硬质合金刀片，亦称钨钢刀片。硬质合金的优良性能主要有硬度高、耐磨性好、强度高和韧性好、耐热、耐腐蚀等，特别是它的高硬度和耐磨性，广泛用于冲击、拉伸作业方面。硬质合金刀片在生产制造业中的应用广泛，如V-CUT刀、切脚刀、车刀、铣刀、刨刀、钻刀、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。新型硬质合金刀片的切削速度等于碳素钢的数百倍。
       
要成为生产制造业强有力的切削利器，切削过程中，硬质合金刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度，因此硬质合金刀片必须具备以下基本要素：

1、高的硬度：硬质合金刀片材料的硬度至少都会保持在86-93HRA左右，相对其他材料用HRC表示还是有区别。
2、足够的高强度和韧性，又称坚韧性，以承受切削中的冲击力和振动，减少刀片脆性断裂和崩刃。
3、耐磨性好，即抵抗磨损的能力，使刀片使用耐久。
4、耐热性高，使硬质合金刀片在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性等。
5、工艺性能要好，为了便于刀具本身的制造，硬质合金刀片材料还应具有一定的工艺性能，如：切削性能、磨削性能、焊接性能及热处理性能等。
       
硬质合金刀片在生产制造业中的切削应用广泛，以电子行业刀片、木工刀具、数控刀具、焊接刀粒、机夹刀片和非标异型刀具订做等，满足不同行业的生产加工要求，当然以机械生产加工使用为主。伴随经济社会的发展要求，加上“十二五规划”对装备制造业高端发展的指导，高性能、高附加、高使用价值的硬质合金刀片也成为新领域生产发展应用的方向。


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锻造前钨合金材料一般需要加热到600~800℃，常规的锻造变形量为10%~15%，最大变形量一般不超过25%~30%，否则钨合金材料易产生破坏，锻造后需要进行去应力退火，退火温度范围在500~1100℃，通常以加热—锻造—退火为一个周期。

旋锻形变强化钨合金材料存在力学性能不均匀的现象，钨合金心部的强度、伸长率和硬度与表面的强度、伸长率和硬度之间存在较大差异。其原因在于，旋锻时，从进入圆锥区到定径区这一过程中，金属开始变形且程度逐渐增大；在定径区内金属只承受很小的变形；在圆锥区和定径区的过渡断面面金属承受的变形程度达到最大。这样，在圆锥区的出口处和入口处的材料变形速度差增加，其结果是导致金属表面附加弯曲变形。


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 硬质合金作为现代工业的牙齿，作为一种工具材料对世界经济的发展起着重要的推动作用。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是社会进步的里程碑，使人类改造自然的能力不断提高。
      
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。1923年，德国的施勒特尔往碳化钨粉末中加进10%～20%的钴做粘结剂，发明了碳化钨和钴的新合金，硬度仅次于金刚石，这是世界上人工制成的第一种硬质合金。用这种合金制成的刀具切削钢材时，刀刃会很快磨损，甚至刃口崩裂。1929年美国的施瓦茨科夫在原有成分中加进了一定量的碳化钨和碳化钛的复式碳化物，改善了刀具切削钢材的性能。这是硬质合金发展史上的又一成就。 　　
      
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金常规用途只以是广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。 　　
     
硬质合金用来制作凿岩工具、采掘工具、钻探工具、测量量具、耐磨零件、金属磨具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴、钨钢模具(如拉丝模具、螺栓模具、螺母模具、以及各种紧固件模具，硬质合金的优良性能逐步替代了以前的钢铁模具)。
      
近二十年来，涂层硬质合金也问世了。1969年瑞典研制成功了碳化钛涂层刀具，刀具的基体是钨钛钴硬质合金或钨钴硬质合金，表面碳化钛涂层的厚度不过几微米，但是与同牌号的合金刀具相比，使用寿命延长了3倍，切削速度提高25%～50%。20世纪70年代已出现第四代涂层工具，可用来切削很难加工的材料。
      
硬质合金作为现代超硬材料广泛用于工业生产和制造加工，也用于现代军事武器装备之中，对国民经济和国家军事建设都有着举足轻重的作用。大力发展现代高技术含量硬质合金工业是国家经济建设和国防综合实力的重要保证。


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硬质合金以其优异的性能被称为“工业的牙齿”，硬质合金刀片更是现在生产制造业强有力的切削利器。硬质合金产品工作的常用磨损我们来简单探讨下。
     
摩擦磨损是硬质合金的重要服役行为，该性能也是决定硬质合金应用场合的关键指标。通常摩擦磨损可分为两大类，第一类是由于摩擦副之间的机械作用而产生的；第二类是由于摩擦副之间的化学反应，如氧化、摩擦化学反应所导致的。
     
机械磨损又可分为摩蚀、侵蚀、粘着、和表面疲劳磨损等。硬质合金在应用过程中主要是摩蚀破坏形式，也称为磨粒磨损。减少晶粒尺寸总的来说有利于提高硬质合金的耐磨损能力。例如超细晶粒硬质合金的抗磨损性能是普通硬质合金的两倍。但是，具体的摩擦磨损机理需要视摩擦对耦合硬质合金本身的组织结构而定。
     
在金刚石作为对偶时，塑性变形和表面破碎是主要作用；而在ZrO2、SiC、SiO2等软质材料对偶时，WC(碳化钨)晶粒的脱出和Co(钴)相的磨损是主要机制。通常粗晶在磨损时表现出更多的脆性，而细晶粒材料则表现出更多的塑性。但是，在采用细的磨料，如1~10μm的金刚石、Al2O3、SiC时，硬质合金的耐磨损性却随着WC晶粒度尺寸的减少而降低。该现象可能与磨损时WC晶粒的拔出有关，碳化钨WC晶粒度越大，与Co的接触面积越多，深度越大，拔出的难度越大，因而越耐磨。


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按烧结发生的顺序，可将硬质合金烧结过程分为3个阶段：

第一阶段：预烧结阶段，通常指1000℃以下的烧结过程。这一阶段的目的是为后续烧结做准备，充分消除烧结障碍，使烧结能顺利进行。

在这一阶段内发生下列主要变化：
1）坯块中残留的应力，随烧结温度升高发生退火而逐渐消除。
2）坯块中粉末或成形剂吸收的水分、气体、残留的溶剂（喷雾或掺胶等过程中）由于温度上升被挥发。
3）坯块中的成形剂发生会发或热裂分解，碳的残留量随升温速度不同会发生变化。
4）在有氢气存在的情况下，由于氢气或坯块中碳的作用，颗粒表面或内部的氧化物被还原，产生的气体被溢出。
5）坯块中粉末颗粒与颗粒间（特别是黏结金属粉末颗粒间），开始表面扩散，出现“焊接”现象。尺寸收缩极微弱，坯块强度有所增加，能满足机械加工的要求。

第二阶段：烧结阶段，温度从1000℃刀烧结温度（烧结温度是指烧结压坯的最高温度）阶段。硬质合金产品，由于牌号、型号不同，烧结温度具有差异。一般WC/Co硬质合金所用的烧结温度在1380~1490℃之间，烧结时间（烧结时间是指压坯在烧结温度下保持的时间）为30~120 min。由于钴（其熔点为1495℃）与WC（熔点为2870℃）能够生成低熔点的共晶体（共晶体熔点1280~1340℃），出现液相是这个阶段的重要特征。由于液相的出现，在这个阶段发生的主要变化有：
1）碳化物不断溶解于液相内，如共晶温度时，WC在钴中的溶解度达到10%（原子分数）。
2）粉末颗粒由于液相表面张力的作用相互靠拢，颗粒间孔隙逐渐被液相填充，坯块密度显著增加。
3）坯块中颗粒与颗粒间，颗粒与液相间接触程度增加，坯块尺寸发生显著收缩，强度显著增加。

第三阶段：冷却阶段，温度从烧结温度下降刀室温的阶段。这一阶段发生的主要变化有：
1）随温度下降，液相中的碳化物溶解度降低，部分碳化物从液相中析出，或沉积在周围的碳化物表面，或生成新的碳化物颗粒。
2）随着温度下降，液相逐渐凝固，当温度降到共晶点以下时，合金凝成固体，产品形状基本固定，冷却继续进行，形成合金的最终组织结构。
3）冷却速度不同，合金中残留的热应力不同，黏结相中的碳化物含量也不同。


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金属切削刀具是现代生产制造业必不可少加工利器，以硬质合金刀具、硬质合金刀片为主的超硬刀具更是对切削市场其着重要的推动作用。

伴随经济社会的发展和生产制造业的具体使用情况，硬质合金刀具的服务要求越来越明显，与机床设备相似，客户购买切削刀具，并不只是需要刀具本身，更需要达 到完美切削的要求，尤其是以硬质合金刀具为主的高端切削刀具市场。因此，对于像我们这样的株洲硬质合金刀具制造企业而言，销售刀具就不能只是描述简单刀具 本身的性能指标和物理参数，更需要研究客户要加工工件的材质，结合其生产成本，提出一个系统的解决方案。
      
以目前的经济形式而言，刀具使用客户要求成本要有一定比例的下降，但对于服务的要求却总是在提高。而对于硬质合金刀具生产企业而言，材料成本的增加和人力 成本的上升迫切需要提升价格来维持运作，这就是很矛盾的事情。硬质合金刀具的服务要求也是发展的主流要求。
      
随着新型制造行业的产生以及客户对生产效率越来越高的要求，国际刀具制造企业都在细分自己的技术团队。从研发到技术服务团队，已经拥有了模具工业组、汽车 工业组、航空工业组、MTB组，还有新增加的能源工业组、医疗产业组等。我国“十二五”规划发展要求也是刀具市场的机遇和挑战。金属切削刀具属于消费类工业品，价格就是竞争市场的武器。对于生产企业来说，规模化销售摊平成本，做专做精都是企业获得相应利润的重要途径。


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按照合金牌号设计的要求，选取相应的原料并按一定的比例称取原料配合在一起的过程，称为硬质合金球磨配料。

硬质合金生产过程中，影响碳量的因素较多，使得碳量不易控制，给精确配碳造成困难。实际生产中，影响碳的因素主要有：原料（如WC、Co等）的含碳量，氧含量，工艺过程中的各种增氧（如环境、成形剂的吸湿性等）因素等。配料时，通常需要再计算的基础上根据经验确定实际配碳量。

提高混合料碳量的措施一般有：
（1）采用高含碳量的WC；
（2）直接添加炭黑。

降低碳量的措施有：
（1）采用低碳WC；
（2）添加细钨粉。

这些措施中，采用高碳或低碳WC方式较好。配料时，原料力度一般通过试验确定。


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（1）密度测定原理
硬质合金密度测定通常采用排水法进行测定，根据阿基米德原理，合金在水中所受的福利等与合金试样排开同体积水的质量。
（2）硬质合金试样的准备
试样表面必须用金刚石砂轮充分打磨光滑，以减少误差，使测定的数据准确。试样体积不得小于0.5cm3，若需测试样体积小于0.5cm3，可将几个试样合在一起，但每个试样的体积不得小于0.05cm3。
（3）测定步骤
将只好的硬质合金试样放在分析天平上，先测出合金在空气中的质量（P1），然后再将试样放在水中测出质量（P2），按下式计算合金的密度D（g/cm3）：D=P1·d/(P1-P2)，式中：P1——合金试样在空气中的质量，g；P2——合金试样在水中的质量，g；d——测定时水的密度，g/cm3。

用作密度测定的合金试样必须清洁，不允许有油污、填料等，否则会影响测定数据的准确性，水的密度通常取1.0000g/cm3，它随温度变化，必要时应予以修正。

注意：
（1）即使是相同组成的合金，但只要含碳量有微笑变动，密度也会发生变化，一般情况下，高碳合金的密度低一些。
（2）在测定过程中应考虑水质、水温以及所用固定合金的细丝与水的润湿性（张力）；此外还须注意测定操作过程的具体细节，最大限度地减小操作误差。


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硬质合金刀片刃磨注意事项:
1.刃磨前应检查刀片的定位面是否平整，并根据刀片的大小、形状及刃磨部位来选择刃磨夹具及砂轮。
2.按技术要求调整夹具。
3.检查刃磨机器的精度。
4.金刚石砂轮安装后，必须进行仔细的定心调整，砂轮调整后，不应轻易拆卸。
5.金刚石砂轮与普通砂轮不同，不需要经常修正。刀片刃磨后，刃口锋利，不得碰撞。

刀片的刃磨顺序为：
1.首先研磨底面，以底面作为基准面，安装在夹具上，再刃磨其他各面。
2.刃磨周边。注意底面与周边垂直及相关的几何精度。
3.开前角，刃磨卷屑槽。
4.刃磨副后角。倒棱，使刃口无缺陷。
5.刃磨刀尖角，包括刀尖圆弧、过度刃及修光刃等。


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硬质合金的性能受硬质相和粘结相成分与结构的影响。一般而言，硬质相含量较高且晶粒较细时，合金的硬度高，耐磨性好，抗冲击性较差。合金中缺碳时，出现脱碳相，合金性能变脆，碳化钛或碳化钽含量较高时，合金的红硬性提高，抗月牙洼磨损能力增强，但抗冲击性能降低。

粘结相的成分与结构也对硬质合金的性能产生重要影响。在硬质合金生产中，Co是一种良好的粘结金属，与Ni、Fe比较，Co与硬质相的润湿性好，所粘结的硬质合金性能通常比Ni、Fe粘结的高。由于Ni的磁性低，耐腐蚀性好，使WC-Ni作为无磁合金或耐腐蚀合金，在性能上优于WC-Co合金。

碳与铁生成稳定的Fe3C，它妨碍硬质合金的粘结与烧结，且铁易与碳化物形成脆性的三元化合物，使合金的脆性增加，铁粘结的硬质合金硬度虽然不低，但强度与钴粘结的合金差距较大。

为强化粘结相，改善硬质合金的性能，人们研究出不同成分与结构的新粘结相。如利用W和C使Co合金化，制成具有共晶成分的钴合金，其理论共熔温度为1280℃，熔点低，有利于烧结坯在低温下完成致密化。

通过调整粘结相的成分改善硬质合金的红硬性和抗蠕变能力，取得了良好效果。如采用Co-Ni-Cr-Mo-Al高温合金替代传统的Co粘结相，所粘结的硬质合金刀刃比Co粘结的具有更长的使用寿命，抗切削变形性能更好。


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