硬质合金是以难熔金属硬质化合物（硬质相或陶瓷相）为基，以金属为黏结剂（金属相），用粉末治金方法制造的高硬度、高耐磨件材料，也称金属陶瓷材料。
WC - Co硬质合金由WC相和Co黏结相组成：WC - TiC - Co硬质合金由WC相、WC - TiC固溶体相和Co黏结相组成；其中的WC相、WC - TiC同溶体相属于硬质相，它们对硬质合金贡献耐磨性，Co相起黏结作用，将硬质相黏结在一起，对硬质合金贡献韧性，普通硬质合金的这种组成导致其性能具有矛盾性，即韧性好，则耐磨性差；耐磨性好，则韧性差。

硬质合金具有以下基本特点：，①高硬度和高耐磨性，特别是在较高的温度下仍有高的硬度（也称红硬性好）
②高弹性模量，刚性好。
③高抗压强度。
④高化学稳定性、高耐酸碱腐蚀性。
⑤低膨胀系数：、
断裂韧性较低。
由于上述特点，硬质合金俗称为“工业的牙齿”，广泛用作切削刀具、冲击工
具、耐磨耐蚀零部件等，在切削加工、地质勘探、矿山开采、石油钻井、模具制造等方面发挥着重要作用。切削刀具、冲击工具、耐磨耐蚀零部件如图I  -3、
1914年到1918年第一次世界大战期间，由于进口受阻，致使金刚石拉丝模缺乏。为了解决灯泡钨丝的拉制问题，寻找金刚石的替代品，德国的研究者竭力探索新的材料。当时的人们已经知道，在高温下，金属钨粉与碳化合能生成异坚硬的化合物-WC。但如何让这些硬质化合物粉末成为块状材料，仍是一个难题。他们进行了各种试验，发现金属黏结剂的使用是必需的。

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影响注射过程和生坯质量的工艺参数很多，相当复杂，控制不当将产生欠注、孔洞、变形、焊线、断裂、毛边、夹心、密度梯度、表面缺陷和生坯单重不一等缺陷。通过合理的选择匹配料温和模温、控制加料量、调节保压压力、保压时间、注射速度、注射压力、改进模具设计、提高模具配合精度等措施，可以有效地控制注射生坯缺陷的产生。以下是几种常见缺陷的产生原因和解决办法。

(1)欠注（或不能注入）。欠注是指喂料在充模过程中不能充满整个模腔。具体原因及解决办法有：

1)料温或模温过低，需要升高料温或模温；
2)加料量不足；
3)喂料黏度过大，一般采取升高喂料温度的办法；
4)流道尺寸设计不合理，浇口应该更宽，流道宜更短，从而充模行为简单，更易充满模腔。

(2)孔洞。孔洞是指在生坯的横截面上可以发现的孔隙。有的为一个近似圆形的小孔，有的发展为几乎贯穿生坯坯体的中心通孔，这是一种常见的缺陷，须小心控制。产生这种缺陷的原因及解决方法有：

1)注射时夹人气体、混炼时喂料夹人气体和不良的充模，均会引发，此时需要对喂料进行调整或修整模具；

2)粉末同黏结剂分离；模温和料温不匹配；保压压力过小，保压时间不足。当这些问题存在时，需改进模具设计，使充模过程中的喂料能均匀地充满型腔；降低模温或注射温度；降低注射速度。

(3)变形。产生原因及解决办法有：

1)脱模时生坯强度低，可以通过降低模温或料温，减小单位时间里注射出生坯的个数，提高装载量，采用强度更高的黏结剂体系等来解决；
2)喂料混炼不均匀或粉末与黏结剂分离；
3)残余应力太大，可通过适当降低注射温度并同时稍微升高模温，降低注射压力和保压压力来解决。




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注射成形坯由大量的有机黏结剂聚合物和粉末体组成，有机黏结剂对粉末体起黏结作用，保证注射成形坯具有足够的强度，但是，这些黏结剂在烧结前必须完全脱除（即脱脂过程），否则会影响合金性能。

脱脂就是采用物理化学的方法将注射成形坯中的有机黏结剂溶解和裂解从而从成形坯中脱除的过程。脱脂是烧结前的一个很重要的工序。喂料经注射出的压坯中存在大量的黏结剂（即有机聚合物），其体积比为40070～60%左右，烧结前这些黏结剂必须脱除，否则，在烧结时，这些有机聚合物会发生降解和热分解，产生许多气体，在压坯内产生很大的内压，使压坯产生开裂和孔隙。脱除黏结剂需要几个步骤，PIM的工艺制造成本在很大程度受此阶段控制。黏结剂以液体或气体的形式逸出，从样品表面往里依次进行，形成连通的开孔隙，黏结剂脱除速度快，同时脱脂坯无脏化、无变形。

非成功的脱脂会出现鼓泡、开裂、起皮、孔洞、裂纹、脏化和变形等缺陷。产生原因主要是脱脂速率太快，黏结方式选择不当，脱除温度控制不合适，升温速率控制不当。脱脂产生的缺陷会影响其后的烧结，脱脂产生的缺陷个罷通过烧结工序来弥补，脱脂所产生的缺陷对合金的性能影响很大。

脱脂方式：脱脂方式分为热脱脂、溶剂脱脂、催化脱脂、虹吸脱脂四种。

热脱脂：热脱脂是将注射成形坯埋在氧化铝粉等填料中，在真空、氧化气氛或还原气氛下按照一定的工艺加热。

溶剂脱脂：溶剂脱脂是将注射成形坯浸没在低分子有机溶剂或无机溶剂（或溶剂蒸汽）中，利用有机物分子的相似相溶的原理。

催化脱脂：催化脱脂又称为BASF催化脱脂，该脱脂方式与BASF黏结剂联系在一起。

虹吸脱脂：虹吸脱脂是将注射成形坯埋在微米、亚微米级氧化铝粉或其他粉末填料中，利用细粉的毛细管虹吸作用将成形坯中的有机黏结剂逐渐排出的过程。




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(1)将钨粉、镍粉、铁粉按照所要求的比例称取，在V形混料器中混合12h，转速为36r/min。

(2)黏结剂的制备。实验制备了三种类型和十种成分的黏结剂，它们分别是：蜡基多组元黏结剂，油基塑料体系黏结剂，（油+蜡）基改进塑料体系黏结剂。制备黏结剂时，首先按照比例称取黏结剂各组元的重量，将混料器通电加热。待混料器温度升到一定温度后，首先加入一定量的高分子聚合物HDPE、PP、PS、PP、EVA等。待高分子聚合物软化熔融后，加入低分子黏结剂组元PW、油。然后加入耦合剂SA和DOP。混合0．5-2h后，停止加热、将液态黏结剂倒出，冷却后用袋密封，待做实验用。

(3)混喂料。将钨-镍-铁混合粉末和所制备的黏结剂按照一定的比例称取，粉末装载量为51%。先将黏结剂加入到XSS-300扭矩流变仪中，待熔融后，再加入金属混合粉末。混料温度为100~700℃，对于PW系列黏结剂，混料温度为115-125℃。对于BO黏结剂，混料温度为180℃。对于OP系列黏结剂，混料温度为140-165℃。混料时间为2h。

(4)制粒。采用LSJ20型单螺杆挤出装置将喂料挤成带状、条状。挤出时，喂料在定的剪切应力和温度下没有发生黏结剂与粉末分离的现象，同时，挤出使得黏结剂与粉末分布更加均匀。本实验中的螺杆转速为50r/min，挤料温度为110~160C。

(5)注射。将制粒后的喂料采用S2-28/250型注射成形机注射出各种不同形状的样品和不同厚度的圆片，数量各50件。

(6)溶剂脱脂。在热脱脂前，将注射坯浸没在溶剂中以脱除部分可溶性黏结剂，打开部分开孔隙。实验中所用的溶剂有氯甲烷、正庚烷、环己烷、乙醇、花生油；溶剂脱脂温度为20-75℃，脱脂时间为0~40h。溶剂脱脂一定时间后，取出试样，干燥，然后称取重量。

(7)热脱脂。将经溶剂脱脂后的样品放在舟皿中，采用氧化铝粉充当填料。然后按照一定的脱脂工艺在氢气气氛下进行。

(8)烧结。将经热脱脂后的样品在钼丝炉中烧结，采用二步烧结工艺以控制烧结过程中的变形，然后随炉冷却。

(9)烧结后处理。对于高密度合金弹芯样品，后处理包括两个方面：一方面在1200～1300℃在真空烧结炉中采用真空脱氢处理；另一方面，采用机加工工序从弹芯样品中切取拉伸试样，以检测其力学性能。




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