硬质合金

硬质合金刀具

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。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。
硬质合金还可用来制作凿岩工具、采掘工具、钻探工具、测量量具、耐磨零件、金属磨具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴等。

WC刀片

①钨钴类硬质合金
主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。
其牌号是由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。
例如，YG8，表示平均WCo＝8％，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。

TiC刀片

②钨钛钴类硬质合金
主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）及钴。
其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成。
例如，YT15，表示平均WTi＝15％，其余为碳化钨和钴含量的钨钛钴类硬质合金。

钨钛钽刀具

③钨钛钽（铌）类硬质合金
主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）及钴。这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金。
其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺序号组成，如 YW1。

常用牌号及用途

1、YG3x/ K01  适于铸铁.有色金属及合金.淬火钢合金钢小切削断面高速精加工.
2、YG6/ K20   适于铸铁.有色金属及合金.非金属材料中等到切削速度下半精加工和精加工.
3、YG6x /K15   适于冷硬铸铁.球墨铸铁.灰铸铁.耐热合金钢的中小切 削断面高速精加工.半精加工.
4、YG6A/ K10  适于冷硬铸铁.球墨铸铁.灰铸铁.耐热合金的中小切削断面高速精加工
5、YG8/ K30  适于铸铁.有色金属及合金.非金属材料低速粗加工.
6、YG8N/ K30  适于铸铁.白口铸铁.球墨铸铁以及铬 镍不锈钢等合金材料的高速切削.
7、YG15/ K40  适于镶制油井.煤炭开采钻头.地质勘 探钻头.
8、YG4C  适于镶制油井.煤炭开采钻头.地质勘 探钻头.
9、YG8C  适于镶制油井.矿山开采钻头一字.十 字钻头.牙轮钻齿.潜孔钻齿.
10、YG11C  适于镶制油井.矿山开采钻头一字.十字钻头.牙轮钻齿.潜孔钻齿.
11、YW1/ M10  适于钢.耐热钢.高锰钢和铸铁的中速 半精加工.
12、YW2/ M20  适于耐热钢.高锰钢.不锈钢等难加工 钢材中.低速粗加工和半精加工.
13、GE1/ M30  适于非金属材料的低速粗加工和钟表 齿轮耐磨损零件.
14、GE2  硬质合金顶锤专用牌号.
15、GE3/ M40  适于制造细径微钻.立铣刀.旋转挫刀等.
16、GE4  适于打印针.压缸及特殊用途的管. 棒.带等.
17、GE5   /适于轧辊.冷冲模等耐冲击材料. 锻造、热处理等。主要用于制造模具和耐磨、耐腐蚀部件。

硬质合金焊接刀片

硬度高（86～93HRA，相当于69～81HRC）；
热硬性好（可达900～1000℃，保持60HRC）；
耐磨性好。
硬质合金刀具比高速钢切削速度高4～7倍，刀具寿命高5～80倍。制造模具、量具，寿命比合金工具钢高 20～150倍。可切削50HRC左右的硬质材料。
但硬质合金脆性大，不能进行切削加工，难以制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接、粘接、机械夹持等方法安装在刀体或模具体上使用。

机夹刀片的常用型号

 3A型：31005A 31305A 31305A4 31605A 31605A5 31910A
左：31005AZ 31305AZ 31305A4Z 31605AZ 31605A5Z 31910AZ
3C型：31003C 31303C 31303C5 31603C 31603C6 31905C
左：31003CZ 31303CZ 31303C5Z 31603CZ 31603C6Z 31905CZ
3D型：31003D 31303D 31303D5 31603D 31905D
左：31003DZ 31303DZ 31303D5Z 31603DZ 31905DZ
3F型：31005F 31305F 31605F 31610F 31905F 31910F
左：31005FZ 31305FZ 31605FZ 31610FZ 31905FZ 31910FZ
3H型：31005H 31305H 31310H 31320H 31605H 31610H 31620H 31910H 31920H
3N型： 31005N 31305N 31310N 31605N 31610N 31620N 31910N 31920N
3V型： 31005V 31305V 31310V 31320V 31605V 31610V 31620V 31910V 31920V
3W型：31005W 31305W 31310W 31320W 31605W 31610W 31620W 31910W 31920W
C–H型：C1305H4 C1305H5 C1610H6 C1910H6 C1910H7
左：C1305H4Z C1305H5Z C1610H6Z C1910H6Z C1910H7Z
T3A型：T31005A T31305A T31605A T31615A5 T31905A
左：T31005AZ T31305AZ T31605AZ T31615A5Z T31905AZ
T3F型：T31005F T31305F T31605F T31905F
左：T31005FZ T31305FZ T31605FZ T31905FZ
T3V型：T31005V T31305V T31310V T31605V T31610V T31620V T31910V T31920V
T3W型：T31005WT31305W T31310W T31605W T31610W T31620W T31910W T31920W
T3Y型： T31610Y5 T31920Y6
左：T31610Y5Z T31920Y6Z
4A型： 41005A 41305A 41315A 41605A 41610A5 41905A 43230A8
左：41005AZ 41305AZ 41315AZ 41605AZ 41610A5Z 41905AZ 43230A8Z
4 D型： 41610D6 41920D7 42220D8
左：41610D6Z 41920D7Z 42220D8Z
4F型： 41005F 41305F 41605F 41905F
左：41005F 41305F 41605F 41905F
4H型： 41005H 41305H 41605H 41605H6 41905H 41910H 41910H7 42210H8 42510H8 42510H10
4L型： 41005L 41305L 41605L 41905L 41910L 42210L
4N型： 41005N41305N 41310N 41605N 41610N 41620N 41910N 41920N
4V型： 41005V 41305V 41310V 41605V 41610V 41620V 41910V 41920V 42220V
4W型： 41005W 41305W 41310W 41605W 41610W 41620W 41910W 41920W 

韩国YesTool公司推出的“KRUZ”硬质合金机夹孔加工刀具，采用了硬质相晶粒分别为0.2+0.5+0.8μm的混合型高钴(13%)超细晶粒度基体，使刀具基体材料的强度和硬度都有较大的提高，配以接近整体型钻头强度的机夹刀片几何结构和夹紧方式以及独创的钻尖设计和高性能的氮化钛(TiN)与氮铝化钛(TiAlN)纳米物理涂层(PVD)，不仅适用于加工软质到硬质工件，甚至对极难加工的特殊材料工件，都能体现出优秀的切削性能。
瑞典山特维克可乐满公司(SandvikCoromant)新推出的钢材车削牌号GC4225、GC4235，采用了超细晶粒的梯度硬质合金基体，配以氮碳化钛中温化学涂层(MT-CVD)和细晶柱状a-Al2O3化学涂层，表面则采用消除表面应力的后处理工艺，即通过喷丸处理去掉前刀面CVD涂层的拉应力表层(TiN)，使露出表面的Al2O3的拉应力下降40%，内层涂层的应力下降20%，显著改善了刀片的抗微崩刃性能和抗剥落能力，在提高刀刃完整性和可靠性的同时还提高了涂层表面的光洁度，降低了刀片与切屑之间的粘结性。GC4225可覆盖从粗加工到精加工80%的应用领域，与一般的P25刀片比较刀具寿命可提高60%，生产效率提高33%，为钢件加工的首选牌号。株洲钻石切削刀具股份有限公司继两年前推出用于铸铁加工的YBD系列黑金刚牌号后，新推出的用于钢材加工的第二代黑金刚系列牌号——YBC152和 YBC252也采用了表面富钴的梯度硬质合金基体材料，配以厚层的纤维状TiCN和细晶粒Al2O3的CVD涂层，具有极强的抗塑性变形能力和刃口强度，特别适合钢材的高速加工。新一代黑金刚牌号刀片在相同切削条件下，可提高切削速度25%以上；在同样切削速度下，刀具寿命可提高30%以上。在本次展会上推出表面富钴梯度硬质合金基体材料新牌号的还有：美国Kennametal公司的通用材质牌号KU30T、Valenite公司的加工不锈钢牌号VP5535、以色列ISCAR公司的适用于高速加工的改进型Al2O3MT-CVD复合涂层“a-TEC”系列(如：IC9150、IC9250、IC9350)牌号等。
在硬质合金中添加少量的元素可强化材料的硬质相和粘结相、净化晶界并显著提高材料的抗弯强度和冲击韧性。日本住友电工硬质合金株式会社推出的ACE系列涂层牌号(AC700G、AC2000、AC3000)，采用了加锆(Zr)的硬质合金基体材料，使新牌号基体材料的红硬性大幅度提高。日立工具技术株式会社新推出的HG系列涂层新牌号(HG8010、HG8025)则采用了所谓“三重锆效果”的CVD涂层新技术，其“第一重锆效果”就是在硬质合金基体材质中添加了锆(Zr)元素，以提高基体的抗高温变形能力；“第二重锆效果”则是用细晶柱状的锆(Zr)涂层取代通常的MT-TiCN涂层，从而提高了涂层的抗氧化性；“第三重锆效果”则是在涂层表面涂覆一层白色的锆(Zr)涂层，以提高刀具表面的润滑性、耐热性和抗剥落性。这种新型涂层牌号刀片具有良好的耐热性，特别适用于高效加工，与传统刀片相比，可提高加工效率150%，降低加工成本20～30%。
超细晶粒硬质合金得到了越来越广泛的采用。除上述几家公司的新牌号采用了超细晶粒硬质合金基体外，Kennametal公司推出的新牌号KC5525、KC5510也采用了晶粒细化的高钴硬质合金基体，拥有钴含量达10%的超级细化晶粒的硬质合金基体，配以高铝含量的TiAlNPVD涂层，使刀具在断续切削时具有很高的刃口韧性的同时，又具有极强的抗热变形能力。ISCAR公司推出的用于整体硬质合金立铣刀的“AL-TEC”涂层系列(如：IC900、IC903、IC908、IC910等)牌号，同样采用了超细晶粒硬质合金基体，配以高铝含量TiAlN(PVD)涂层，使其在铣削加工硬度高达60～62HRC的淬硬钢时，与原有的IC903牌号相比，刀具寿命提高150%。Valenite公司的用于铸铁高速车削加工的VP1595牌号，也是在超细晶粒硬质合金基体上，采用MT-CVD涂覆18μm厚的TiCN/Al2O3/TiC涂层，后刀面则涂覆了一层灰色的TiC，以便于观察刀具刃口的磨损情况和刀片转位，该牌号在粗加工球墨铸铁时，加工效率比其它K05～K10牌号提高50%。
从上述新牌号可以看出，伴随着基体材料性能的改进和提高，刀具涂层技术取得了更为迅猛的发展，中温化学涂层、柱状a-Al2O3化学涂层、高性能物理涂层、新型原子涂层、纳米结构涂层、黄色三氧化二铝化学涂层、白色锆涂层、高铝含量TiAlN涂层、TiSiN涂层、CrSiN涂层、AlCrSiN涂层、TiBON涂层等大量新型涂层呈现多样化和系列化的趋势，使硬质合金材料新牌号层出不穷，大大提高了硬质合金刀具的切削加工性能。
瑞典山高(SECO)公司继两年前推出TP1000、TP2000、TP3000三个高性能ISO-P类硬质合金涂层牌号后，新推出了号称“新行业标准”的TP2500通用型ISO-P类硬质合金涂层新牌号，它是在山高公司新一代Triple-Zero基体材质上，采用了被称为DurAtomic的涂层技术而形成的全新的硬质合金涂层牌号。DurAtomic涂层的a-Al2O3由原子长成，与通常的CVD涂层所生成的a-Al2O3相比，DurAtomic涂层具有更高的耐磨性和韧性。TP2500被设计成普通钢件车削(ISOP15～P30)的首选牌号，也可作为ISOM20和ISOK30的补充牌号。据山高公司技术人员介绍，新的TP2500刀片可提高加工效率50%以上，提高刀具寿命300%以上。
德国蓝帜金属加工技术集团倍锐特公司(LMT-BOEHLERIT)利用中温化学涂层技术开发出了“黄色氧化铝复合涂层”技术，结合该公司新开发的Durotec齿状过渡层技术，使黄色氧化铝涂层和过渡层间在具有极好的粘合性的同时，又具有良好的散热性，并推出了SteeltecLC215K和LC225K系列刀片牌号。SteeltecLC215K在切削钢材时可以达到300m/min以上的切削速度，刀片寿命比现有其它刀片提高了30%。而SteeltecLC225K则在LC215K的基础上进一步提高了刀片的韧性，使刀片使用寿命在原有的基础上又延长了30%。
纳米结构涂层(Nanocoating)技术是近年来迅速发展的涂层新技术，其涂层材料的晶粒度一般都在100nm以下，具有良好的切削性能。这次展会上，国内、外多家公司都有纳米结构涂层新牌号推出。日本住友电工硬质合金株式会社推出的超级ZX涂层牌号(ACP200、ACP300、ACK300和AC530U)，采用了相互交叠的总层数达1000层的超薄TiAlN与AlCrN纳米级涂层，每层涂层的厚度约为10纳米，大幅度提高了涂层表面的硬度和抗氧化性。与传统的TiAlN涂层相比，超级ZX涂层的硬度提高了40%，开始氧化温度也提升了200℃，从而提高刀具的加工效率1.5倍；在相同切削条件下，提高刀具寿命2倍。推出纳米结构涂层新牌号的还有日本日立株式会社，该公司新推出的纳米涂层ATH、ACS系列牌号与通常的TiAlN(PVD)涂层牌号相比，具有更高的硬度和耐氧化性，其耐氧化温度达到1100℃，显微硬度达到3600HV，可适用于从预硬钢到淬火钢的高速干式切削加工。株洲钻石切削刀具股份有限公司新推出的纳米结构nc-TiAlN涂层新牌号(YBG102、YBG202、YBG302和YBG203)是在超细晶粒硬质合金基体表面涂覆2～4μm的纳米TiAlN，该系列牌号覆盖了钢、不锈钢、铸铁、耐热合金、高温合金、钛合金等大多数材料的车削和铣削加工，具有广泛的适应性。
在涂层中，通过晶粒细化技术来提高涂层表面光洁度，使涂层表面光滑，以提高涂层刀具抗摩擦、抗粘结的能力也是涂层技术发展的一个方向。日本三菱综合材料株式会社推出的高效加工钢材的专利技术UC6110超级涂层硬质合金牌号，前刀面为由抑制结晶生长的细至纳米级的TiCN与抑制结晶生长的纳米级三氧化二铝构成的纳米结构CVD涂层，具有极高的韧性和超强的耐磨损性，外表面为一层黃色的特殊Ti金属化合物，使涂层表面平滑化。后刀面为黑色的超平滑涂层，以确保刀具磨损的稳定性。住友电工硬质合金株式会社新推出的超级FF涂层牌号(AC410K、AC610M、AC630M、ACP100、ACK200)，是在专用的硬质合金基体上，涂覆超细晶粒的TiCN，提高了涂层与基体的结合力，再在其上涂覆超细超平滑化的FF铝基膜，使表面硬度提高了30%，表面粗糙度降低了50%，与通常的材质相比，可提高加工效率1.5倍，提高刀具寿命2倍以上。
从这次展会所推出的硬质合金刀具材料新牌号可以看出，当前硬质合金刀具材料牌号正向着两个相反的方向发展，一方面，通用型牌号的适用面越来越广，通用性越来越强。另一方面，专用型牌号越来越具有针对性，更加适应被加工材料和切削条件，从而达到提高切削效率的目的。如：美国Kennametal公司推出的新的KU系列(KU10T、KU25T、KU30T)牌号就具有非常广泛的通用性。其中，KU10T和KU25T采用了具有高韧性的和高耐磨性的硬质合金基体，并配以高含铝量的TiN+TiAlN复合PVD涂层；而KU30T则采用了韧性极好的富钴层梯度硬质合金基体，配以TiN+TiCN+TiN复合CVD涂层。新的KU系列牌号可广泛适用于钢、不锈钢、铸铁、非钛合金、高温合金和硬材料的车削、镗孔、切槽、切断和螺纹加工。该公司新推出的KC5510和KC5525则是专为高效率加工高温合金而设计的牌号，晶粒细化的高钴硬质合金基体，配以高性能的TiAlNPVD涂层，使刀片具有极强的抗热变形能力，可以比其它PVD涂层刀具提高两倍以上的切削速度。日本Tungaloy超硬工具株式会社推出的T6000系列牌号(T6020、T6030)，则是专为不锈钢车削加工开发的CVD牌号。ISCAR公司推出的专用于高速铣削加工灰铸铁和球墨铸铁的DO-TEC涂层牌号(DT7150)，采用了Al2O3-MTCVD内涂层加TiAlNPVD外涂层的复合涂层技术，具有极高的耐磨性及抗剥落性。
从本次展会可以看到，金刚石CVD涂层刀具的性能又有了进一步的提高，产品覆盖了可转位刀具和整体硬质合金刀具。厦门金鹭特种材料有限公司展出了新开发的“青霜”系列超细结晶金刚石涂层立铣刀。与通常的金刚石涂层相比，“青霜”系列金刚石涂层为超细结晶，平均粒度＜1μm，涂层表面更加光滑，刀具寿命可提高20倍以上。日本OSG公司也展出了适用于石墨电极和铜电极加工的超微粒结晶金刚石涂层铣刀，结晶粒度为1μm，涂层厚度6～20μm，使刀具的刃口更加锋利，减少切削中的粘结，降低了工件表面的粗糙度。美国SGS刀具公司则推出了非晶体的金刚石(AmorphousDiamond)涂层立铣刀，用以加工最具磨损特性的材料。刀具表面是沿着刀具曲面精确形成的晶莹光滑的厚度约为1μm的非晶体金刚石薄膜，其最显著的特点是使刀具在具有金刚石极高的抗磨损能力(表面硬度达60～90GPa)的同时，又具有光滑的刀具表面，降低了刀具表面与工件的摩擦，从而大大降低了切削温度。此外，非晶体金刚石涂层的另一大特点是对刀具基体材质没有特殊要求，可在任何材质的刀具基体表面涂覆，其涂覆温度仅为150℃。据介绍SGS非晶体金刚石刀具可比AlTiN涂层刀具的寿命长6倍。

RX4：具有极好的加工效果，有完美的切割性能，可用于医疗器械中、对钨-铬-钴合金进行极其精密切削面都能很好的满足使用要求。必须避免振动。
RX6：适用于可转位工具的晶粒度为亚微米级的牌号。可以用于非铁材料、铝合金、石墨、中低硬度的合成材料、印刷电路板、软钢等进行铣削和高速钻孔。
RX7：适用于可转位工具的晶粒度为亚微米级的标准牌号。该牌号具有很高的硬度、很高的韧性和很好的切面稳定性。广泛使用于铸造材料、灰铸铁、合成材料、钛合金、非铁金属、耐高温钢以及木工领域。
RX10：适合对不锈钢和耐高温钢、铬-镍-钴-钛合金钢、合成材料、非铁材料、合金钢等进行铣削、钻孔甚至木材加工。
RX8UF：加工硬度大于HRC60的材料，属于超细牌号。
RX12UF：是高速铣削的晶粒度为超细的牌号，特别适合模具制造。适合于低合金钢、高合金钢、钛合金、奥氏体不锈钢、耐热合金、玻璃纤维强化塑料等。
RX15：适合于需要高韧性和切面稳定性的工作条件下可转位工具的晶粒度为亚微米级的牌号。也适合于厚度很薄（0.3~0.6mm）的情况下切削和冲压工艺，也适合于做裁纸刀的材料。
RCN：是耐腐蚀性的牌号，用于割捆机、滑动环、建筑水泵中的密封环、水位计的销钉、活塞、喷嘴、承压零件、实验室中的耐磨零件和铣削混合设备。
RG25：用于冲压和切削的衬垫、电火花机床的滑车。
RG10：拉拔模芯、纺织工业中的耐磨件、密封环、钻床轴套、阀门、刻度环。