最省燃料控制系統

[拼音]：yingzhi hejin

[英文]：cemented carbides，hard metals

由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬組成的合金。硬質合金中常用的難熔金屬的硬質化合物，是元素週期表中過渡金屬的碳化物，主要是碳化鎢、碳化鈦和碳化鉭。粘結金屬是指起粘結作用的金屬，常用鐵族金屬，尤其是鈷。硬質合金具有硬度高、耐磨，較好的強度和韌性、耐熱、耐腐蝕等一系列優良效能。其中最主要的是高的硬度和耐磨性，並且在較高的溫度下仍能保持較高的硬度，因此廣泛用於製造切削刀具、礦山工具、模具以及耐磨耐蝕部件（圖1、圖2）。

1914年德國用鑄造方法生產碳化鎢模具，產品硬度雖然不低，但是性質很脆，結構也不均勻。後來改用燒結法制成燒結碳化鎢，性質依然很脆。1922年又用熔浸法生產燒結碳化鎢，韌性有所改善。1923年德國人施勒特爾（K.Schrter）採用粉末冶金方法制成以鈷為粘結金屬的燒結碳化鎢，方才開創了硬質合金的紀元。1926年起德國克虜伯公司開始工業規模生產含 6％鈷的碳化鎢硬質合金，並以“Widia”（wie Diamond的縮寫，意即“像金剛石”）為商標出售。早期的硬質合金成分是單純碳化鎢和鈷，只用作模具和切削鑄鐵和有色金屬的刀具材料。製成的刀具如用來切削鋼材，在刀刃的前面會迅速出現月牙窪形狀的磨損，逐漸擴大以致崩刃。這就妨礙了硬質合金在刀具方面的推廣使用。1929年美籍奧地利人施瓦茨科夫 (P.Schwarzkopf)在原有合金成分中加入適量的複式碳化物即碳化鎢和碳化鈦的固溶體，改善了刀具切削鋼材的效能，這是硬質合金發展歷程中的一大成就。六十年來硬質合金已形成獨立工業體系，現在世界上生產硬質合金的大型工廠約有100家左右。中國在50年代開始建立硬質合金工業，產品牌號已自成體系。國際市場硬質合金的產品牌號總數不下兩千種，基本上可歸納為以下幾類：

碳化鎢基硬質合金

以碳化鎢（WC）為主要成分的硬質合金，產量最大。分為：

WC-Co 系合金

簡稱鎢鈷合金。含鈷 3～25％，餘量為碳化鎢。這類合金產量最大。製成的刀具可以切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材等。可制拉伸模具、衝壓模具、風鑽鑽頭、截煤機刃齒、噴嘴、頂錘、頂尖和穿孔工具等。這類合金中國用符號YG代表。例如YG6表示含鈷6％，餘量為碳化鎢。

WC-TiC-Co 系合金

簡稱鎢鈦鈷合金。含鈷4～10％，含碳化鈦5～30％，餘量為碳化鎢。製成的刀具主要用於切削鋼材。這類合金中國用符號YT來代表。例如 YT5表示含碳化鈦5％，其餘是碳化鎢和鈷。

WC-TaC-Co 系合金

簡稱鎢鉭鈷合金。各國多用這類合金代替 Wc-TiC-Co系合金。主要用於製造切削刀具，部分用於製造礦山工具和模具。這類合金中國用符號YA來代表。

WC-TiC-TaC（NbC）-Co 系合金

簡稱通用合金。主要用於製造切削刀具，製成的刀具既能切削鋼材，也能切削鑄鐵，更適於切削耐熱鋼、不鏽鋼、高錳鋼等難加工材料。這類合金中國用符號YW來代表。

WC基耐蝕合金

包括WC-Ni、WC-Ni-Cr、WC-Co-Cr三種類型。主要用於製造耐蝕耐磨部件，例如密封環、汽缸襯裡、反應器襯套、圓珠筆尖、閥門、化學工業中抗酸鹼腐蝕的部件和食品工業中的噴嘴等。

超細晶粒合金

一般是指超細 WC-Co系合金。碳化鎢的最大粒度不超過 1μm，含鈷約 5～20％。其優點是抗彎強度較高，可達200～350kgf/mm2。製成的刀具適於低速切削，能取代部分高速鋼刀具，也可以切削某些難加工材料。缺點是耐月牙窪磨損性較差，在較高溫度下容易發生刀刃變形。

碳化鈦基硬質合金

以碳化鈦(TiC)為主要成分，以鎳、鉬為粘結金屬的合金。特點是硬度高、耐磨、耐熱，製成刀具能精車削和半精車削各種鋼材，包括淬火鋼、不鏽鋼、工具鋼等。加工尺寸較大的工件和表面光潔度要求較高的零件，效果尤為顯著。碳化鈦基硬質合金也可用於製造耐磨、耐蝕部件，例如圓珠筆尖。這類合金中國用符號YN來代表。

塗層硬質合金

用化學氣相沉積法在硬質合金表面塗覆厚度約為 3～12μm的耐磨塗層，以提高刀具的切削效能。常用的塗層物質有：TiC、TiN、Ti（C，N），TiC-TiN組合塗層或其他型別組合塗層，Al2O3等等，70年代已出現第四代塗層刀片。用塗層法制造的可轉位刀片，壽命可提高數倍，切削速度可提高約30％。這種刀具一般用於切削鋼材，某些新型塗層刀片，還能切削難加工材料。

國際上塗層刀片的應用正日益廣泛而價格日趨下降。與未塗層的合金相比，塗單層刀片的成本增加額最多不超過20％。

鋼結硬質合金

以鋼做粘結金屬的硬質合金。這種合金本身具有可加工性，可以切削、鍛造和熱處理。主要用於製造模具或耐磨、耐蝕部件等。

其他硬質合金

鑄造硬質合金

用電弧熔鍊法使碳化物熔化並分散於難熔金屬粘結劑中，再用離心澆鑄法制成的合金，用於製造重切削刀具。

尤肯合金(Ucon)

成分為鈮50％、鈦30％、鎢20％，用高溫滲氮法制成。製成的刀具用於鋼材粗加工。

康派克斯合金(Compax)

用高溫高壓技術將聚晶金剛石結合在硬質合金基體上的一種複合材料。製成的刀具用於加工非金屬材料和有色金屬材料。

布拉鬆合金(Barazon)

利用高溫高壓裝置在鎢鈷合金的基體上壓一層約 0.8mm厚的立方氮化硼製成的刀具材料。製成的刀具用於切削合金鋼軋輥、淬硬鋼、冷硬鑄鐵等。

合金效能

硬質合金的常溫硬度多在HRA86～93之間；在 500℃以下基本保持不變；在1000℃時仍有 HRA73～76。高速鋼允許最高工作溫度一般為 600℃；而硬質合金可達1000℃，甚至更高；因此硬質合金刀具的允許切削速度遠高於高速鋼刀具。另外耐磨能力約為高速鋼的15～20倍。但強度和韌性不及高速鋼，常溫下抗彎強度約為75～300kgf/mm2，因此刀刃不宜製成像高速鋼刀刃那樣銳利。就鎢鈷合金而言，在一定限度內，當鈷含量增加時，抗彎強度將有所增加而硬度有所降低。合金效能一般與其化學成分、金相組織和製造工藝有關。其中下列因素不可忽視：碳化物的粒度和分佈，粘結金屬的組成和含量，合金的碳含量，新增劑的組成和含量，組織結構中的缺陷，合金內部的殘餘應力等。

製造工藝

硬質合金是粉末冶金典型製品，其製造工藝一般為:制粉、混料、成形和燒結。以WC-Co系合金為例，其生產過程是將碳化鎢和鈷按比例進行配製，加入酒精或其他介質進行溼磨。經乾燥、過篩、加入成形劑（一般用蠟或膠），再經乾燥、過篩，便得到混合料。將混合料制粒(目的是增加流動性便於成形)、壓型、燒結即得成品。WC-TiC-Co系合金的生產過程是:首先將碳化鈦製成複式碳化物即TiC-WC，再將碳化鎢、複式碳化物和鈷粉進行球磨混合。以下工序與 WC-Co系合金生產過程（圖3）相同。