鎢鋼,又稱為硬質(zhì)合金,是指至少含有一種金屬碳化物組成的燒結復合材料。碳化鎢,碳化鈷,碳化鈮、碳化鈦,碳化鉭是鎢鋼的常見組份。碳化物組份(或相)的晶粒尺寸通常在0.2-10微米之間,碳化物晶粒使用金屬粘結劑結合在一起。粘結劑通常是指金屬鈷(Co),但對一些特別的用途,鎳(Ni),鐵(Fe),或其它金屬及合金也可使用。對于一個待定的碳化物和粘結相的成份組合稱之為“牌號”。
鎢鋼(硬質(zhì)合金)具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下也基本保持不變,在1000℃時仍有很高的硬度。
鎢鋼的分類根據(jù)ISO標準進行。這種分類的依據(jù)是工件的材料種別(如P,M,K,N,S,H牌號)。粘結相成份主要是利用其強度和耐蝕性。
鎢鋼的基體由兩部分組成:一部分是硬化相;另一部分是粘結金屬。粘結金屬一般是鐵族金屬,常用的是鈷、鎳。因此就有了鎢鈷合金、鎢鎳合金及鎢鈦鈷合金。
含鎢的鋼材,比如高速鋼和某些熱作模具鋼,鋼材中含鎢對鋼材硬度和耐熱性能有很顯著的提高,但是韌性會急劇下降。
鎢資源的主要應用也是硬質(zhì)合金,也就是鎢鋼。硬質(zhì)合金,被稱為現(xiàn)代工業(yè)的牙齒,鎢鋼制品的使用程度非常廣泛。
鎢鋼燒結過程的四個基本階段:
1、脫除成形劑及預燒階段,在這個階段燒結體發(fā)生如下變化:
成型劑的脫除,燒結初期隨著溫度的升高,成型劑逐漸分解或汽化,排除出燒結體,與此同時,成型劑或多或少給燒結體增碳,增碳量將隨成型劑的種類、數(shù)量以及燒結工藝的不同而改變。
粉末表面氧化物被還原,在燒結溫度下,氫可以還原鈷和鎢的氧化物,若在真空脫除成型劑和燒結時,碳氧反應還不強烈。粉末顆粒間的接觸應力逐漸消除,粘結金屬粉末開始產(chǎn)生回復和再結晶,表面擴散開始發(fā)生,壓塊強度有所提高。
2、固相燒結階段(800℃——共晶溫度)
在出現(xiàn)液相以前的溫度下,除了繼續(xù)進行上一階段所發(fā)生的過程外,固相反應和擴散加劇,塑性流動增強,燒結體出現(xiàn)明顯的收縮。
3、液相燒結階段(共晶溫度——燒結溫度)
當燒結體出現(xiàn)液相以后,收縮很快完成,接著產(chǎn)生結晶轉(zhuǎn)變,形成合金的基本組織和結構。
4、冷卻階段(燒結溫度——室溫)
鎢鋼(硬質(zhì)合金)具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下也基本保持不變,在1000℃時仍有很高的硬度。硬質(zhì)合金廣泛用作材料,如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等,用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材,也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。新型硬質(zhì)合金的切削速度等于碳素鋼的數(shù)百倍。