【钨业故事】工业的牙齿——碳化钨硬质合金

材料是人类文明发展水平的标志，材料的发展和更新换代可以促进人类文明的进步和跨越。本文将介绍为制造业作出卓越贡献的碳化钨硬质合金。 NO.1 什么是硬质合金硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金的结构与混凝土类似。碳化钨硬质合金中扮演“水泥”角色的粘结剂主要是钴（Co），而扮演“砂石”角色主要是碳化钨（WC）。

发布时间:

2023-04-03

材料是人类文明发展水平的标志，材料的发展和更新换代可以促进人类文明的进步和跨越。本文将介绍为制造业作出卓越贡献的碳化钨硬质合金。

NO.1 什么是硬质合金
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金的结构与混凝土类似。碳化钨硬质合金中扮演“水泥”角色的粘结剂主要是钴（Co），而扮演“砂石”角色主要是碳化钨（WC）。

碳化钨-钴硬质合金

混凝土

NO.2硬质合金的起源

1923-2023硬质合金发明至今已正好一百年
上世纪二十年代初，德国灯泡公司欧司朗（OSRAM）的工程师卡尔▪施勒特尔（Karl Schröter）为了寻找拉制钨灯丝用的昂贵金刚石模具的替代材料而发明了WC-Co硬质合金，于1923年申请了第一个硬质合金专利（German Patent No. 420,689），并于1925年获得授权。

硬质合金拉伸模具

1926年，获得专利授权的军工巨头克虏伯（KRUPP）公司生产了第一批商品硬质合金，用作机械加工切削刀头成倍地提高了加工效率，轰动了世界，并迅速成为战略物资，价格高昂。当时一克硬质合金的价格比一克黄金还高。

NO.3硬质合金的种类

01 钨钴硬质合金

这一类硬质合金成分只含碳化钨和钴，或含有极少量（一般不超过1%）其它添加成分的纯WC-Co硬质合金。国际标准（ISO）称之为K类硬质合金，我国国家标准称为钨钴（YG）类硬质合金；比如YG6（WC-6Co），即含钴量为6%（质量分数），其余为碳化钨的硬质合金，这就是世界第一个商品硬质合金的成分。

02 钨钴钛硬质合金

钨钴钛硬质合金除碳化钨和钴外，还添加了一定量的（1%以上）碳化钛（TiC）的钨钴钛（WC-TiC-Co）硬质合金，国际标准称为P类，国家标准叫YT类。其中碳化钛的量通常少于碳化钨的量；如果碳化钛的量超过碳化钨的量，则成了“碳化钛基硬质合金”或更专业化的称谓是“碳化钛基金属陶瓷”。

03 钨钴钛钽（铌）硬质合金

第三类是在第二类的基础上还添加了一定量碳化钽（TaC）和/或碳化铌（NbC）的WC-TiC-TaC(NbC)-Co硬质合金，国际标准称为M类，国家标准叫YW类。

还有用镍（Ni）替代钴的WC-Ni硬质合金，或用铁合金（钢）替代钴的钢结硬质合金。

工程师可以通过分别用碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化钼、碳化铬等金属碳化物或镍、铁、铬等金属部分或全部替代WC-Co中的WC和Co，设计不同的成分来得到性能不同的硬质合金以满足不同应用领域的使用要求。

NO.4硬质合金的性能

01硬度高，耐磨性好

硬质合金硬度在80~94 HRA之间，而即使是淬火硬化后的工具钢的最高硬度也只有80 HRA或稍高一些。在很长一段时期内，硬质合金是硬度仅次于金刚石的材料。事实上，第一代硬质合金的商品名就叫“Widia”（源于德文单词Wie Diamant，意即“似金刚石”），正是为了替代金刚石而发明的。所以，可以说硬质合金就是为硬而生的。

02强度、弹性模量高

典型硬质合金的抗弯强度可以达到3000~5000兆帕（N/mm²），不容易变形。

03耐热、耐腐蚀

一般能很好地抗大气、酸、碱等腐蚀，不易氧化。

这些特性使它必然成为了高温和腐蚀环境下使用的耐磨结构零部件的最佳材质。

NO.5硬质合金的用途
硬质合金应用广泛，从国防军工、工业制造，地质钻探、挖矿采油、凿岩建筑、农业生产到我们的日常生活，到处都可以看到硬质合金制品的身影。

01刀具材料

作为机械加工刀具是硬质合金最重要的用途，消耗了超过一半的硬质合金产量。硬质合金自诞生之日起至今都是最佳的机械加工刀具材料，赢得了“工业的牙齿”的美誉。

02 模具材料

硬质合金主要用做冷拉模、冷冲模、冷挤模、冷墩模等冷作模具。

（1）冷镦模具类

（2）拉伸模具

03量具和耐磨零件

硬质合金用于量具的易磨损表面镶嵌和零件、磨床精密轴承、无心磨床导板和导杆、车床等耐磨件。

04特种硬质合金

伴随科技的进步高端硬质合金材料生产也得到快速发展，下游产业的产品技术要求更多的情况下，硬质合金材料市场需求不断加大。硬质合金材料生产技术也得到改善，对应特种硬质合金材料目前广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。在高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源等领域，也采用高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品。