中国是产钨大国，钨资源储量占世界总储量的70％左右，钨产量占世界总产量的80％，钨是熔点最高、比重最大、硬度仅次于金刚石的金属。目前，钨被广泛用于国防工业、航空航天、机械制造、石油钻探、特种钢、新材料等，包括人造卫星、运载火箭等航天飞行器，都离不开钨合金，航空喷气发动机、火箭、导弹、卫星的许多部件都是用钨合金制成，尤其在军事领域钨合金作为一种重要的战略资源，越来越显出它的重要性。

钨产业关系着国家经济命脉和国防安全，在坦克装甲车中，钨合金不仅用来制作炮弹，也用来作为复合装甲的成分，提高热强度和耐高能力。各种导弹武器由于飞行速度极高，必须在外壳应用钨合金，对抗高速飞行中因空气摩擦产生的高，导弹仪的陀螺转子，配重螺钉、调整片以及重达数十公斤的高密度合金导弹弹体也可用钨合金制作；另一种常见的应用在坦克发动机中用做调速器中的配重块。钨合金被用于各种高速弹药，尤其是穿甲弹，而钨合金几乎曾是高速穿甲弹弹芯材质的唯一选择。钨合金还大量地用于飞机副翼、转向舵两侧的静态及动态平衡配重和直升机旋转叶片的平衡配重等，因具有很高密度、强度、塑性和硬度的W-Ni-Fe高密度合金在军事工业中是一种很关键的材料，被用做枪弹中集束箭弹的小箭，聚能弹中的“火药性罩”，散弹，子母弹，屏幕弹，穿甲弹，具有很大的杀伤威力。

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本文第3部分论及：钢结硬质合金钻头因其材料的限制，不宜直接采用标准麻花钻结构，而需对钻头结构和几何角度做改进，包括增大钻芯厚度、减小螺旋角、主切削刃增开分屑槽、减小刃带宽度、改变横刃宽度等。本章将讨论该种钻头的制造。

（本文分为6部分，这是第4部分；第3部分请参考链接：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/78783-ti-10032 ）

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伽玛辐射，也称为伽玛射线(用γ表示)属于高频电磁辐射(波长极短)。它们所生产的亚原子粒子的相互作用，如正负电子湮灭，中性π介子衰变，聚变，裂变或在天体物理过程的逆康普顿散射。因为伽玛射线是电离辐射的一种形式因此它们会对健康造成危害。一个经典的伽玛射线源的放射性衰变类型，称为γ衰变激发态原子核放射出伽玛射线几乎会立即形成。然而，γ衰变，也可以描述的同分异构体的过渡，其中包括一个相对较长的半衰期抑制γ衰变。高密度和高原子序数的钨是最有效的的伽玛屏蔽材料。

因为上述原因，我们知道伽玛辐射是对人体有害的，所以需要钨辐射屏蔽件。为什么现在流行使用钨材质来作为伽玛辐射屏蔽件的原料呢？正如大家所知，钨的密度高、机械性能、以及强度、无毒性紧密相关。伽玛钨辐射屏蔽件，经常用于空间有限的地方，或者只要求吸收的小区域，故使用钨伽玛辐射屏蔽件是最佳的选择。

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本文第1部分论及：铜镍合金BFe30-1-1在海水、淡水和蒸气中具有高的耐蚀性的特性使其多应用在冷凝器和恒温器方面，但其较差的可切削性，使得研制新型的钢结硬质合金钻头成为必要。这部分内容讨论钻头合金材料的选择。

二、 钻头合金材料的选用

本文所谈及的新型钢结硬质合金钻头材料选用株洲硬质合金厂提供的D3牌号钢结硬质合金，只所以不选用单纯的硬质合金材料，是因为硬质合金的硬度虽然很大，但是抗扭转力的强度仍然不够，在钻削铜镍合金BFe30-1-1时同样容易产生积屑瘤，加速刀具老化和磨损，甚至折断。而钢结硬质合金材料很好地解决了这一难题。

钢结硬质合金本是受硬质合金的生产过程启发而发展出来的，也是用粉末冶金方法制备的高硬度材料。它由高速钢粉末和硬质合金粉末混合后压制、烧结而成。它与硬质合金的区别在于硬质相含量降低到50%以下，并且以钢为黏结剂，获得在钢的基体上均匀分布着大量细小合金碳化物颗粒的组织。钢结硬质合金可以锻造成形，便于制造不同形状的工具，而且锻造可以克服粉末冶金制品致密度不够高的缺点，改善了钢结硬质合金的力学性能。钢结硬质合金退火状态下的硬度约在35～45HRC之间，仍然可以被切削加工。淬火、回火使钢结硬质合金的基体强化，硬度和耐磨性进一步提高。由此可见钢结硬质合金是一种介于硬质合金和工具钢之间的工具材料，它有硬质合金所不具备的可加工性，可以用锻造、焊接和切削加工方法制成不同形状的工具，可以通过热处理改变其性能以分别适应加工性和使用性能的要求。

D3牌号的钢结硬质合金是一种相对新型的工具材料，的主要成分为W18Cr4V(70%)和WC(30%)。其使用性能介于硬质合金和高速钢之间，其硬度高于高速钢(热处理硬度68～71HRC ) ，而强度高于硬质合金，用其制作的麻花钻可在摇臂钻床上对铜镍合金管板孔进行钻削加工。钢结硬质合金钻头在结构及几何角度上作了某些改进，较为显著地提高了切削效率和刀具寿命，可以满足加工要求。在Vc=26～30m/min, f=0.36～0.50mm/r条件下，刀具每刃磨一次可加工150～300个孔。

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一、设计新型钢结硬质合金钻头的缘起：铜镍合金BFe30-1-1的机械加工特性

BFe30-1-1也叫铁白铜，为结构铜镍合金（其化学成分和力学性能分别见表1和表2），

具有良好的力学性能，在海水、淡水和蒸气中具有高的耐蚀性，常用于造船业中，在高温，高压，高速条件下工作的冷凝器和恒温器。比如，汽轮机冷凝器(热交换器)管板通常选用低碳钢或低合金钢材料制造，但对于一些要求具有耐腐蚀性和较高机械性能的管板，则需选用铜镍合金材料BFe30-1-1，

但由于BFe30-1-1材料成分含镍较高，因此机械加工性（特别是可切削性）较差。尤其对于在半封闭状态下进行的钻孔工序，加工更为困难。如采用W18Cr4V高速钢标准麻花钻加工，由于被加工材料韧性和粘性均较大，切削刃极易粘屑并产生积屑瘤，使刀具刃口迅速钝化，从而导致刀具校正刃与孔壁剧烈挤压和摩擦，产生刺耳噪声，加工几个或几十个孔后，刀具主切削刃和侧刃即严重磨损，如继续加工，则切屑会将管板孔壁拉出较深沟槽，严重时会造成钻头折断。为解决铜镍合金管板孔的加工难题，科研人员研制了新型钢结硬质合金钻头。

表1 BFe30-1-1化学成分 

表2 BFe30-1-1力学性能 

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第一种通过严格控制碳量的方法，是发现无论是WC-Ni合金还是WC-Co合金，碳含量都是影响钨（W）在粘结相中固溶量的重要影响因素，其变化的范围约为10% - 31%之间。当W在Ni粘结相中固溶量超过17%，此时的硬质合金就呈现出无磁性。从本质上说，其就是通过降低碳含量的方法，使得W在粘结相的固溶量的到一定程度的提高，从而获得无磁硬质合金。在实际的工作操作过程中，通常所采用的WC粉末的碳含量一般是低于理论碳含量的，或者是通过在混合料中加入钨粉的方法来达到生产低碳合金的效果。然后，单靠利用控制碳量的方法来实现制取无磁合金是较为困难的。

第二种方法是通过添加铬（Cr）、钼（Mo）、钽（Ta）等元素来实现无磁硬质合金球的制造。高碳的WC-10% Ni (wt%重量百分比) 合金在常温下呈铁磁性，如果以金属的形式添加0.5%以上的Cr、Mo和1%以上的Ta，可使高碳合金由铁磁性转变为无磁性。添加Cr，合金磁性与碳含量无关，Cr在合金粘结相中与W一样大量固溶的结果。而添加Mo、Ta的合金只能在一定的碳含量下转变为无磁合金。由于Mo、Ta在粘结相中固溶量较少，大部分Mo、Ta只是夺取WC中的碳形成了相应的碳化物或碳化物固溶体，所以合金成分向低碳侧偏移，从而引起W在粘结相中的固溶量增加。也就是说，添加Mo、Ta的方法实际上还是通过降低碳含量来获得无磁合金，虽然不如添加Cr容易控制，但比纯WC-10%Ni合金在控制碳含量方面相对容易些，含碳量的范围由5.8% - 5.95%拓宽至5.8% - 6.05%。

更多无磁硬质合金球相关内容请参考以下链接：

http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/78742-ti-10025

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无磁合金，这也是在日常生产中被不断提及的一个新名词，它是指没有磁性或者弱磁性的硬质合金材料。由于生产磁性材料的成型模具要求采用无磁性的材料，以往一直使用的是无磁钢，其模具性能较差，硬度偏低、使用寿命较短，且使用一段时间过后模具的内壁已产生严重的拉毛、变形等问题，从而影响了磁性材料的尺寸精度和表面质量。采用无磁硬质合金球可以利用其优良的各项物理化学性能全面代替原本钢球，可大幅度提高工作效率。

此外，无磁硬质合金材料的成功研发也是新型硬质合金发展的一个重要的里程碑，其可通过粉末冶金的方法进行。其中镍（Ni）的居里点较低为354℃，可利用一定的方法将其降低到室温以下，而将镍（Ni）作为粘结剂也是制取无磁硬质合金的必备条件之一。获得WC-Ni无磁硬质合金的方法有严格控制碳含量、添加铬（Cr）、钼（Mo）、钽（Ta）等元素以及添加NiB或AL等元素，下文将一一介绍几种方法的优缺点及适用条件。

硬质合金球

钨合金是以钨为基加入其他元素组成的合金。在金属中，钨的熔点最高，高温强度和抗蠕变性能以及导热、导电和电子发射性能都好，比重大，除大量用于制造硬质合金和作合金添加剂外，钨及其合金广泛用于电子、电光源工业，也在航天、铸造等方面大放异彩，近年来随着科学发展进步，钨合金材料，越来越成为当今制作军事产品的原料。

钨合金在军事产品上面替代了铅，由于密度较高使他们能够更好，即使在极端条件下，保持其形状。虽然铀提供可比的密度，其波动性和放射性物质所需的特殊许可要求，使加工很难。钨合金是一重绿色环保金属材料，在使用和生产加工过程中不会产生有毒物质。在军事工业不断扩大的同时也要考虑到军事武器使用后对环境的影响，钨合金的环保性能使得它在军事领域的优势越来越突出。如钨合金尾翼脱壳穿甲弹、钨合金潜艇配重、钨合金发动机配件等等。其中最典型的例子就是钨合金球，它在钨合金领域中被称为最小的高密度球，被用作导弹武器弹丸，穿甲弹，猎具，猎枪，预制碎片，导弹武器，弹药穿甲弹的不二选择。

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钨合金穿甲弹依靠钨合金弹芯的动能来穿透装甲摧毁目标的炮弹。它初始速度高、直射距离大、射击精度高是坦克炮和反坦克炮的主要弹种。钨合金穿甲弹依靠膛内高温高压气体作用下，获得很大的初始动能，和坦克装甲来了个硬度的较量。在强大的应力作用下，装甲壁慢慢的凹陷最终破裂，并杀死有生力量和摧毁坦克内部系统。传统穿甲弹中，在弹体中装有少量炸药及引信，弹丸头部虽然已经破裂，但是弹体依然具有强大的惯性，所以仍会继续前冲。当撞击力达到一定数值时，引信被触发点燃，就引起了弹丸装药的爆炸。这时，在每平方厘米面积上，可产生数十吨至数百吨的高压，从而杀伤坦克内的乘员、破坏武器装备。和传统的穿甲弹相比钨合金穿甲弹并没有填充炸药而是改为钨合金弹芯，在击穿装甲之后，是依靠高速飞溅的装甲碎片和穿甲弹弹芯碎片杀伤装甲目标中的人员、破坏其中的装备。钨合金穿甲弹芯属于高比重钨合金制品，密度大，热稳定性极好，断面密度大，有利于控制导弹高空飞行。

舰炮、海岸炮、高射炮和航空机关炮都配有钨合金穿甲弹，主要用于毁伤坦克、自行火炮、装甲车辆、舰艇等装甲目标以及飞机、直升机、汽车、火箭炮、导弹发射运输、发射车、指挥车、通信车、雷达等非装甲金属结构技术兵器，也可用于破坏坚固防御工事。

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