硬质合金顶锤简介

金刚石是一种由纯碳构成的自然界中最坚硬的矿物。其硬度极高、耐磨性优良，可以广泛运用于切削、磨削、钻探等行业。早在18世纪人们就开始了对人造金刚石的研究，但是直到上世纪才实现了人工制取金刚石的先例。而硬质合金顶锤就是生产人造金刚石装置的重要组成部件，并且在金刚石合成的过程中承受高温高压的交变载荷，其寿命的长短直接决定着金刚石合成的生产成本。因此对硬质合金顶锤的性能有着极高的要求：1.高硬度及抗压性能（HRA＞85，承压5000MPa以上）；2.高强度以及高韧性（硬质合金顶锤在工作时斜面需承受较大的拉应力＞35kg/mm2）3.耐高温和耐磨耐蚀性（在合成金刚石的过程中C元素转变温度约为2000℃，所添加的触媒既要利于合成进行又不能与顶锤发生反应）。

适用于硬质合金顶锤的牌号包括YG6、YG8以及YG12x等。YG6类硬质合金，成分为94%WC + 6%Co，以中颗粒的WC粉和Co粉为主。较高的硬质相WC含量保证了硬质合金顶锤的抗压性能要求。但是粘结相Co的含量较低在一定程度上影响了顶锤的抗拉强度，在金刚石合成的过程中容易出现开裂的情况。此外YG6类的硬质合金顶锤对于C含量的控制存在一定的困难，在合成过程中容易出现游离态的C或η相而影响顶锤的使用性能；YG8类硬质合金中含有92%的WC以及8%的Co属于中颗粒硬质合金，其不但具有良好的抗压性能，同时也具有良好的抗拉性能。具有较长的使用寿命，早期发生裂锤的情况较少；YG12x类硬质合金是一种细颗粒的硬质合金，在Co含量一定的情况下，WC的晶粒度越细则相应的密度、硬度以及抗压强度等综合性能都得到明显的提升，是硬质合金顶锤材料中较为理想的一种。

人造金刚石的合成方法可以大体分为直接法和间接法两种。其中直接法是采用瞬时动态高温高压、静态高温以及二者相混合的技术将石墨等以C为原料的物质直接转变为金刚石（其需满足静态下压力＞13GPa，温度达2000K且保温时间＞1min；动态条件下，压力＞20GPa）；而间接法是采用静态高温高压技术将石墨或其他C质原料和特定金属反应后获得人造金刚石（转变过程为石墨+熔融金属或合金＜＝＞C原子+金属原子或原子团＜＝＞金刚石+金属或合金以及少量碳化物）。国内的人造金刚石合成行业主要以六面顶合成工艺为主，属于静压触媒法，而顶锤材料以YG8硬质合金为主。其基本原理是在六个面分别采用六个硬质合金顶锤，同时作用域由六面体的叶腊石所组成的高压型腔上，使得型腔内的石墨在触媒作用下通过高温高压转变为金刚石。叶腊石是一种四面体层状结构的含水铝硅酸盐，在合成过程中起着传压、密封以及保温的作用；触媒作用相当于催化剂，能够有效促进金刚石的合成，并降低合成所需压力的温度，常见的触媒材料为Ni70Mn25Co5合金。其顶锤直径一般为φ80mm - φ40mm，密度为14.70-14.80g/cm3，硬度达HRA89.5左右，粒径为中颗粒（2-3μm）。其烧结出的硬质合金顶锤使用寿命约为5000次左右，万克拉消耗＞3kg。而相比国内金刚石合成同行业，国外的相关企业已经开始采用YG12x细颗粒硬质合金金刚石顶锤，其硬度普遍可达HRA90.5以上，抗弯强度达3000MPa，平均使用寿命超过了8000次，万克拉消耗＜1.5kg。因此，通过细化晶粒，提高硬质合金顶锤的密度、韧性、抗弯强度，延长顶锤使用寿命，较少工作耗损，是一种硬质合金顶锤发展的必然趋势。

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