随着我国机械、电子、化工、航天航空工业的飞速发展和科学技术的不断进步，硬质合金刀具将越来越广泛地应用于我国生产的各个领域，并将带来更大的经济效益。

硬质合金是目前金属切削加工中最常用的刀具材料之一。它是用具有高耐热性和高耐磨性的难熔的金属碳化物（WC、TiC等）粉末作基体，以金属Co等为粘结剂，经高压压制后烧结而成的粉末冶金制品。其特点是：硬度高，耐磨性好，硬度可达到74～82HRC；化学稳定性和热稳定性好，具有较高的耐热性，能耐850～1000℃；因而允许使用的切削速度可达100～300m/min，硬质合金的切削性能良好，因此得到广泛的应用。但硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性不好，工艺性能较差；使用中很少制成整体刀具，一般制成各种形状的刀片焊接或夹固在刀体上。


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同样材质的硬质合金毛坯，在加工制成模具后，其使用寿命有的长，有的则很短。经分析，发现问题出在设计、加工、组装以及焊接等上。  

1.硬质合金模具设计技术状况 

拉丝模是一结构较简单的模具。80年代以前我国一直沿用前苏联的"直线型"理论设计，80年代后才有部分厂家引用50年代就提出了的"圆滑过渡"技术理论。 近年来，我国学者对拉丝模进行了角度设计和环沟磨损的理论分析，提出了最大、最小拉拔角的概念，分析了金属在拉伸变形过程中对模具产生不均匀磨损的机理。广东工学院的研究人员对冷镦小规格螺钉用硬质合金模具进行了解剖分析，得出国产模具寿命低（200-400万次）而日本模具寿命高（900-1000万次）的秘密所在，其关键技术是在角度的设计上。即日本模在模芯底部与模套内孔底面中心接触部位采用了双凸面设计。它的优点是能使受力最大的中心部位保证紧密压靠，四周留下的空隙又可供过盈配合时，储藏从孔壁挤出的多余金属。沈阳桥梁厂对冷镦M12螺母用的硬质合金凹模，由原来的六角设计改为六瓣编装镶套组合起来使用。其平均寿命 50万件／模，高的达 120万件／模。笔者认为这种设计比较合理，一是因为它比整体结构设计模节约硬质合金；二是它装配简单；三是模具更换容易，损坏一瓣可更换一瓣。 

2．加工与装配技术对硬质合金模具的影响

硬质合金模具的尺寸精度和形位精度是靠磨削来实现的。由于对硬质合金的磨削力是对一般钢材磨削力的2-3倍。所以要求磨床的动力要大，刚性要高，就我国目前的机床水平，还没有加工硬质合金的专用磨床。故常造成加工误差，误差的累积效应将严重的损伤模具的使用寿命。 在电火花加工过程中，由于放电的瞬间模具材料受到高达10000 C左右的高温作用和液体介质的作用，会使表层发生金相组织的变化，还有可能渗碳（工作液中的碳），渗金属（铜钨电极），甚至出现显微裂纹等，无疑影响寿命。 镶套是为了使合金能承受更大的冲击和挤压负荷，不论是热压镶套还是冷压镶套，间隙要求都很严。一般冷压镶套选择0．03-0．05mm的过盈量，热压镶套为 0．08-0．10mm，型腔套的加温取700-800C，硬质合金取300C左右。热压完成后，放人600C箱式炉中保温Zh，以消除应力。 

硬质合金的焊接也是一项关键技术，一般采用钎焊的较多。湖南省冶金材料研究所曾为西安飞机发动机制造公司研制了一种镍基钎焊料，在真空炉中钎焊硬质合金收到良好效果。


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硬质合金模具是现代工业中不可缺少的重要装备。硬质合金模具市场，相应硬质合金总产量的增长而递增。随着高新技术的发展，许多由切削加工的零件和产品，越来越多的被模制成分件所代替，因此模具市场潜力很大。据海关统计，2000年我国共进口模具9．77亿美元，折合人民币80亿元。 

1．硬质合金顶锤
目前，我国人造金刚石年产量已达600Mg（0．3Gcar），按每生产2000g（10kcar）人造金刚石消耗顶锤 10 kg计算，顶锤年消耗在3000t左右，若考虑技术进步因素，年消耗也在1500、2000t。 

2．硬质合金拉丝模
我国钢铁产量已过亿吨，线材产量也达 1800万t，加之铜铝线材的迅速发展，拉丝模的需求占硬质合金总产量的6％-7％，应在500t左右，考虑技术进步和钢结合金的部分替代，也应在400t范围。 

3．冷镦、冷冲、成形和整形等模具
由于我国机械、电器、微电机等工业的迅速发展，高速冲床的大量引进，估计这类模具的市场容量在100-150t。 

4．无磁模
近几年，我国研制了一系列无磁模具，由于制作上的难度和价格昂贵等因素，推广速度慢，据估算需求在 15t以内。 

5．热作硬质合金
高速线材轧机轧辊是一种带轧槽或轧孔的制品，工作时，1000-1100C的钢坯以70-120m／min的速度穿过，使之受到高温高频次的热应力作用，因而它是一种易损部件。目前我国不同规模的这类生产线有30 多条，估计需求量在100-150t。


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1.硬度。碳化物WC、TiC等的硬度很高，所以合金整体也就有高硬度，一般在HRA89~93之间。硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量和粒度而变化，又随粘结剂含量的增多而降低。在粘结剂含量相同时，WC-TiC-Co合金的硬度高于WC-Co合金。

硬质合金的硬度又随着温度升高而降低。在700~800℃时，部分合金保持着相当于高速钢在常温时的硬度，另一部分合金则低些。合金的高温硬度仍取决于碳化物在高温下的硬度，故WC-TiC-Co合金的高温硬度比WC-Co合金高些。添加TaC(NbC)能提高高温硬度。 

2.抗弯强度和韧性。常用牌号硬质合金的抗弯强度在0.90~1.50GPa范围内。粘结剂含量越高，则抗弯强度也就越高。当粘结剂含量相同时，WC-TiC-Co合金的抗弯强度总是低于WC-Co合金，并随着TiC的含量的增加而下降。 

硬质合金是脆性材料，常温下其冲击韧性仅为高速钢的1/8~1/30。韧性不足是硬质合金的弱点。故硬质合金刀具一般是将合金刀片焊接或夹固在刀柄（刀体）上使用，有的小模数齿轮滚刀或小的硬质合金钻头和立铣刀等才做成整体的。和抗弯强度的情况一样，WC-TiC-Co类韧性低于WC-Co类。 

3.导热系数。由于TiC的导热系数低于WC，所以WC-TiC-Co合金导热系数比WC-Co合金低，并随着TiC的含量增加而下降。

4.线膨胀系数。总的说来，硬质合金的线膨胀系数比高速钢小得多。WC-TiC-Co合金的线膨胀系数大于WC-Co合金，并随着TiC的含量的增加而加大。由于WC-Co合金的线膨胀系数比WC-TiC-Co合金小，而且WC-Co合金抗弯强度较高，导热系数较大，所以焊接时产生裂纹的倾向比WC-TiC-Co合金小。 

5.抗冷焊性。硬质合金与钢发生冷焊的温度高于高速钢，WC-TiC-Co合金与钢发生冷焊的温度高于WC-Co合金。


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