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硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物(WC、TiC)微米級(jí)粉末為主要成分，以鈷(Co)或鎳(Ni)、鉬(Mo)為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔點(diǎn)特別高，統(tǒng)稱為硬質(zhì)合金。下面以碳化物為重點(diǎn)來(lái)說(shuō)明硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)、特征和應(yīng)用。

硬質(zhì)合金刀具

ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬與碳形成的金屬型碳化物中，由于碳原子半徑小，能填充于金屬晶格的空隙中并保留金屬原有的晶格形式，形成間隙固溶體。在適當(dāng)條件下，這類固溶體還能繼續(xù)溶解它的組成元素，直到達(dá)到飽和為止。因此，它們的組成可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)(例如碳化鈦的組成就在TiC0.5～TiC之間變動(dòng))，化學(xué)式不符合化合價(jià)規(guī)則。當(dāng)溶解的碳含量超過(guò)某個(gè)極限時(shí)(例如碳化鈦中Ti︰C=1︰1)，晶格型式將發(fā)生變化，使原金屬晶格轉(zhuǎn)變成另一種形式的金屬晶格，這時(shí)的間充固溶體叫做間充化合物。

金屬型碳化物，尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬碳化物的熔點(diǎn)都在3273K以上，其中碳化鉿、碳化鉭分別為4160K和4150K，是當(dāng)前所知道的物質(zhì)中熔點(diǎn)最高的。大多數(shù)碳化物的硬度很大，它們的顯微硬度大于1800kg·mm2(顯微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬質(zhì)合金和硬質(zhì)化合物，顯微硬度1800kg·mm2相當(dāng)于莫氏一金剛石一硬度9)。許多碳化物高溫下不易分解，抗氧化能力比其組分金屬?gòu)?qiáng)。碳化鈦在所有碳化物中熱穩(wěn)定性最好，是一種非常重要的金屬型碳化物。然而，在氧化氣氛中，所有碳化物高溫下都容易被氧化，可以說(shuō)這是碳化物的一大弱點(diǎn)。

除碳原子外，氮原子、硼原子也能進(jìn)入金屬晶格的空隙中，形成間隙固溶體。它們與間隙型碳化物的性質(zhì)相似，能導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熔點(diǎn)高、硬度大，同時(shí)脆性也大。

硬質(zhì)合金的基體由兩部分組成：一部分是硬化相;另一部分是粘結(jié)金屬。

硬化相是元素周期表中過(guò)渡金屬的碳化物，如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭，它們的硬度很高，熔點(diǎn)都在2000℃以上，有的甚至超過(guò)4000℃。另外，過(guò)渡金屬的氮化物、硼化物、硅化物也有類似的特性，也可以充當(dāng)硬質(zhì)合金中的硬化相。硬化相的存在決定了合金具有極高硬度和耐磨性。

制造硬質(zhì)合金時(shí)，選用的原料粉末粒度在1～2微米之間，且純度很高。原料按規(guī)定組成比例進(jìn)行配料，加進(jìn)酒精或其他介質(zhì)在濕式球磨機(jī)中濕磨，使它們充分混合、粉碎，經(jīng)干燥、過(guò)篩后加入蠟或膠等一類的成型劑，再經(jīng)過(guò)干燥、過(guò)篩制得混合料。然后，把混合料制粒、壓型，加熱到接近粘結(jié)金屬熔點(diǎn)(1300～1500℃)的時(shí)候，硬化相與粘結(jié)金屬便形成共晶合金。經(jīng)過(guò)冷卻，硬化相分布在粘結(jié)金屬組成的網(wǎng)格里，彼此緊密地聯(lián)系在一起，形成一個(gè)牢固的整體。硬質(zhì)合金的硬度取決于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越細(xì)，則硬度也越大。硬質(zhì)合金的韌性由粘結(jié)金屬?zèng)Q定，粘結(jié)金屬含量越高，抗彎強(qiáng)度越大。

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