碳化鎢基硬質合金

鎢的碳化物具有高的硬度、耐磨性和難熔性。這些合金含有85%--95%的碳化鎢和5%--14%的鈷，鈷是作為粘結劑金屬，它使合金具有必要的強度。主要用于加工鋼的某些合金中，還含有鈦、鉭和鈮的碳化物。所有這些合金都是用粉末冶金法制造的。當加熱到1000--1100℃時，它們仍具有高的硬度和耐磨性。硬質合金刀具的切削速度遠遠地超過了的工具鋼刀具的切削速度。硬質合金主要用于切削工具、礦山工具和拉絲模等。

主要的鎢礦有十幾種，我國主要有兩種;黑鎢礦(鎢錳鐵礦)和白鎢礦(鎢酸鈣礦)。

1.黑鎢礦(FeMn)WO4。顏色有暗灰色、淡紅褐、淡褐黑、發(fā)褐及鐵褐等顏色。半金屬光澤、金屬光澤及樹脂光澤。通常為葉片狀、彎曲片狀、粒狀和致密狀;也有的呈厚板狀、尖柱狀等單斜晶系晶體，常與白色石英一起以脈絡的形式充填在花崗巖及其附近的巖石裂縫中。硬度5-5.5，比重7.1-7.5。參差狀斷口。性脆，有弱磁性。黑鎢礦是煉鎢和制造鎢酸鹽類的主要原料。

鎢礦山

鎢礦山

2.白鎢礦CaWO4。顏色為灰白色，也有黃褐、綠和淡紅色等。油脂光澤。它屬正方晶系，形成雙錐狀的假八面體或板狀晶體，晶面有時可見斜條紋，其中插生雙晶者較為常見。也有的晶體呈皮殼狀、腎狀、粒狀和致密塊狀。硬度4.5-5;比重5.9-6.2。性脆，貝殼狀或參差狀斷口。受熒光燈照射時，白鎢礦可發(fā)出美麗的淺藍色熒光。白鎢礦產(chǎn)于我國江西大余、湖南汝城、安化、臨武、云南文山等地。多成砂礦，

以上鎢礦物可用重選(搖床、跳汰等)、浮選、溜槽、淘重砂法等方法得到黑鎢精礦或白鎢精礦。

無磁硬質合金材料的研發(fā)和生產(chǎn)是新型硬質合金材料意義重大的表現(xiàn)。硬質合金是以元素周期表第ⅣA、ⅤA、ⅥA族難熔金屬碳化物(如碳化鎢WC)，以鐵族過渡族金屬(鈷Co、鎳Ni、鐵Fe)作為粘結相，通過粉末冶金工業(yè)燒結而成。以上碳化鎢都是無磁的，而Fe、Co、Ni都是有磁的，其居里點分別為770℃、1120℃、354℃。其中Ni(鎳)的居里點相對較低，可以通過一些方法將其降至室溫以下，用Ni做粘結劑是制取無磁合金的必備條件。

獲得WC-Ni系無磁硬質合金有以下方法：

1.嚴格控制碳含量

WC-Ni合金和WC-Co合金一樣，碳含量是影響W在粘結相中固容量的主要因素，即合金中碳化合物相的碳含量越低，Ni粘結相中W的固溶量越大，其變化范圍約在10~31%。當W在Ni粘結相中的固溶量超過17%時，合金就呈無磁性。這種方法的實質是通過降低碳含量，提高W在粘結相中的固溶量來獲得無磁硬質合金。實際通常采用碳含量低于理論碳含量的WC粉，或在混合料中加入W粉的方法來達到生產(chǎn)低碳合金的目的。不過，單純利用控制碳含量的方法來制取無磁合金是非常困難的。

2.添加鉻Cr、鉬Mo、鉭Ta

高碳的WC-10%Ni(wt%重量百分比)合金在常溫下呈鐵磁性，如果以金屬的形式添加0.5%以上的Cr、Mo和1%以上的Ta，可使高碳合金由鐵磁性轉變?yōu)闊o磁性。添加Cr，合金磁性與碳含量無關，Cr在合金粘結相中與W一樣大量固溶的結果。而添加Mo、Ta的合金只能在一定的碳含量下轉變?yōu)闊o磁合金。由于Mo、Ta在粘結相中固溶量較少，大部分Mo、Ta只是奪取WC中的碳形成了相應的碳化物或碳化物固溶體，所以合金成分向低碳側偏移，從而引起W在粘結相中的固溶量增加。也就是說，添加Mo、Ta的方法實際上還是通過降低碳含量來獲得無磁合金，雖然不如添加Cr容易控制，但比純WC-10%Ni合金在控制碳含量方面相對容易些，含碳量的范圍由5.8~5.95%拓寬至5.8~6.05%。

3.添加NiB或AI

以含硼1~8的NiB(硼化鎳)為粘結相，以WC、TiC(碳化鈦)、TaC(碳化鉭)等為硬質相，通過1300~1450℃真空燒結制成的。當粘結相中硼含量大于8%時，抗彎強度明顯下降。這種合金之所以能獲得無磁性，推斷是由于硼在合金粘結相中固溶而使合金居里點降低，或者是由于硼與WC反應生成新的硬質相而使合金變成低碳合金的結果。在WC-Ni系硬質合金中添加Al,如成分為WC-0.75%Al-14.25%Ni的合金，這種合金在室溫下呈弱磁性，其抗彎強度為1670MPa，硬度為87.4HRA。

在無磁合金的生產(chǎn)制備方法中，第二種方法在生產(chǎn)中得到了實際應用。種方法因工藝難以控制，第三種方法因為性能較差而沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

就第二種方法來說，雖然可以滿足生產(chǎn)無磁硬質合金的要求，但還存在一些問題。碳含量是生產(chǎn)無磁合金中比較難準確控制的因素，也是獲得正常性能硬質合金的基本前提。W-C-Ni三元系能得到正常組織結構(二相區(qū))的碳成分范圍比較窄，而其中能夠獲得無磁合金的范圍更窄。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，比較難以保證合金組織在二相區(qū)中的無碳區(qū)。如果希望合金無磁，往往控制碳含量在二相區(qū)的低碳側，如果碳含量過低，就會析出θ相，從而嚴重影響合金機械性能。雖然添加Mo、Ta等合金元素可使合金粘結相二相區(qū)中無碳區(qū)的范圍增大，但增寬幅度畢竟有限。

對于添加Cr生產(chǎn)無磁合金的方法來說，其磁性不依賴合金碳含量的變化。但是加入Cr3C2(碳化鉻)后合金的強度會受到影響。生產(chǎn)的無磁硬質合金，無磁的重要指標是磁導率偏高，其機械性能(強度、硬度、耐磨性等)有待進一步提高

鎢大部分用于生產(chǎn)硬質合金和鎢鐵。鎢與鉻、鉬、鈷組成耐熱耐磨合金用于制作刀具、金屬表層硬化材料、燃氣輪機葉片和燃燒管等。鎢與鉭、鈮、鉬等組成難熔合金。鎢銅和鎢銀合金用作電接觸點材料。高密度的鎢鎳銅合金用作防輻射的防護屏。金屬鎢的絲、棒、片等用于制作電燈泡、電子管的部件和電弧焊的電極。鎢粉可燒結成各種孔隙度的過濾器。FW-1用于大型板坯、鎢錸電偶原料。FW-2用于觸頭合金、高比重屏蔽原料。FWP-1用于等離子噴鍍材料。

鎢粉是加工粉末冶金鎢制品和鎢合金的主要原料。純鎢粉可制成絲、棒、管、板等加工材和一定形狀制品。鎢粉與其他金屬粉末混合，可以制成各種鎢合金，如鎢鉬合金、鎢錸合金、鎢銅合金和高密度鎢合金等。鎢粉的另一個重要應用是制成碳化鎢粉，進而制備硬質合金工具，如車刀、銑刀、鉆頭和模具等。