当硬质合金铣削刀具的切削刃切入工件时，猛然的撞击将引起刀具的振动。所产生的切削力主要取决于切屑厚度，该厚度与进给成一定比例。最初诱发的刀具振动将改变后续的切屑厚度，随后当切削力变化而反过来引起加工系统的振动加剧时，该厚度可能还会继续增加。切削力的方向和变动幅度在很大程度上决定了振动趋势。此类再生振动也称作颤振，如果不加以抑制，切削力的变化幅度就会增大，从而使切削后的表面粗糙度下降，产生接刀，甚至导致硬质合金铣削刀具损坏，此外还会对机床主轴产生不利影响。

为此，必须在切削开始时就抑制切削力的剧烈的变动从而抑制振动趋势，这也是采用防振刀具的主要原因。不过在许多情况下，这是通过对硬质合金铣削刀具结构参数进行优化而实现的。建立合乎要求的模型是开发新刀片槽形的主要依据之一。随后，高级FEM仿真展示了许多答案，涉及刃线、前角和断屑器的组合式设计以及硬质合金铣削刀具后刀面上的切削刃新特性的开发与优化。这在很大程度上基于通过测定的模态参数而计算出的振动波形。


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钨是重要的工业原料，在冶金机械、石油化工、航空航天和国防工程等诸多领域中有着极其重要的用途，被称为战略金属之一。因而许多国家长期以来都在勘探、开发利用钨矿，以至作为战略储备。

近10几年来，国内外钨品供需和价格出现很不正常的现象，在价格上大起大落。如钨精矿价格，1981年为148美元/吨度、1984年81美元/吨度、1987年49美元/吨度、1990年46美元/吨度、1993年43美元/吨度、1996年52美元/吨度。国际钨市场出现钨品价格低位(特别是钨精矿)，其原因，一是中国前几年钨品出口管理失控，甚至多渠道相互低价竞争出口大量钨初级产品；二是俄罗斯等国也抛售钨储备，致使国际钨市场处于供过于求，价格低廉的状态。

由于国内外钨市场变化多端，因而钨的未来需求数量难以作出准确的预测。1992～1995年，原地质矿产部和原有色金属总公司，就我国主要有色金属矿产资源对2010年国民经济建设保证程度进行了研究和论证。其中，预测我国钨精矿需求总量(国内消费量+出口量)为：2000年4.6万t，2005年4.8万t，2010年5.0万t，2020年5.4万t。据此预测1992～2020年钨精矿累计需求量共计137.5万t。其中，1992～2000年约37.5万t、2001～2010年约为48万t、2011～2020年约为52万t，并根据现有可利用的储量(WO3)和矿山产能分析，认为矿产资源是可以满足需求的。

我们根据这个预测进行钨资源配置，按生产1t钨精矿需 要可采储量(WO3)1.2t作保证，即需要可采储量(WO3)：1992～2000年45万t，2001～2010年57.6万t，2011～2020 年62.4万t，合计共需可采储量(WO3)为165万t。全国现有钨矿可采储量(WO3)232万t(据《’96中国矿产资源报告》公布1994年底矿 产储量数据)。因此，可采储量能够保证到2020年所需要的储量，资源保证程度从总体和宏观上看，是较好的。

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之前的两篇文章已经详细介绍了钨合金的特性以及钨合金在军事、核工业领域里的应用。钨合金还能应用于航空航天领域。

钨铜合金由于钨的高密度及高音速特性、良好的粘流特性和铜的出色动态变形性能而用作破甲药形罩具有很好的发展前景，与传统的单金属药形罩相比，钨铜合金药形罩材料其能量转换与吸收机制更合理，化学能的利用率更充分，破甲性能更优越，越来越受到人们的重视，美国、法国、以色列等国对钨铜材料药形罩进行了大量的研究和开发，研究表明钨铜药形罩其破甲威力比紫铜药形罩可提高15—30％，美国某导弹己开始使用钨铜合金药形罩。

钨材料的高熔点、优异的高温强度以及良好的抗热冲击和热疲劳性能等性能使其在航空航天领域中被广泛用作高温结构部件，如，钨铜材料在高温下具有发汗自冷却功能常用作火箭导弹上的喷管、喉衬及燃气舵等耐高温部件。


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研制纳米晶或纳米结构的WC-Co硬质合金的关键是探索新型的制粉和烧结工艺，尤其是在抑制晶粒长大方面的研究，通过精减工艺，降低烧结温度来进一步降低成本，实现纳米WC-Co硬质合金的产业化。

我国的钨和稀土矿资源十分丰富，钨是生产硬质合金的主要原料。我国是硬质合金生产大国，但其产品平均售价比国外发达国家约低1～2倍，大部分产品仍属于低技术含量和低附加值的初级产品。纳米晶硬质合金材料，具有优异的力学性能，是目前国内外材料研究和开发的热点之一，也是硬质合金工业发展的重要方向。但是，纳米粉末在烧结过程中容易长大，致使获得纳米晶粒的硬质合金变得困难。在硬质合金中添加微量稀土元素，不仅可以抑制烧结过程中合金的晶粒长大，而且还能改善合金的力学性能，从而进一步提高其产品使用寿命。

因此，充分利用好我国的钨矿和稀土矿资源，研究和开发纳米稀土硬质合金粉末材料，对提高我国硬质合金工业生产技术水平，开发高质量高附加值的深加工硬质合金产品，具有十分重要的意义。


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钨铜合金综合了金属钨和铜的优点，其中钨熔点高(钨熔点为3410℃，铜的熔点1534℃)，密度大(钨密度为19.34g/cm3，铜的密度为7.8g/cm3) ；铜导电导热性能优越，钨铜合金(成分一般范围为WCu7~WCu50)微观组织均匀、耐高温、强度高、耐电弧烧蚀、密度大；导电、导热性能适中，广泛应 用于军用耐高温材料、高压开关用电工合金、电加工电极、微电子材料，做为零部件和元器件广泛应用于航天、航空、电子、电力、冶金、机械、体育器材等行业。

钨铜合金在航天航空中用作导弹、火箭发动机的喷管、燃气舵、空气舵、鼻锥，主要要求是要求耐高温(3000K~5000K)、耐高温气流冲刷能力，主要利用铜在高温下挥发形成的发汗制冷作用(铜熔点1083℃)，降低钨铜表面温度，保证在高温极端条件下使用。


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1.组织性能。纳米晶硬质合金的显微组织非常细小，决定了其优良的力学性能。但由于纳米粉末的制备方法、烧结工艺不同。其显微组织也各不相同。Jia等在1350℃烧结用喷雾转化法制备的纳米WC-Co粉末，得到纳米硬质合金WC晶粒尺寸约为70 nm，其晶粒的边界与普通的硬质合金相同，同样是平直的边界。但其位错密度反而明显少于普通的硬质合金。用不同的制备方法来制备的纳米硬质合金粉末，其粉末的显微结构有很大的不同，如采用化学法合成与机械球磨方法合成的WC/Co粉末，尤其是机械球磨使晶粒发生较大的变形，而且堆积大量的位错。尽管烧结时位错大部分消除，但仍然有很高的位能。

2.力学性能。随着粘结相自由程的减小，硬质合金的维氏硬度显著提高:当钴粘结相平均自由程为30 mn时，其维氏硬度高达2300kg/mm²以上。而且裂纹扩展阻力也随着提高，相应提高合金的韧性。

3.刀具切削性能。纳米晶硬质合金制作的刀具产品具有非常优异的使用性能。


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(1)纳米晶硬质合金的研制打破了常规硬质合金生产中的一些定律，即硬度提高必然伴随韧性下降的结论。

(2)研究和开发还处在初级阶段、工艺与技术有待完善和创新，批量生产还有待突破。

(3)根据WC-Co的纳米尺度来推断产品的晶粒度和性能的理论已起步。

(4)纳米WC-Co硬质合金材料烧结过程中晶粒长大迅速，材料中很易出现致密度不高、晶粒粗大。有关添加晶粒生长抑制剂防止烧结过程中晶粒疯长的报导文献较多，但有关低温烧结纳米硬质合金的报导不多。

(5)对于纳米材料晶界的研究多为表象研究，尚未形成明确、深刻、系统的理论，而且对于纳米WC-Co硬质合金材料晶界作用机理的研究报道很少。

(6)纳米WC-Co硬质合金的烧结工艺的改进和创新，以及对其烧结特性、烧结机理的研究是今后研究的重点。


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60年代初，中国首先研制了W-20Cu材料替代纯铜和铜合金触头用做10kV以上的高压电器开关触头，提高了使用性能和延长了使用寿命。60年代末，为配合航空航天工程发展的需要，中国自主研制开发了W-7Cu合金用做火箭弹的喷管喉衬材料，当时中国钨铜产量仅有40t。随后在70年代相继开发了W-13.2Cu、W-7.6Cu、W-5.9Cu三种牌号的高温用W-Cu材料，用做制备飞行器的喷管、喉衬、燃气舵、空气舵等高温部件，此时中国钨铜产量已达到80t。80年代初，为了适应高中压电器设备的需要，中国先后开发了W10CuV、WCu15V、W20CuV、W33CuV、W35CuV、W35CuSbV等多个牌号的真空电触头，其工作电压在200kV以上。

与此同时，相继开发了CuW55%（RWMA Class10），钨铜CuW75%（RWMA Class11），钨铜CuW80%（RWMA Class12），F6002E等牌号的钨铜合金制备电火花加工电极其抗电弧烧蚀性能较传统铜合金大为提高，推动了中国电火花工业的发展。

上世纪90年代以来，中国陆续开发了90W-10Cu、85W-15Cu、80W-20Cu等体系钨铜合金，用做电子封装材料。随着信息化时代的来临，其成为钨铜发展最为迅速的方向。经过50多年的发展，该合金的研究与开发应用得到了长足的进步，形成了多种合金成分体系与合金牌号，开发了真空电触头、电火花加工电极、电子封装材料、高温结构材料等多种系列产品，广泛应用在军工、航空航天、电子信息、
电气工业、机械加工等领域。


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钨合金具有高的强度和塑性，其应用更加广泛。20世纪70年代初，首先开发了95W-Ni-Fe和WNF-185合金用做屏蔽材料，应用于Co60治疗机和BJ-10电子直线加速治疗机，结束了长期依赖进口的局面，随后该合金又被应用到探测煤层厚度的“小口径放射性测井仪”和“低能γ源荧光分析仪”该合金产量不足50t。

70年代末，随着坦克防御技术的不断发展，曾在第二次世界大战中大量使用的WC-Co硬质合金弹头已不能满足破甲要求，为了满足中国反坦克兵器发展的需要，北京有色金属研究院研制了GW-1型钨合金（其成分为95.5W-2Ni-2.2Fe-0.3Co）用做第一代钨合金穿甲弹弹芯材料，其强度达到904MPa，延伸率达到15%，填补了国内空白。为了适应高初速、高膛压穿甲弹，中国相继开发了GW-2S和GW-3S牌号的钨合金用做穿甲弹弹芯材料，抗拉强度达1274MPa，穿破甲性能进一步提高，穿甲厚度达到178mm。


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(3)木材加工。早在50年代，硬质合金镶尖工具就被用于木材加工行业。而今，各种材质的板材的出现，对加工精度和外观的要求大大提高，高速切割时的离心力、切削力使普通硬质合金难以满足加工要求，于是纳米晶粒WC硬质合金有了用武之地。

(4)医学应用。医用牙钻是精细仪器，其切口必须锋利，而且要求具有很好的耐磨性和韧性，超细晶粒WC硬质合金以其高强度、高韧性和耐磨性在这一领域得到广泛的应用。

(5)其它应用。纳米晶粒WC硬质合金由于其晶粒细小，作刀具可以磨出精度极高、锋利的切削刃和刀尖圆弧半径;因其高强度就可用于制作大前角、小进给量和小吃刀量的精细刀具，如小直径立铣刀、小铰刀等；因其高弹性模量、抗磨擦磨损性能，可用于制作高精度模具、冲头等；另外还可用于制作高耐磨、耐冲蚀工具，如高压喷嘴、阀门、高压枪、玻璃刀、纺织品切刀以及磁带、录相带切刀等等。另外科学家们还正在研制圆形刀具、凿岩刀具以及纳米WC-Co基增强复合材料等。

因此开发纳米WC硬质合金和寻求更为广阔的应用领域成为发展的热点，而制备的关键技术在于纳米原料粉末的制备及随后的烧结过程。减小粒径是提高WC-Co硬质合金性能(强度、硬度和抗磨性钧的有效途径，因此研制纳米晶硬质合金是下阶段研究者的开发重点，它将大大拓宽WC-Co硬质合金的应用领域，并因此带动各种精密仪器、模具、刀具及电子通信技术的飞速发展。


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纳米WC-Co硬质合金，因其特殊的耐磨蚀、高硬度，以及优异的断裂韧性和抗压强度被广泛应用于现代科技各个领域，己被制成加工集成电路板的微型钻头、点阵打印机打印针头、整体孔加工刀具、木工工具、精密模具、牙钻、难加工材料刀具等。其主要应用概括为以下几个方面：

(1)金属加工。当初，亚微细WC硬质合金的开发是为了解决高温合金等难加工材料的切削加工的需要，现代纳米WC硬质合金在强度和韧性方面优于亚微细合金，因而更适用于高温合金、钛合金、不锈钢、各种喷涂(焊)材料、淬火钢、冷硬铸铁等的加工。纳米WC硬质合金突破了普通硬质合金的抗弯强度远比高速钢低这个局限，其应用已延伸到高速钢占统治地位的领域。

(2)电子工业。电子工业产品的发展趋势是小型化、集成化、精密化。集成电路板材质是环氧树脂粘结玻璃纤维或玻璃纤维增强的塑料。这就要求微型钻头有很高的硬度和耐磨性;而钻头直径很小(一般0.2～0.3mm，甚至0.05mm)、易折断，还要求钻头有高的强度和韧性：并且钻孔需要正确的孔位精度，又要求钻头有高的刚度(弹性模量)，这些要求相互矛盾。致使普通硬质合金以及亚微细晶粒硬质合金钻头都难以满足这些要求，只有用晶粒度小于0.5µm的纳米晶粒硬质合金才行。又如点阵打印针，其直径仅有0.2-0.35mm；加工集成电路引线的框架用的多工位跳步模，冲头厚度≤0.2mm,误差仅为0.002mm；另外还有印刷电路板引线切头用的圆片切刀，以及精密的小模具等，都要求使用纳米晶粒WC硬质合金来制作以实现其功能。


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