含量超標。這些產品一方面最終影響硬質合金品質,給用戶帶來經濟上的損失,另一方面生產廠家不僅由於產品積累不能取得較好經濟效益,而且還會在一定程度上造成寶貴鎢資源的浪費,所以必須進行再處理。我廠曾經生產出部分Ca含量嚴重不合格的仲鎢酸銨,如果按傳統工藝對這些不合格品進行處理,工藝流程長,消耗大,成本高。

傳統處理高鈣仲鎢酸銨一般是將高鈣產品投入經典工藝的淨化過程轉為鎢酸鈉溶液,再按後續工藝流程最後得到合格的仲鎢酸銨產品。這種處理方法成本高約5000元/tAPT。採用新法處理高鈣APT只要在結晶鍋內加純水及添加劑再經過濾、烘乾、過篩即可得到合格的仲鎢酸銨。

費用估算處理1t高鈣仲酸銨需添加劑EDTA20kg,所需費用1200元,考慮到整個過程有所損失,那麼處理1t高鈣仲酸銨的所有費用在2000元以內。與傳統處理高鈣仲鎢酸銨方法比較,新法比傳統方法節約3000元/t以上。

高鈣仲鎢酸銨採用EDTA絡合再處理效果好,處理每噸高鈣仲鎢酸比傳統再處理方法節約費用3000元人民幣以上,節約成本60%左右,具有一定經濟實用價值,值得推廣。

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硬質合金由難熔金屬硬質化合物和金屬粘結劑經粉末冶金方法而製成,其硬度(HRA)為89~94,遠遠高於高速鋼；在540℃時硬度(HRA)為82~87,與高速鋼常溫時的硬度(HRA83~86)相當,同時還具有化學穩定性好、耐熱性高等優點。目前供使用的刀具材料品種雖然很多,新型的刀具材料也不斷出現,但硬質合金仍是很受歡迎的一種刀具材料。

在切削鈦合金時，當硬質合金刀具的切削溫度達到 700~800℃時，硬質合金刀具材料中的 WC、TiC、和 Co 與空氣中氧起化合作用，形成了硬度和強度較低的氧化膜。由於空氣不易進入切削區，所以容易在硬質合金刀具後刀面位置形成氧化膜。在切削時受工件表面中氧化皮、冷硬層和硬雜質點對氧化膜連續摩擦，造成了後刀面的氧化磨損，也叫邊界磨損。當磨損量大時，就會形成氧化磨損溝槽。硬質合金刀具氧化磨損主要表現為刀具的後刀面以及副後刀面都出現了氧化磨損的現象。而且這種現象在高速切削時更加明顯。




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粘結是指硬質合金刀具與工件材料接觸到原子間距離時所產生的結合現象。在高速切削鈦合金 TC4 時，由於切削溫度高，接觸壓力大，而且刀面上存在微觀不平度，導致硬質合金硬度降低與工件材料粘結以及工件與刀具元素間親和。當粘結部位強度夠高時，粘結部位之外的地方受到剪切。剪切發生在刀具內部時，刀具的一部分會被切屑帶走，小規模發生的叫粘結磨損，大規模發生的叫崩刃。

硬質合金材料的彈性模量小，工件表面易發生回彈，所以在切削過程中徑向力很大，刀具和工件實際接觸面積會增加，切屑沿著刀具後刀面移動，破壞了硬質合金刀具後刀面表層的氧化層，導致刀具後刀面發生粘結磨損。隨著切削的進行，粘結物脫落最終造成後刀面的磨損。目前國際上一般都以後刀面的磨損作為衡量刀具耐用度的主要標準，後刀面的劇烈磨損會減低已加工表面品質和尺寸精度。所以控制後刀面的磨損是提高硬質合金刀具耐用度的重要途徑。




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