一次说清钨产品有哪些？之四：硬质合金

2022国庆期间，中钨在线计划为大家呈现系列短文简要而全面地介绍除作为特殊商品的钨矿山之外的钨制品，包括钨精矿、氧化钨、金属钨制品、硬质合金、高比重合金、钨铜、钨银、钨钢等知识。

一次说清钨产品有哪些？之一：钨精矿

一次说清钨产品有哪些？之二：氧化钨

一次说清钨产品有哪些？之三：金属钨制品

一次说清钨产品有哪些？之五：钨合金

一次说清钨产品有哪些？之六：钨铜、钨银合金和钨钢

第四篇 硬质合金

1. 什么是硬质合金？

硬质合金是硬质合金是一种金属陶瓷，它的组成是：基体为碳化钨粉等金属碳化物（如WC、TiC、TaC等）辅以一种和/或几种难熔金属粉末（碳化物、氮化物如碳化钛、碳化钽、碳化铌等）为主要成分，加入金属粘结剂粉末（钴、镍等），采用粉末冶金工艺生产的合金，用于制造高速切削刃具和硬、韧材料切削刃具，以及制作冷作模具、量具和不受冲击、振动的高耐磨零件等广泛用途。

硬质合金是钨资源最为重要用途，欧洲钨的消费中硬质合金约为72%，日本约为66%，中国为54%。经济发展对钨需求逐渐增加主要是由于在硬质合金的需求量的增加。中国对钨的需求量占全球64%；欧美日略有萎缩，欧洲从26%下降到14%，美国从14%下降到9%，日本从13%下降到7%，其他地区变化不大，从6%增加到7%。

2. 硬质合金有哪些特点？

（1）硬度、耐磨性和红硬性高

硬质合金常温下硬度可达86-93HRA，相当于69-81HRC。在900-1000℃能保持高硬度，并有优良的耐磨性。与高速工具钢相比，切削速度可高4-7倍，寿命长5-80倍，可切削硬度高达50HRC的硬质材料。

（2）强度、弹性模量高

硬质合金的抗压强度高达6000MPa，弹性模量为（4-7）×105MPa，都高于高速钢。但其抗弯强度较低，一般为1000-3000MPa。

（3）耐蚀性、抗氧化性好

一般能很好地抗大气、酸、碱等腐蚀，不易氧化。

（4）线膨胀系数小

工作时形状尺寸稳定。

（5）成形制品不再加工、重磨

由于硬质合金硬度高并有脆性，所以粉末冶金成形烧结后不再进行切削加工或重磨，特需再加工时，只能采用电火花、线切割、电解磨削等电加工或专门的砂轮磨削。通常由硬质合金制成的一定规格的制品，采用钎焊、粘接或机械装夹在刀体或模具体上使用。

3. 硬质合金有哪些性能指标？

4. 硬质合金有哪些种类？

4.1 按晶粒度分类

瑞典Sandvik把特粗硬质合金牌号定位S-Grade，粗晶硬质合金的晶粒度、超粗、特粗晶粒硬质合金广泛应用于石油钻齿、截煤机齿、路面冷铣刨机齿、冲压模具、轧辊等领域。

4.2 按加工程度分类

根据生产加工程度不同，硬质合金产品分为硬质合金毛坯（烧结态）、硬质合金精加工产品、硬质合金涂层产品；在不同加工态的产品中又有更详细的分类，如精加工的程度不同，加工工艺不同类型也有差异；涂层硬质合金有根据涂层（氮化钛（TiN）碳氮化钛(TiCN)氧化铝(Al2O3)）工艺不同分为PVD和CVD等。

4.3 按用途分类

根据用途不同，硬质合金的主要产品种类有切削刀具、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、五金模具（如拉丝模具、螺栓模具、螺母模具等）。不同的类别硬质合金刀具和工器具又有很多分类，如硬质合金刀具有分为车刀、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。

按照硬质合金的用途可具体分为：

（1）切削工具：用作各种各样的切削工具。如：焊接刀具、数控刀具、整体硬质合金钻头、PCB等。我国切削工具的硬质合金用量约占整个硬质合金产量的1/3。

（2）矿用工具：主要用于冲击凿岩用钎头，地质勘探用钻头，矿山油田用潜孔钻、牙轮钻及截煤机截齿，建材工业冲击钻等。我国地矿用硬质合金约占硬质合金生产总量的25%。

（3）模具：拉丝模、冷镦模、挤压模、冲压模、拉拔模以及轧辊等。用作各类模具的硬质合金约占硬质合金生产总量的8%。

（4）结构零件：如压缩机活塞、车床夹头、磨床心轴、轴承轴颈等。

（5）耐磨零件：如喷嘴、导轨、柱塞、球、轮胎防滑钉、铲雪机板等。

（6）耐高压高温用腔体：顶锤、压缸等制品。

（7）其他用途：如表链、表壳、高级箱包的拉链头、硬质合金商标等。

4.4 按金属粘结剂化学成分粉类

钨钴类（ISOK类牌号）（WC+Co）

主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。其牌号是由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。例如，YG8，表示平均WCo=8%，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。一般钨钴类合金主要实用于：硬质合金刀具、模具以及地矿类产品。

钨钴钛类（ISOP类牌号）（WC+TiC+Co）

主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）及钴。其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成。例如，YT15，表示平均TiC=15%，其余为碳化钨和钴含量的钨钛钴类硬质合金。

钨钛钽（铌）添加稀有金属碳化物类（ISOM类牌号）（WC+TiC+TaC（NbC）+Co）

主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）及钴。这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金。其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺序号组成，如YW1。

金属陶瓷硬质合金（TiN（TiC）+WC+Mo2C+Ni（Co））

金属陶瓷硬质合金是将一些高熔点、高硬度的金属碳化物粉末（如WC、TiC等）和粘结剂（Co、Ni等）混合后，加压成形，再经烧结而成的一种粉末冶金材料，具有高硬度、高抗压强度、高耐磨性和脆性大的特点，不能进行锻造及热处理，主要用来制作多工位级进模、大直径拉深凹模的镶块。

涂层硬质合金

涂层硬质合金是在合金表面上沉积一层TiC、TiN、TiB2、ZrN、CrN、AI2O3、TiCN、B4C、SiC、BN、TiAIN、金刚石等物质，使工具的使用性能成倍提高。

钢结硬质合金

主要成分是钢，而以TiC或WC作硬质相组成的一类硬质合金。其显著特点是可热处理与机加工，是界于工具钢和硬质合金之间的一类中间合金。

其他硬质合金

如Cr3C2基硬质合金，以Cr3C2为主成分，以Ni或Ni-W等作粘结剂所组成的硬质合金，通常用作耐磨耐腐蚀零件。

除了硬质合金，此外还有两类重要的刀具材料，一类是陶瓷材料，包括氧化铝系（白陶）、氮化硅系和赛隆陶瓷（Si3N4/Al2O3）。另一类是超硬材料，聚晶金刚石（PCD）和聚晶立方氮化硼PCBN。

4.5 按被加工材料分类及工具材料选择分类

根据合金的使用范围分类，随着硬质合金工业的不断发展，各个国家的命名规则不一致，即使同一国家不同厂家的命名也是各不相同，为了方便用户，国际标准化组织规定了以下统一分类方法分为三类P类、M类、K类等。

P类：P01、P05、P10、P15、P20、P25、P30、P40

加工钢、钢铸件如普通碳素结构钢（如Q235-A.F）、优质碳素结构钢（如45钢、50锰、20G等）、碳素工具钢（如T7、T7A、T8、T8A、T13、T13A等），切削牌号一般选择W—Co—Ti类合金如YT5、YT14、YT15、YT15R、YT05、YT30、YC101、YC201、YC301、YC45等；

M类：M10、M20、M30、M40

通用合金，通常用于切削不锈钢、高硬度铸铁等难加工材料；加工奥氏体/铁素体/马氏体不锈钢（如1Cr18Ni9Ti、0Cr19Ni、1Cr17Mo、0Cr13Al、3Cr13、7Cr17、1Cr18Ni11Si4AlTi、0Cr26Ni5Mo2）、铸钢、锰钢（40Mn18Cr3、50Mn18Cr4等）、合金钢（含有Ni、Si、Co、Al、Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等合金元素的碳素钢）、合金铸铁、可锻铸铁、易切钢（Y12、Y15、Y30、Y40Mn等），切削牌号选择W—Co—Ti—Ta（Nb）类合金，如YW1、YW2、YW3、YS8、YS25、YM101、YM201、YM301、YC201等。

K类：K05、K10、K20、K30、K40

短切屑合金，主要用于切削铸铁及有色金属，以及包括塑料、石材在内的非金属材料；主要加工普通铸铁、难加工铸铁（冷硬铸铁、高铬铸铁、高硅铸铁）、短屑可锻铸铁，一般选用W—Co类合金，如YG3X、YG3、YG6X、YG6、YG6A、YG8、YG8N、YD101、YD201、YD301等。

N类

加工有色金属和无机材料（铝、镁、铜、黄铜、塑料等），一般选用W—Co类合金和金属陶瓷，W—Co类合金多采用细晶和超细晶合金，YG6X、YF06、YM201、YD201等。

S类

耐热优质合金即高温合金（Fe基、Fe—Ni基、Ni基、Co基、Ti基合金，如GH1015、GH2036、GH3128、GH4033、K211、K406、K640、TA2、TA8、TB1、TB2、TC1~TC6等），除Ti基高温合金外，一般可选用W—Co—Ti—Ta（Nb）类或W—Co类合金，如YS8、YM201、YM301、YG6X、YG8、YW2、YW3、YD201等；而Ti基高温合金应选用不含Ti的W—Co类合金，如YG8、YG6X、YG8N、YG6A，理想情况是采用超细晶合金牌号。

H类

淬硬材料（GCr15淬火钢、Cr12、T12A等），传统牌号宜选用YM101、YM201、YS8、YG8N、YNG151等，最好是用立方氮化硼刀片。

4.6 按照形状分类

硬质合金球状体

硬质合金球是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，常见的硬质合金有YG、YN、YT、YW系列。常用的硬质合金球主要有YG6硬质合金球、YG6x硬质合金球、YG8硬质合金球、YG13硬质合金球、G20硬质合金球、YN6硬质合金球、YN9硬质合金球、YN12硬质合金球、YT5硬质合金球.YT15硬质合金球。

硬质合金棒状体

硬质合金棒主要特点是具有稳定的机械性能，易于焊接，具有高耐磨性和高耐冲击性。硬质合金棒状体主要用于硬质合金棒主要适用于钻头，立铣刀，绞刀。它也可用于切割，冲压和测量工具。它被用于造纸，包装，印刷，有色金属加工行业。此外，它还广泛用于加工高速钢刀具，硬质合金铣刀，硬质合金刀具，航空刀具，硬质合金钻头，铣刀取芯钻头，高速钢，铣刀，微型结束铣刀，铰试点，电子刀具，阶梯钻，金属切割锯，双保证金钻，枪杆子，角度铣刀，硬质合金旋转锉等。硬质合金棒不仅可以用来切割和钻孔工具也可以作为输入针，各种轧辊磨损的零件和结构材料来使用。此外，它可以广泛应用于许多领域，如机械，化工，石油，冶金，电子和国防工业。

硬质合金板状体

硬质合金板，具有良好的耐久性和耐冲击性强，可用于在硬件和标准的冲压模具。硬质合金板广泛应用于电子工业，电机转子，定子，LED引线框架，EI硅钢片等。

4.7 按国家标准界定的硬质合金产品类别

截至目前，我国已经出台相关行业标准的硬质合金产品有：

硬质合金可转位刀片圆角半径、无孔的硬质合金可转位刀片、硬质合金可转位铣刀片、凿岩用硬质合金钎头、硬质合金车刀、地质、矿山工具用硬质合金、耐磨零件用硬质合金、硬质合金旋转锉-圆柱形旋转锉（A型）、硬质合金旋转锉-圆柱形球头旋转锉（C型）、硬质合金旋转锉第-圆球形旋转锉（D型）、硬质合金旋转锉-椭圆形旋转锉（E型）、硬质合金旋转锉-弧形圆头旋转锉（F型）、硬质合金旋转锉-弧形尖头旋转锉（G型）、硬质合金旋转锉-火炬形旋转锉（H型）、硬质合金旋转锉-60°和90°圆锥形旋转锉（J型和K型）、硬质合金旋转锉-锥形圆头旋转锉（L型）、硬质合金旋转锉-锥形尖头旋转锉（M型）、硬质合金旋转锉-倒锥形旋转锉（N型）、硬质合金错齿三面刃铣刀、硬质合金锥柄麻花钻、硬质合金T形槽铣刀、带圆角圆孔固定的硬质合金可转位刀片、带圆角沉孔固定的硬质合金可转位刀片、整体硬质合金直柄立铣刀、矿山、油田钻头用硬质合金齿、硬质合金螺旋齿立铣刀-锥柄立铣刀、硬质合金电子切削刀具-切脚机刀片、硬质合金电子切削刀具-V-CUT刀、硬质合金螺旋齿立铣刀-莫氏锥柄立铣刀、硬质合金螺旋齿立铣刀-直柄立铣刀、整体硬质合金直柄立铣刀、量规、量具用硬质合金毛坯、硬质合金拉制模、地质勘探工具用硬质合金制品、切削工具用硬质合金、钢结硬质合金材料毛坯、碳化钨钢结硬质合金、硬质合金机夹三面刃铣刀、整体硬质合金锯片铣刀、硬质合金机用铰刀、线、棒和管拉模用硬质合金模坯、硬质合金圆棒毛坯、木工硬质合金圆锯片、旋转和旋转冲击式硬质合金建工钻、整体硬质合金直柄麻花钻-直柄麻花钻、整体硬质合金直柄麻花钻-2°、斜削平直柄麻花钻、旋转和旋转冲击式硬质合金建工钻、硬质合金斜齿立铣刀、硬质合金直柄麻花钻、硬质合金管状焊条、硬质合金喷焊粉、硬质合金再生混合料、整体硬质合金和陶瓷直柄球头立铣刀、凿岩用硬质合金整体钎、印制板用硬质合金钻头……

5. 硬质合金的牌号是什么意思？

钨钴类硬质合金主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。牌号由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量（质量分数X 100）组成。例如YG6，表示平均ωCo=6%，余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。

钨钴钛类硬质合金主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）和粘结剂钴。牌号“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量（质量分数X 100）组成。例如YT15，表示平均TiC=15%，余量为碳化钨和钴钨钛钴类硬质合金。

通用硬质合金主要成分是碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC）、碳化钛、碳化物和粘结剂钴。牌号为“YW”（“硬”和万能的“万”两字汉语拼音字首）加序号表示，如YW1，YW2。它的热硬性很高，其他性能介于钨钴类和钨钴钛类之间，能加工钢材、铸铁和有色金属，故称为通用硬质合金。

6. 附录：硬质合金牌号对照表

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