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鎢鋼

什麼是鎢鋼

鎢鋼,又稱為硬質合金,是指至少含有一種金屬碳化物組成的燒結複合材料。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。鎢鋼的高硬度和耐磨性,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ISO標準進行。這種分類的依據是工件的材料種別。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合金,也就是鎢鋼。硬質合金,被稱為現代工業的牙齒,鎢鋼製品的使用程度非常廣泛。

鎢鋼的燒結過程

鎢鋼燒結成型就是將粉末壓制成坯料,再進燒結爐加熱到一定溫度(燒結溫度),並保持一定的時間(保溫時間),然後冷卻下來,從而得到所需性能的鎢鋼材料。
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生回復和再結晶,表面擴散開始發生,壓塊強度有所提高。
2、固相燒結階段(800℃-共晶溫度)
在出現液相以前的溫度下,除了繼續進行上一階段所發生的過程外,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)
當燒結體出現液相以後,收縮很快完成,接著產生結晶轉變,形成合金的基本組織和結構。
4、冷卻階段(燒結溫度-室溫)
在這一階段,鎢鋼的組織和相成分隨冷卻條件的不同而產生某些變化,可以利用這一特點,對鎢鋼進行熱處理以提高其物理機械性能。

鎢鋼的應用介紹

鎢鋼屬於硬質合金,又稱之為鎢鈦合金。硬度可以達到89~95HRA,正因如此,鎢鋼的產品(常見的有鎢鋼手錶),具有不易被磨損,堅硬不怕退火,但質脆的特性。
硬質合金中主要成分為碳化鎢和鈷,其占所有成分的99%,1%為其他金屬,所以也被稱作鎢鋼。
常用于高精度機械加工、高精度刀具材料、車床、衝擊鑽鑽頭、玻璃刀刀頭、瓷磚割刀之上,堅硬不怕退火,但質脆。屬於稀有金屬之列。
鎢鋼具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能,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。硬質合金廣泛用作材料,如車刀、銑刀、刨刀、鑽頭、鏜刀等,用於切削鑄鐵、有色金屬、塑膠、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。新型硬質合金的切削速度等於碳素鋼的數百倍。
鎢鋼還可用來製作鑿岩工具、採掘工具、鑽探工具、測量量具、耐磨零件、金屬磨具、汽缸襯裡、精密軸承、噴嘴等。


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