钢结硬质合金

钢结硬质合金是以难熔金属硬质化合物为硬质相、以钢作粘结相制成的硬质合金。钢结硬质合金兼有碳化物的硬度和耐磨性以及钢的良好力学性能，主要用作耐磨零件和机器构件。其组织特点是微细的硬质相均匀弥散地分布于钢的基体中。

基本概念钢结硬质合金由于含有大量的钢基体，因而具有可热处理性和可机加工（机械加工）性。钢结硬质合金最早出现在美国，1955年格策尔（C．G．Goetze）等研制了高速钢钢结TiC基合金；同一时期，美国铬公司用熔浸法和液相烧结法制取钢结硬质合金，并以Ferro%26mdash；Tic为商标投放市场。70年代发展缓慢，直到80年代中期，钢结硬质合金又重新活跃起来。中国自60年代初研制成功TiC基钢结硬质合金，70年代研制成功WC基钢结硬质合金。70年代前苏联、美国、日本、前联邦德国、荷兰等国不断研究开发新的钢结硬质合金产品。钢结硬质合金的硬质相向多样化方向发展。除TiC外，已开发出许多新型硬质相如WC、TiN、TiCN、wC%26mdash；Co等；钢结硬质合金粘结相的钢种不断扩大，如各种成分碳钢、合金钢、工具钢、高速钢、高锰钢、耐热钢和不锈钢等。

钢结硬质合金的成分范围不断拓宽，以往合金中钢基体含量一般为50%～75%（质量分数），正向两头延伸，一头向硬质合金领域延伸，提高硬质相含量，最高可达92%；另一头向高速钢领域延伸，提高钢基体含量，最高可达90%。由于钢结硬质合金的综合性能优异，使其应用范围不断扩大。通过选择不同钢种和成分作粘结剂，可制取具有特定性能的合金，以适应各种不同应用领域的要求1。

主要分类钢结硬质合金按其硬质相材质可分为：TiC基、TiN基、TiCN基、WC基和WC%26mdash；Co基5类。目前开发的仍以TiC基钢结硬质合金为主。

材料特点工艺性能好具有可机加工性和可热处理性，在退火状态下，可以可以采用普通切削加工设备和刀具进行车、铣、刨、磨、钻等机械加工。还可以锻造、焊接。与硬质合金相比，成本低，适用范围更广。良好的物理、力学性能。钢结硬质合金在淬硬状态具有很高的硬度。由于含有大量弥散分布的高硬度硬质相，其耐磨性可以与高钴硬质合金接近。与高合金模具钢相比，具有较高的弹性模量、耐磨性、抗压强度和抗弯强度。与硬质合金相比，具有较好的韧性。具有良好的自润滑性、较低的摩擦系数、优良的化学稳定性。

其基本特点主要有如下：

1.钢结硬质合金的硬质相（WC或碳化钛）一般占合金总质量的30%-50%，其余部分为钢基体。由于钢基体所占比例较大，钢的性质较为明显，因而可进行锻造和热处理等加工。经过粉末混合、压制成型、烧结、锻造、切削加工、特处理等工序后，可得到各种规格、形状的钢结硬质合金制品。其韧性指标较普通硬质合金有较大程度的改善，硬度（HRC）可达到60-70，经过锻造、切削加工和热处理等工艺处理后，可制作各种复杂的模具，其应用范围将更加广泛。

2.钢结硬质合金制品可根据需要进行各种热处理操作，以满足不同模具在使用性能上的要求，特别是经过淬火和回火后，可获得回火马氏体+合金碳化物+均匀分布的硬质相典型组织，保证了模具材料的强度、硬度、韧性等使用性能要求，同时形成了有效的耐磨面，提高了钢结硬质合金模具的耐磨性。

3.钢结硬质合金的成分可根据模具的使用性能要求和工艺性能要求进行灵活调整。作为钢结硬质合金基体和黏结相的钢种可以根据需要进行大范围的改变。

4.钢结硬质合金模具与合金模具相比，虽然价格较高，但模具的使用寿命可提高十几倍到几十倍，可以减少模具用量以及更换模具所需的时间，可以采用镶嵌的方式在模具的关键部位使用，提高产品的加工质量和加工精度。

5.对于有特殊要求的模具和耐磨件，如在要求耐磨的同时又要求耐腐蚀、耐热、导热、抗氧化等性能时，可通过调整黏结相的基本类型，使其具有不锈钢、耐磨钢、高速钢等特性，以满足不同场合的使用要求2。

生产方法钢结硬质合金可采用普通粉末冶金法、熔渗法、热压法和热等静压法生产。钢结硬质合金的性能不仅取决于合金的成分，而且取决于合金的制造工艺，特别是烧结和热处理工艺。根据性能要求设计钢结硬质合金成分时，选择适当的钢基体的钢种和成分是重要环节。

美国生产的钢结硬质合金有两种类型：第1类钢结硬质合金的硬度是通过淬火来保证的；第Ⅱ类钢结硬质合金的最高硬度是通过弥散强化或马氏体时效来达到的。这两类钢结硬质合金的成分和性能见表1。

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学