硬质合金和钢结硬质合金资料大全

机械方面的资料

硬质合金和钢结硬质合金

一、硬质合全

1.硬质合金的种类及性能：目前常用的硬质合金分为两大类：一类是钨钴系，它是以碳化钨为基，用钴作粘结剂，经压制、烧结而成的。我国的牌号用“YG”表示；另一类是钨钛钴系和钨钛锡钴系，它们分别以碳化物一碳化钛和碳化钨一碳化钛一碳化铌为基，用钴作粘结剂，经压制、烧结而成。前者用“YT”表示，后者用“YW”表示。钨钴系硬质合金除了具有很高的硬度和强度外，还有较好的韧性，适合于作冷挤压模具材料。我国常用的有YG15、YG20、YG25、YG30四种，其化学成分和性能如表8-16所示。表8-17、表8-18、表8-19分别列出我国、日本、美国和德国模具用的硬质合金牌号及性能，供参考。

表8-14 W6Mo5Cr4V2，高碳W6Mo5CrV2不同淬火温度的机械性能

抗弯强度 挠度 硬度 φ10×15试样硬度2

回火次数 冲击值 （J/cm）

（℃） （℃） （MPa） （mm） （HRC） （HRC） 1150 1150

210 500

2 3 各1 2 3 3 2 3 3

2800 2650 2810 2350 2300 2420 2600 2340 2190

3.11 3.12 3.12 2.5 2.48 2.55 2.6 2.38 2.08

62 37.547 29.4 25.3 2.2 20 15.314.8

1.3 30 32 23 27 8.5 32 14 13

61.8 － 61.5 62.9 63.5 63 62.3 64.9 65

61.6 － 62.3 61.4 63.2 64.3 53.6 62.3 65.5

淬火

回火

1150 580/5601190 1190 1190 1190 1210 1230

210 500 560 580 560 560

高碳 W6Mo5Cr4V2

1150 1190 1230

560 560 560

3 3 3

2380 2080 2040

2.4 2.04 2.13

19 16 12

15 13 11

66 67 67

65.9 66.9 67.7

表8-15 W18Cr4V及W6Mo5Cr4V2不同淬火温度处理的模具寿命

反挤凸模生产个数与模具破坏数的关系

网号 淬火（℃）

1290 1190 1240 1140

0 0 0 0

0 0 4 0

1 0 4 0

生 产 零 件 个 数

2000 4000 6000 8000 10000 1200014000 16000 18000

W18Cr4V

W6Mo5Cr4V2

1 0 5 0

1 0 6 0

2

2

2

2 0

2 0

3 0

4 0

20000 4 0

连续生产时反抗凹模的使用寿命

钢号

淬火（℃）

编号 回火硬度（HV）生产数（个） 平均生产（个）

停止原因

机械方面的资料

1290

W18Cr4V W6Mo5Cr4V2

1190 1240 1140

5 6 11 12 17 18 23 24

852 887 856 807 803 869 795 800

4500 20000 20000 20000 3700 2600 20000 20000

12250

试验完

20000

试验完

3150

试验完

20000

表8-16 我同模具硬质合金牌号化学成分及性能

化学成分（%）

组别 牌号

硬度HRA不WC TiC Co

低于

3 3 4 6 6 6 8 8 11 15

91 92 90 89.5 88.5 91 89 88 87 87

物 理 机 械 性 能

抗弯强度（MPa） 1050 1000 1400 1400 1500 1350 1500 1750 2000 2000

抗压强度（MPa）

3900

弹性系数（E） 比重（g/cm）（6.8～6.9）

×10

（6.3～6.4）

5

×10

5

3

YG3 97 YG3X 97 YG4C 96 YG6 94 G6C 94 钨 Y

YG6X 94 G8 92 钴 Y

YG8C 92 类

YG11C 89 YG15 85

14.9～15.3 15.0～15.3 14.9～15.2 14.6～15.0 14.6～15.0 14.6～15.0

5

（6～6.1）×1014.4～14.8

（5.8～5.9）

5

×10

14.4～14.8 14.0～14.4 13.9～14.5 13.5～14.4 12.8～13.0 12.3～12.8 14.4～15.0

5.4×10

55×10 54.7～10

5

YG20 80 20 85 2600 3400

含少量

YG25 75 25 82～84 1800～2700 3200

稀有元

YG30 70 30 80～82 － －

素

YA6 91 6 92 1400

表8-17 日本模具用硬质合金牌号

材 料 种 类

D4 D5 G6 G7 GT30M GT35M G40T

成分（%） Co 16 20 15 20 15 18

Wc

硬度（HRA）

87 86 87.5 86.5 87 85 85.5～87.5

机 械 性 能 抗变强度（MPa）

2400 2600 2400 2600 2400 2600 2200～2800

抗压强度（MPa）

4100 3800 4150 3700 4100 3900 4000～4500

11～15

机械方面的资料

G40T 16～20 86～87.5 2400～3200 4000～4500

表8-18 美国肯纳金属公司（Kennametel Corp）模具用硬质合金

牌号 K96 K94 K95 K92 K91 K90 K86

硬度 Co含量 抗弯强度 压缩强度 热膨胀系数

6

热传导 比重

3

（HRA） （%） （MPa） （MPa） （10/℃） （Cal/cms℃） （g/cm） 92 90 90.5 87.5 86.5 85.0 89.5

6 12 9 16 20 25 Co不明 含W、TiCo不明含W、Ti Co不明含W、Ti

1760 2290 2110 2710 2680 2540 1700

5640 4220 － 4030 － 3650 4160

4.5 5.5 － 6.1 － 7.8 7.0

0.17 0.147 － 0.110 － 1.106 0.068

14.8 14.1 14.6 13.8 13.4 12.9 11.1

K84 89.0 2100 4220 7.2 0.113 11.9

K82 90.0 1940 － － － 11.8

表8-19 德国（西德）特殊钢厂模具用硬质合金成分和性能

Titanit Wc* Co

硬度 抗弯强度 抗压强度 热膨胀系数 导热性系数

弹性模量

牌号 （%） （%） （HV10）（MPa） （MPa） （×10 6/℃） （Cal/CM℃s）

6 6 9

16000 15000 14500

1500 1700 1900 2200 2400 2600 2700 2700

5

5700 6.4×10

GTi0.5 93 GTi10 93 GTi15 90 GTi20 88 GTi30 84 GTi40 79 GTi50 75 GTi60 73

5.0 5.0 5.5 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

0.19 0.19 0.17 0.16 0.15 0.13 0.12 0.12

5400 6.4×10

5500 6.2×10 54300 6.0×10 54100 5.4×10

5

11 13000 15 11500 20 10500 24 26

9000 8500

3800 4.8×10

53400 4.4×10 53000 4.3×10

5

注：*各牌号中含1%TaC。

我国的钨钛钴系硬质合金和钨钛铌钴系硬质合金一般不用来作模具，而用来作切削刀具，一般又称为切钢合金，这里我们不作详细叙述。 2.钨钴系硬质合金：图8-41为钨钴系硬质合金的性能曲线。由图可知，这种硬质合金的硬度随碳化物含量的增加几乎呈直线上升。硬度的高低还与碳化物颗粒大小、分布情况有关。当碳化钨颗粒细小，分布均匀时，硬度就较高。硬度的高低也还与温度有关，随温度的上升，硬度值有所下降，但绝对数值仍然很大。这种硬质合金加热到800℃时，仍然具有较高的热硬性和耐磨性，比高速钢高15～20倍，但冲击韧性很差，只有一般钢材的1/10，且几乎没有塑性，难以进行塑性加工。由图还可以看出，这种硬质合金具有很高的抗压强度，并随碳化钨含量增加和颗粒细化而增大。但应注意的是这种硬质合金脆性大，当受压发生弹性变形时就会产生碎裂现象。这种硬质合金的抗弯强度与抗压强度正好相反，随着碳化钨含量的增加，抗弯强度逐渐减少。

机械方面的资料

图8-41 钨钴系硬质合金的性能曲线

钨钴系硬质合金中加入少量（2～3）％添加剂，是提高合金性能的有效途径之一，添加剂通常以两种形式加入：金属碳化物和金属，碳化物添加剂有阻止基体碳化物晶粒长大的效应，从而改善合金中碳化物相的结构和性能，而金属添加剂则主要是改善胶结相的性能。 最常用的碳化物添加剂有碳化钽（锯）、碳化钛、碳化铬（Cr3C2）、碳化钒、碳化锆等。添加碳化铬可显著提高合金硬度，但使强度降低，故对耐磨零件尤为有利。添加0.5％以下少量的钒，阻止基体碳化物晶粒长大的效应最大，故可显著提高合金的耐磨性。 钨钴系硬质合金应用于不同场合，其强化途径不尽相同，如特别适合于制作在强烈冲击负荷下工作的冷挤压模。以往多采用细晶粒合金，而近年来国外采用粗晶粒合金已逐渐增多。如前苏联硬质合金研究所研制了一系列6～8微米的粗晶粒合金，牌号为BK10KC、BK20K、BK20KC，均属钨钴类合金，用于制作沉重负荷下工作的冷挤模，效果显著。例如用BK20K作模具冲制M12—M20螺栓，模具耐用度比通常BK20合金高8～10倍。这种特粗晶粒合金的强度虽低些，但由于有很好的塑性变形能力和较高的冲击韧性，因此具有高的耐疲劳强度，适于在循环载荷下应用，如用BK20KC作冷镦模，激制3/8″和1/2″钢球时，寿命为BK20合金的2倍多。国内近年来研制成功的YG20C粗颗粒硬质合金，已在冷挤压模上应用获得成效。

从以上分析可以看出，钨钴系硬质合金具有高强度、耐磨性、热硬性以及很高的抗挤压强度和一定的抗弯强度，并随粘结剂Co含量的增加，韧性有所提高，且还具有很好的抗急冷急热的能力，模具表面能抛光至Ra=0.04以下。实践证明，采用硬质合金作冷挤压凹模是完全可行的。为了充分发挥硬质合金的优越性，在设计硬质合金模具时，必须注意如下一些问题。

（1）必须根据冷挤压的具体工作条件，来选择不同种类的硬质合金。模具的工作条件不同，对模具材料的性能要求就有差异，究竟采用哪种硬质合金作模具材料，必须视具体条件而定。如挤塑性较高、硬度较低的有色金属零件时，应选用含钴量较低的硬质合金YG15作模具材料；而挤塑性较低、硬度较高的有色多属或黑色金属零件时，应选用含Co量较高的硬质合金YG20或YG25作模具材料。

（2）硬质合金凹模壁不应出现拉应力。因为硬质合金性脆，易开裂，所以硬质合金凹模应做成组合式结构。施加的预压力应完全抵消工作时产生在凹模内壁的切向拉应力。 （3）硬质合金主要用作简单形状的轴对称类零件的凹模。这是因为硬质合金机加工性能差，只能采用压制、烧结或电加工成形。因此，形状复杂的四模制造成本高，且在过渡部分会产生较大的附加应力，易开裂，寿命短，不能充分发挥硬质合金的优越性。

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（4）硬质合金模具主要用于零件生产批量大和自动化程度高的挤压。硬质合金价格贵，加工成本高。因此，只有当产品批量特别大，要求模具的耐磨性好、使用寿命特别长以及模具损坏的可能性较小的情况下，用硬质合金作模具材料才是合算的。

硬质合金的硬度高达HRA85～90、压缩强度高达3200（兆帕）、耐磨指数最高。表8-20列出硬质合金和高速钢的性能对比。

表8-20 硬质合金和高速钢性能的比较

主要性能指标 比重（g/cm） 常温硬度（HRA） 高温硬度（HRA） 抗弯强度（MPa） 压缩强度（MPa）

弹性系数

热传导性能（Cal/cms℃）

热膨胀系数（10/℃） 比热（Cal/g℃）

熔点（℃）

-63

WC—（3～10）%Co

14～15 89～93 900℃ ＞89 20℃时 100～180 850℃ ＞100 4200～4500

5

7×10

W18Cr4V 8.5～8.8 77～80 600℃ ＞77 20℃时 300～350 600℃ ＞300 3500～3600

5

2×10

0.5 5×10 0.05 2200

-6

0.07 11×10 － 1800

-6

钨钴系硬质合金中当含铅量增加至25％时，虽然硬度降低到和淬火钢相近的水平，只有HRC67左右，但耐磨性仍要高出很多。硬质合金的模具，在因磨损失效的条件下，其寿命要比钢质模具高出数十倍，以至数佰倍。可是由于硬质合金的抗弯强度和韧性较低，在模具使用中容易发生折断和崩裂。因此，生产中要依据被加工材料性能、使用条件、受力情况、模具形状尺寸、设计结构等特点来选择相应牌号的硬质合金。

近年钨钴系硬质合金的使用情况，略举几例：上海地区采用YG15冷挤铝件凹模，寿命达 400～500万件、洛阳地区采用YG20类合金，反挤15Mn汽车轴承的凹模，寿命达40～50万次。我国研制的粗晶粒硬质合金YG20C使用效果请见表8-21。

表8-21 粗晶硬质合金YG20C使用效果

模 具 名 称 1/2″钢球 冷镦挤模 冷镦挤模 M10螺栓 冷镦挤模 冷镦挤模

模 具 材 料

GCr15 YG20 YG20C T10 Gr12MoV氮化

YG20C

平 均 寿 命

3万 20万 130万 1万 10万 140万

使 用 单 位 上海钢球厂 上海材料所 上海材料所 上海螺钉厂 上海材料所 上海材料所

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二、钢结硬质合全

l.合金的种类及特性：钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，以钢为粘结相，由粉末冶金方法制成。它既具有类似于合金工具钢的可加工性和热处理工艺性，又具有硬质合金所特有的高强度、高硬度、高耐磨性等优点，因此是一种较为理想的冷挤压模具材料。 钢结硬质合金按其粘结相的成分及性能可分为三大类： （1）种类：

l）碳素钢或铬钼钢结硬质合金。它是由（30～50）％重量的碳化物TIC或WC，其余为钢作胶结相配制烧结而成。这类中应用最多的是铬钼钢结合金，这类合金主要用作各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模等各种耐磨模具零件。

2）高速钢结硬质合金。它是由重量为（30～50）％的碳化物WC或TIC作为硬质相和高速钢作胶结相配制烧结而成。其性能优于高速钢。如我国研制生产的高速钢基（TIC）的G型和D-l型。

3）奥氏体不锈钢钢结硬质合金。它是由（40～60）％重量的碳化物WC或TIC作为硬质相和不锈钢作为胶结相配制烧结而成。这类合金主要用于作抗氧化、耐腐蚀的热挤压模具等。如我国不锈钢基的R—5、ST60、ST35型。这类合金只可进行机械加工，不能采用热处理。 目前国内外硬质合金研制和生产的主要牌号、成分、性能及用途见表8-22、8-23、8-24、8-25、8-26、8-27。

表8-22 国内碳化钨基钢结硬质合金牌号的成分和性能

成分（%重量）

牌号

硬质相（WC）

基体

密度

性 能 硬度（HRC）

抗弯强度 冲击值

3

（g/cm） Pa） （J/cm） 2退火态 淬、回火态 （M

1.25Cr、1.25Mo、

TLMW50

50

（0.8～1.0）C、余

Fe

GW50（洛阳） 50

10.21～ 10.37

35～40 66～68 ≥2000 ≥8

1.1Cr、0.3Mo、0.3Ni、10.30～

0.8C、余Fe

10.60

35～42 68～72

2300～2800 1870 1700～2500 ≥1800 2070～5260 1830 2950

1.2

Cr1Mo2W50

10.30～

50 2Cr、4Mo、1C、余Fe 41～44 67～71

10.3550

2Mo、1C、余Fe 1Cr、1Mo、0.3C、

余Fe

1Cr、0.5Mo、0.5C、

余Fe 1.0C、余Fe 1.0C、余Fe 4Cr、9Mo、1V、3Co、

0.85C、余Fe 60W、18Cr、4V、余

≥10

63

6.5

TMW50 7～10

GW50（山东） 50 ≥10.20 35～42 67～70 ≥12

GJW50 TW50 T10W50

50 50 50

≥10.20 35～38 68～71 ≥10.20 － 10.23～10.35

－

－ －

8.5 11.2 12～15

WC—高速钢 D—3料

50 40

10.17 45～50 69～71 10.60 50～54 70～72

－ －

－ －

机械方面的资料

Fe

GW40

40

CrMo钢

9.7～10.0

34～40 68～70

2400～2600

≥20

W50CrMo 50

0.65Cr、0.625Mo、

10.30～

（0.4～0.5）C、余

10.60

Fe .75～0.6C、0.8Cr、0.7Mn、9.90 1.5Mo、1.7Ni、余Fe 9

－ 68～71 2100 18

DT 45 32～38 62～65

2500～3600

15～25

表8-23 国内TIC型钢结硬质合金牌号、成分和性能

成分（%重量）

牌号 硬质相

（TIC）

基体

密度（g/cm）

3

性 能 硬度（HRC）

抗弯强度 冲击值

Pa） （J/cm） 2退火态 淬、回火态 （M

3Cr、3Mo、（0.6～0.8）

GT35

35

C、 余Fe

R—5 ST60 D—1

35 60 30

13Cr、3Mo、0.9Cu、

0.7V、余Fe 奥氏体不锈钢 6W、5Mo、4Cr、 2V、余Fe

6.36～6.48 46～50 5.8～5.84 6.66～6.67

－ 46

70 70 70

1300 1540 ＞1400

3 2.6～4 3～5

6.4～6.6 39～46

67～69 1200～2300 5～8

GT33 h G

33

3Cr、3Mo、0.9C、3V、

2.2Nb余Fe

6.4～6.6 38～456.5

39～43 40～43

67～70 1400 4

33 1Cr、2Mo、1C、余Fe 35

高速钢

68～70 1500～2000 － 69～73 1500～1900 －

表8-26 美国通用电气公司碳化钨基钢结合金的成分和性能

合金成分（%）

60WC

11Ni、1.5C、余Fe

60WC

11Ni、1.5C、余Fe

51WC

11Ni、1.5C、余Fe

33WC

11Ni、1.5C、余Fe

18WC

11Ni、1.5C、余Fe

软化状态硬度 （HRC） 55

（HRA） 78.5

硬化状态硬度 （HRC） 72

（HRA） 87.6

2870

硬化状态的抗弯强度（MPa）

51 76.5 71 87 3010

48.5 75 70 86 3780

35 68.5 63.4 83.5 3430

20 61.5 62 82.2 3150

表8-24 美国铬合金公司生产的钢结硬质合金牌号、成分和性能

牌号

成 分（%重量）

基 体

Ferro-TIC TIC WC

C

热处理工艺

硬度（HRC） 抗弯硬度2

密度（g/cm）

（MPa） 退火 硬化 40

70

6.60

2100

33 合金工具钢0.40C、950℃油淬、

机械方面的资料

2.0Cr、2.0Mo、余Fe190℃回火

S—45 S—55 CM

39

11.0Cr、7.3Ni、余

Fe

45

69

6.45

2170

52 8.6Cr、5.7Ni、余Fe 34

高铬工具钢0.56C、1093℃空淬、6.6Cr、2.0Mo、余Fe524℃回火二次高速钢0.47C、

J

1232℃油淬、

16.5 38.52.75Cr、6.6W、1.1V、

566℃回火二次

余Fe

48 70 8.80 1750

马氏体不锈钢0.43C、

1024℃空淬、

CS—40 34 11.55Cr、0.33Mo、余

420℃回火

Fe M—6

33

12Ni、3.2Mo、5.7Co、482℃3小时空

0.7Ti、余Fe 11.2Ni、2.9Mo、

冷 482℃3小时空

冷

50 68 6.54 1750

49 63 6.68 2240

M—6A 37.5

5.3Co、0.6Ti、余Fe10.5Ni、2.5Mo、

54 67 6.54 2630

M—6B 42.5

482℃3小时空

冷

5.0Co、0.5Ti、余Fe

58 68 6.34 2800

MS—5 33.6

9.4Cr、4.0Ni、2.7Mo、482℃10小时3.4Co、1.0Ti、余Fe1.2Cr、47.6Ni、

空冷

49 62 6.55 1960

HT—6 33 1.34Ti、0.67Al、

5.4Fe

703℃2小时空

冷

46 54 6.37 2170

DN—1 33

60

3.0Al、余Ni 12Ni、余Cu 0.3C、3.75Cr、

500℃16小时

空冷

40 44

53 52

6.60 11.80

2100 1960

CN—1

SK 25

524℃回火二次

0.375Ni、3Mo、余Fe

37 65 6.78 2100

表8-25 德国（西德）特殊钢厂结合金的成分、热处理及性能

淬火温回火温退火温退火硬

密度 硬度

牌号 度 度 度 度 2

(g/cm) (HRC)TIC C Cr Mo Mn Cu Si Ni Fe

(℃) (℃) (℃) (HRC) 840炉

40-44C特 33.00.45 2.0 2.0 － 0.80 － － 余量 6.6 980 150 66-73 冷 840炉

MA 33.00.60 － 0.401.900.50 0.70 － 余量 6.5 840 150 69-7342-46

冷 900炉

Gu30 33.02.5 0.201.40－ 0.70 1.30 0.40 余量 6.3 820 150 68-70 40-44

冷 1000炉

44-46WF 33.00.55 9.502.0 － 0.60 － － 余量 6.5 1090 150-500 68-70 冷

化 学 成 分 （%重量）

机械方面的资料

1000炉

WF-KKM 30.00.50 9.802.0 0.600.60 － － 余量 6.5 1090 150-516 68-7046-50

冷 1000炉

40-44S 32.00.40 14.01.50－ 0.70 － － 余量 6.4 1080 200 66-68 冷 NIKRO12833.00.5Ti8.404.0 6.700.35 0.5Al4.7 余量 6.6

－

850油/

59-6145-60

8小时 空冷 1200空800 46-4842-44

冷 480

U 34.0－ 12.01.30－ 0.60 0.5Nb8.0 余量 6.4 － 540

120055-57UNI 33.01.4Ti12.01.40－ 0.50 0.3Nb余量 6.7 － 44-46

24小时空冷 CuNi30 33.02.50 0.201.40－ 0.80 1.30 1.40 余量 6.2

－

820油/

－ 35-40

16小时 空冷 1200空800 50 40-43

冷 710

T 16.5－ 16.816.8－ 0.80 － 余量 － 7.2 －

表8-27 日本强韧性WC基钢结硬质合金成分和性能

序号

合金成分

84.7 84.7

烧结态

热处理

硬度（HRA） 抗弯强度（MPa）硬度（HRA） 抗弯强度（MPa）

2500 2600

86.7 86.7

2900 3000

1 70WC-5.0Nb+2.5Mo-0.5Ni-余Fe 70WC-2.5TIC-2.5Tac+2.5Mn-0.5Ni-2

余Fe 3

61.5WC-1.8TIC-7.5Tac+2.5Mn-余

Fe

86.6 2700 2000 2300 2500 2700 2600 2200 2400 3500

87.5 86.0 88.5 86.0 88.0 88.0 87.5 87.5 87.9

2900 3800 2500 3100 3000 2800 2500 2600 3600

4 70WC-5TIC+2.5Mn-0.5Ni-1Mo-余Fe 84.2 5 58.4WC-3.6TIC-12Tac+1.8Mn-余Fe 87.9 6 60.8WC-3.2TIC-11Tac+2.5Mn-余Fe 84.2 7 55.6WC-4.4TIC-15Tac+2.5Mn-余Fe 84.8 8

75WC+3.5Mn-6.2Co-余Fe

85.1 84.1 85.1 86.5

9 75WC+2.5Mn-1.4Co-0.1Al-余Fe 10 75WC+2.5Mn-1.5Co-1Cu-余Fe 11 75WC+12.5Mn-1.5Co-3Ni-余Fe

钢结硬质合金是介于硬质合金与合金工具钢之间的一种新型模具材料。它既具有硬质合金的特点，同时也具有普通工具钢的某些特点，概括起来如下： （2）特点：

1）钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，因此它像一般硬质合金一样，具有比工具钢更高的硬度、耐磨性和较好的刚性，同时，又由于存在着钢基体，使此种材料比一般硬质合金有着更高的强度和韧性。

2）材料经退火软化后，可承受各种切削加工，以制作形状比较复杂的模具零件。 3）钢结硬质合金可进行热处理，经一定工艺淬火、回火处理以后，使材料获得较好的机械性能，并且淬火变形极小。

4）可以承担一定的形变加工，具有一定的可锻性及一定的冷塑性变形能力。 2.钢结硬质合金的锻造：钢结硬质合金具有与碳素钢相似的可锻性，经锻打后其组织和

机械方面的资料

性能有如下改善：

（1）通过锻造可使烧结态原材的孔隙度由0.5％减小到0.l％，从而明显地提高了其强度并改善韧性。

（2）经锻造后可使碳化钨合金久烧产品的密度由（9.85～10.03）克／厘米而达到合 格的密度≥10.2克／厘米。

（3）钢结合金锻造后，碳化物（指硬质相）均匀度提高，使复杂碳化物（指大颗粒状白色的[FeW]C）与硬质相的桥接被打碎而呈颗粒状的碳化物。烧结态的钢结合金中，大6块状复杂碳化物数量虽少，但它破坏了硬质相的均匀分布，形成脆性区，成为裂纹的策源地，因而降低合金的强度，易造成模具工作面崩块。因此，在钢结合金中，避免大块复杂碳化物的产生或通过锻造使之击碎对提高模具的耐磨性和韧性有极大好处。

（4）目前，由于受粉末冶金设备和工艺的限制，只能生产一些形状简单的钢结硬质合金坯料，因而可通过锻打成形来改变坯料尺寸，减少坯料加工量，提高合金材料的利用率。 （5）钢结硬度合金经改锻退火后可改善原材料表面硬度较中心处偏高的1～3毫米厚的硬壳后，且可使硬度下降HRC2～5，便于机械加工。

综上所述，钢结硬度合金通过锻造可改形，改善组织，提高密度、强度及韧性，效果是显著的。表8-28介绍了某些厂家锻与未锻的模具寿命对比。

表8-28 钢结硬质合金锻与未锻模具寿命对比

合金牌号 GT35

模具名称

模具寿命（万件、次）

200～450 1950 9.786～16.797 提高203.535 15～22.4 58～152 4～14 44 0.3～7.0 27～36.4

模具损坏情况及原因

备注

（未锻） JR127-8130KW （锻） 转子片单转模

模具崩刃，局部过早磨损 江西电机提高硬度，寿命还可高 模腔崩刃，局部过早磨损

正常磨损失效 模口崩裂 模口小裂纹，模面崩裂

模口开裂 后模孔拉毛

上海螺钉厂 上海螺钉厂 厂 标准件厂

3

3

（未锻） M14冷镦 TLMW50

（锻） 螺母六角模 （未锻）

TLMW50 M10冷镦模

（锻） （未锻）

TLMW50 M12冷镦模

（锻） （未锻）

TLMW50 M16冷镦模

（锻）

上海螺钉纵向开裂，模孔中大块剥落

模口崩裂

厂

钢结硬质合金锻造加工，可采用模锻或自由锻两种方法进行。为了使钢结合金有较好的可锻性，必须合理选择锻造温度范围，加热速度、加热时间、锻件变形量以及锻后的冷却。 钢结硬质合金中碳化物含量较高，强烈阻碍钢基体的塑性变形，为了降低合金的变形抗力、提高塑性，减少锻裂倾向，故一般始锻温度选得比较高（防止坯料过烧）。为保持基体有一定的塑性和较小的变形抗力，一般终锻温度也应比较高，这样可防止锻件加工硬化，避免出现裂纹。钢结硬度合金锻造工艺规范见表8-29。

钢结硬质合金导热性差，若坯料加热太快，表面温度过高，造成内外温度差较大，热应力增大，易开裂。为减少钢结硬质合金的氧化和脱碳，应以技术上可能的最大加热速度来进行。实践证明表8-29的速度为宜。为解决上述矛盾，钢结硬质合金锻造加热时，为减少合金的氧化及缩短高温加热时间，应在稍低于Ac温度下进行预热。 1

表8-29 钢结硬质合金锻造工艺规范

牌号

始锻温度（℃）终锻温度（℃）

温度（℃） 速度（mm/min）温度（℃） 速度（mm/min）

预 热

加 热

机械方面的资料

GT35 700～750 0.3～0.4 0.4～0.5 0.8～1

0.3

1200 1050 1140

0.12～0.2 1180～1220 0.6～0.7 1000～1100

850～900 800～850

GW50（洛阳） 750～800 GW50（山东） 600～70

0 TLMW50

0.3～0.5 1100～1180 900～9500

1150～1200

0.3

1150～1200

900～950 850～900

600～800

Cr1Mo2W50 500～600 1200

钢结硬质合金坯料在锻造过程中受变形温度、变形速度、变形程度的影响，使锻件内残留有较大的残余应力。另外，由高温向低温冷却时，还会发生组织转变，产生组织应力。这些应力不仅引起坯料的变形，表面硬度的提高，而且当其应力超过钢基体的强度极限时，将使锻件产生裂纹，因此应选择合适的冷却方式。

实践证明，随炉冷却效果较佳。也可在绝热材料如细灰、炉渣、砂中冷却，切勿空冷。锻打操作应遵循轻拍快打，不停翻转，反复锻打，视变形情况逐渐加大锤击量。终锻要轻拍。 3.合金的热处理工艺：锻造后的钢结硬质合金必须经过软化退火处理，才能进行切削加工。而切削加工后的钢结硬质合金还要进行淬火、回火才能投入使用。现介绍如下： （1）等温球化退火：钢结硬质合金烧结态和锻后的组织由细片珠光体和硬质相WC、TIC组成，硬度较高，如50％WC铬钼钢结硬质合金烧结态，其硬度为HRC≥45，故必须采用退火处理，使其软化，便于切削加工，同时为以后的热处理作好准备。

钢结硬质合金通常采用球化退火工艺，采用连续冷却或等温冷却。正常的退火组织应是索氏体和碳化物。退火后的硬度见表8-21。退火温度不宜太高，加热时间不要过长，否则对含有大量碳化物的合金材料来说，会造成碳化物聚集，组织粗大，更为严重的是可能出现大量稳定碳化物相，甚至出现石墨化过程，将显著降低淬火效果与产品质量。

钢结硬质合金采用等温球化退人，其规范可根据钢基体的化学成分来选定，其加热温度为Ac或Ac+30～50℃，保温2～3小时；等温温度为Ar以下10～20℃，保温3～4小时。 311 退火通常采用各种箱式电炉或井式电炉，一般它以石墨粒为保护介质，可防止氧化、脱碳，又不会渗碳，还便于清理。其处理规范如图8-42所示。由图可见，退火加热温度为820～880℃，碳化钨系钢结硬质合金稍高于碳化钛系。等温处理的温度，两系列硬质合金皆为720～740℃，一般情况下，碳化钨系的退火硬度稍低于碳化钛系。

图8-42 钢结硬质合金的球化退火规范

（2）淬火工艺：钢结硬质合金由于存在孔隙和大量的钢基体上弥散分布的合金碳化物，其导热性比较差，因此淬火加热时，一定要缓慢加热，并要求采用一次甚至两次预热。 钢结硬质合金的淬火加热温度一般不宜过低，特别是硬质相含量较高的钢结硬质合金的淬火温度更应适当偏高一些。原因在于：尽管钢结硬质合金中的碳化物能稳定晶界，抑制奥氏体晶粒长大，但是作为硬质相的碳化物颗粒WC或TIC数量已经很多，退火冷却时粘结相中还会析出二次复合碳化物，如果淬火加热温度偏低，合金中过多的未溶解的二次碳化物将

机械方面的资料

会引起碳化物聚集、连结等现象，使粘结相的粘结作用减弱，从而降低合金的韧性。不过，淬火温度也不宜过高，否则又会增大淬火时的热冲击。使其在淬火时形成裂纹的危险增大。综合考虑上述因素，钢结硬质合金的淬火处理工艺曲线如图8-43所示。

图8-43 钢结硬质合金的淬火规范

由图可知，含硬质相较少的碳化钛系合金的淬火温度为960～980℃，而含硬质相较多的碳化钨系硬质合金的淬火温度取1020～1050℃为宜。其保温时间是：当用盐浴炉加热时取0.3～1.0分／毫米；用箱式电炉加热时，保温时间加倍。

淬火介质一般采用30～40℃的2号或3号锭子油、20号或40号机油等均可。淬火方法一般采用分级淬火。对于形状复杂或截面尺寸变化较大的坯料的淬火。为了减少热应力和相变应力，宜采用等温淬火。

（3）回火：为了消除淬火应力，防止开裂，改善合金的内部组织，获得较好的综合机械性能，淬火后的钢结硬质合金坯料应尽快进行回火。回火温度通常取180～200℃，保温时间取（1.0～1.5）h。如果要求合金具有较高的韧性，可采用较高的回火温度。 （4）化学热处理：钢结硬质合金具有比硬质合金较好的韧性和耐磨性。在一般情况下是能满足工业上相应用途及要求，但对于某些用途，特别是在超细而硬的摩擦介质、腐蚀介质、高温摩擦等场合使用时，尚感耐磨性不足。而钢结硬质合金的耐磨性．既取决于碳化物硬质相的性质和数量，又受到钢基粘结剂的影响。目前来看，可望提高钢基的硬度是有限的。而只有调整合金成分来达到，如增加碳化物的百分比，但又导致钢基合金的韧性下降和可加工性降低。为此，为了得到极高的硬度，而又不影响韧性，美国铬合金公司在钢基的硬化方面发展了两种表面扩散硬化方法：

第一，渗硼工艺：这是一种高温下使表面硬化的方法。据报导，按此工艺，在钛基合金表面将生成FeB和FeB硬化层，层深可达125.4微米，表层硬度可达HRC80，经渗硼后，再2将钢结合金零件按各自牌号进行常规热处理，使超硬表层内的组织完全硬化。用此法处理的钢结合金有特别低的摩擦系数，表现出非常好的耐磨性与抗擦伤性。

第二，氮化工艺：该工艺应用于可时效硬化的M-6、MS-5材料中。该工艺是将时效硬化与氮化二者同时进行，在482℃下进行3～10小时，可得100～150微米的氨化层，表面硬度可达HRC72～74，而M-6材料时效硬化仅为HRC64～66，则提高不少。与硼化工艺一样，经氮化处理后的钢结硬质合金也具有良好的耐磨性与抗擦性。

国内一些单位对钢结硬质合金进行固体、液体渗硼工艺试验，可望扩大到该领域。 4.钢结硬质合金的应用：钢结硬质合金这一新型的模具材料，目前国内外在工具、模具、量具上得到日益广泛的推广应用，均取得了明显的经济效果。

用户对应用钢结硬质合金一致反映是：钢结硬质合金的应用，对节省合金钢、降低制件成本，其经济效益是显著的，在加工中工艺比较稳定，产品质量高，改善了劳动条件．缩短了辅助时间，与一般工具钢相比较，其寿命提高几倍到几十倍。下而举几个实例（表8-30）。

机械方面的资料

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表8-30 钢结硬质合金应用例选

应用单位

模具名称

原模具材料寿命（万钢结合金材料寿命（万

次） Cr12Mo 0.3～0.4 GWMn 1.5 YG200.2 W18Cr4 0.1 T10A 2～3 GCr15 0.04～0.05

次） 钢结合金 3～4 钢结合金 150～200 钢结合金

1 钢结合金 0.4 钢结合金 30～180 GT35 0.33

提高倍数

备注

国营三二四厂 上海第一缝纫机

厂 上海标准厂

挤压凹模 梭芯套冷挤 凹模 冷挤M6角 冲头凹模 冷挤双耳 板螺母凹模

10 正常磨损

100

5

上海螺钉九厂 4 平均 30 6

上海跃进螺丝厂 M6螺母镦挤模

西北轴承厂 7526镦挤凹模

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