影响硬质合金硬度的因素

作为硬质合金的一项重要力学性能指标，硬度（Hardness/Stiffness）是指合金材料抵抗其它硬物压入引起凹陷变形的能力。硬质合金因具有较高的硬度（86～93HRA/69～81HRC），而深受航天、航空、航海、国防、军工等领域的欢迎。但也正是由于这个特性，导致它很难制成形状复杂的器具，因为加工时很容易断裂。一般来说，硬质合金的断裂性能越好，硬度越低。

影响硬质合金硬度的因素主要有以下几个：化学成分，化学成分质量（如纯度、粒度等），合金内部结构，生产工艺和工作温度。

1.化学成分及其质量

从概念上来看，硬质合金是由硬质相（如碳化钨粉末、碳化钛粉末、碳化铌、碳化钽等）和粘结相（如钴粉、镍粉、铁粉等）共同组合成的一种高硬脆材料，其硬度会因为硬质相和粘结相的数量、种类和含量的不同而发生改变。

一般来说，硬质化合物如碳化钨粉末含量越高，合金的硬度越低，反之则越高，比如YG8合金的硬度不低于89.5HRA，YG15合金的硬度则不低于87HRA；但需要注意的是，当硬质相含量达到临界值时，硬度会在一定范围内波动。注：YG类合金是指钨钴类硬质合金，主要成分是碳化钨和钴，牌号由“YG”和平均含钴量的百分数组成，如YG6是指钴平均含量为6%，其余为碳化钨粉的合金。

YT15合金的硬度不低于91HRA，YG15合金的硬度不低于87HRA，这两类合金都含有碳化钨粉和钴粉材料，但由于前者还含有碳化钛粉末，合金的硬度就不同。注：YT类硬质合金是指钨钛钴类硬质合金，主要成分是碳化钨、碳化钛和钴，牌号由“YT”和碳化钛平均含量组成，如YT15是指碳化钛平均含量为15%，其余为碳化钨粉和钴粉的合金。

另外，碳含量不同，硬质合金的硬度也不一样。缺碳时，产生硬脆的η相，相当钴含量减小，幷使碳化钨晶粒细化，因而使合金的硬度升高；但严重缺碳时，η相过多硬度反而下降；过量的碳，会使合金产生软相石墨夹杂，进而大幅度降低硬度。

随着钴相平均自由程的增加，硬质合金的硬度会减小。微粒的平均自由程是指微粒与其他微粒碰撞所通过的平均距离，用λ表示，单位为米。

当原料及其配比相同时，碳化钨粉末纯度越高或颗粒尺寸越小，合金的硬度越大；反之硬度则越小。

2.内部结构

硬质合金的结构包括不均匀结构和均匀结构，其中不均匀结构有包括蜂窝结构、梯度结构等。梯度结构硬质合金材料由于组织不均匀，其硬度分布也不一致：合金表层由于富碳化钨颗粒，硬度较高；中间层富Co相，硬度较低；心部由于含有大量硬质相，硬度又升高。

3.生产工艺

硬质合金的生产工艺主要包括粉末冶金工艺、注射成型技术或3D打印工艺。当生产工艺或工艺参数不同，合金的硬度也会不一样，主要因为碳化钨粉末的颗粒大小和合金均受到生产温度和时间等参数的影响。

4.后处理

烧结后处理方式包括热处理，磨削和涂层。其中，热处理中的渗碳处理是指为增加合金表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，将合金在渗碳介质中加热幷保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。

渗碳处理后的合金拥有较高的表面硬度。研究表明，适当的提高渗碳温度和延长渗碳时间，都有利于钨钴类硬质合金硬度的提高。但是，渗碳温度过高或渗碳时间过长，则会使碳化钨晶粒变大，进而降低合金的硬度。此外，合金的芯部由于渗碳处理时溶解一析出机制的作用，碳化钨晶粒也会出现轻微的长大。

5.工作温度

在一定条件下，随着工作温度的升高，材料的硬度会越来越低，但当到达临界点时，硬度波动范围较小。一般而言，普通硬质合金在500℃下硬度基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度；低钴晶粒合金在高温下保有较高的硬度。

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