钢结硬质合金

　(英文：steel%26mdash;bonded carbide) 　

        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。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％。可见钢结硬质合金与普通硬质合金和高速钢的界线正在逐渐消失，俄罗斯已把钢结硬质合金改名为%26ldquo;碳化物钢%26rdquo;。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]

　　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。

　　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。

        钢结硬质合金的耐磨性及塑性优于硬质合金。特别是钢结硬质合金含有大量的钢体（合金体积的 50%以上），因此合金可进行热处理和机械加工。钢结硬质合金在其他方面的发展与应用还包括：

        (1)钢结硬质合金的硬质相向多元化发展，如碳化钨、碳化 铊、氮化铊、氮碳化铊、碳化铊-氧化铝、硼化铊、硼化铊-氮化铊等多种新型硬质相，特别是TiB2具有高硬度、高杨氏模量、良好的高温强度及稳定的化学特 性，是耐磨零件、切削工具的首选材料。

        (2)钢结硬质合金黏结相的钢种不断扩大，如各种成分碳素钢、合金钢、工具钢、高速钢、高锰钢、耐热钢以及不锈钢。

        (3)钢结硬质合金生产方法已由常规粉末冶金法、浸渍法、热压法发展为热等静压法(HIP)、烧结等静压法(Sinter - HIP)等。^[2]

        钢结硬质合金的热处理钢结硬质合金具有可热处理性。钢结硬质合金的热处理包括退火、淬火和回火，其热处理工艺的制定取决于钢黏结剂的成分及最终所需要的性能，一般来说，与原始钢种的热处理工艺相似。

        钢结硬质合金毛坯锻造工艺主要目的在于改变其形状尺寸，使之能满足使用上的需要，更重要的是通过锻造工艺可进一步改善其内部组织状态，如细化组织、减少孔隙、改善碳化物晶粒分布状况等，从而可提高钢结硬质合金力学性能和使用寿命等。钢结硬质合金的种类很多，尤其是冷模具中主要采用碳化钨型和碳化钛型钢结硬质合金。

        碳化钛基钢结硬质合金中的碳化钛与钢组分的比例对合金退火后的可加工性有重要的影响，合金硬度随碳化钛含量的增加而升高。近年来研制开发了新型的以TiN 取代TiC的钢结硬质合金，是钢结硬质合金中的一个重要发展。日本三菱金属公司生产了一种在高速钢基体中含有均匀弥散的碳化钛和氮化钛的新型硬质合金，并 称为“Chotaigokin”合金。

      硬质合金作为工业的牙齿，钢结硬质合金是在硬质合金的基础上发展的新型工具材料。钢结硬质合金基本特点表现如下：

   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，从而大大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，这种改变有利于在满足模具使用要求的前提下，有效地降低生产成本，提高生产效益。

    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，从而降低生产成本，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。^[4]

    钢结硬质合金的制造工艺与WC-Co硬质合金相似，都需要严格严谨的控制各个工艺流程，以达到最佳使用性能。