硬質(zhì)合金生產(chǎn)培訓(xùn)演講人：日期:目錄CONTENTS1硬質(zhì)合金概述2生產(chǎn)工藝流程3性能影響因素4生產(chǎn)設(shè)備與工具5常見問題與解決方案6質(zhì)量控制與發(fā)展趨勢(shì)硬質(zhì)合金概述01高硬度與耐磨性在500℃高溫下硬度幾乎不變，1000℃時(shí)仍能保持較高硬度，適合高溫加工場(chǎng)景如熱軋輥、高溫切削刀具等。優(yōu)異的熱穩(wěn)定性良好的抗腐蝕性部分硬質(zhì)合金（如添加碳化鉭或碳化鈮的型號(hào)）能抵抗酸堿腐蝕，適用于化工設(shè)備密封環(huán)、噴嘴等腐蝕性環(huán)境。硬質(zhì)合金由難熔金屬碳化物（如碳化鎢、碳化鈦）與粘結(jié)金屬（如鈷、鎳）通過粉末冶金制成，其硬度可達(dá)HRA90以上，耐磨性遠(yuǎn)超高速鋼，適用于高強(qiáng)度切削和磨損環(huán)境。定義與基本特性主要成分與分類碳化鎢基合金以WC-Co為主要成分（鈷含量3%-30%），按晶粒度可分為超細(xì)晶（<0.5μm）、細(xì)晶（0.5-1μm）和粗晶（>1μm），用于切削工具、礦山鉆頭等。以TiC-Ni/Mo為基體，硬度更高但韌性較低，適用于精加工鋼材和鑄鐵的刀片。通過CVD或PVD工藝在基體表面沉積TiN、Al?O?等涂層，提升刀具耐高溫性和壽命，如數(shù)控車刀片、銑刀片。碳化鈦基合金涂層硬質(zhì)合金應(yīng)用領(lǐng)域與市場(chǎng)價(jià)值占據(jù)全球硬質(zhì)合金消費(fèi)量60%以上，包括車刀、銑刀、鉆頭等，高端涂層刀片市場(chǎng)單價(jià)可達(dá)普通刀片的5-10倍。010203切削工具領(lǐng)域用于石油鉆探牙輪鉆頭、沖壓模具、軋輥等，全球市場(chǎng)規(guī)模年增長(zhǎng)率約4%-6%。耐磨零件與礦山工具3D打印硬質(zhì)合金模具、半導(dǎo)體切割刀片等高端領(lǐng)域推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，預(yù)計(jì)2025年全球市場(chǎng)規(guī)模將突破250億美元。新興應(yīng)用拓展生產(chǎn)工藝流程02原料準(zhǔn)備與混合原料篩選與配比硬質(zhì)合金生產(chǎn)需精確控制難熔金屬碳化物（如WC、TiC）與粘結(jié)金屬（如Co、Ni）的配比，原料純度需達(dá)到99.5%以上，并通過激光粒度分析儀確保顆粒分布均勻。濕法球磨混合將原料與酒精或丙酮等溶劑在球磨機(jī)中混合48-72小時(shí)，使顆粒細(xì)化至0.5-2μm，同時(shí)加入石蠟或PEG等成型劑以提高后續(xù)壓制性能。漿料干燥與過篩混合漿料通過噴霧干燥或真空干燥去除溶劑，再經(jīng)200-400目篩網(wǎng)過篩，確保粉末流動(dòng)性滿足壓制要求。冷等靜壓成型針對(duì)微型刀具或復(fù)雜零件，將粉末與熱塑性粘結(jié)劑混合后注射成型，精度可達(dá)±0.05mm，但需后續(xù)脫脂處理。注射成型技術(shù)坯體修整與檢測(cè)通過CNC機(jī)床或激光修整坯體邊緣，并使用X射線探傷儀檢測(cè)內(nèi)部裂紋或氣孔缺陷。采用200-400MPa壓力對(duì)粉末進(jìn)行雙向壓制，形成密度均勻的坯體，復(fù)雜形狀需通過橡膠模等靜壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)各向同性壓縮。壓制與成型在1400-1600℃的真空燒結(jié)爐中分階段升溫，先脫除成型劑（300-600℃），再液相燒結(jié)（Co粘結(jié)相熔化），保溫1-3小時(shí)使致密度達(dá)99%以上。燒結(jié)與后續(xù)處理真空燒結(jié)工藝對(duì)燒結(jié)件施加100-150MPa氬氣壓力并加熱至燒結(jié)溫度80%，可消除殘余孔隙，提升抗彎強(qiáng)度15%-20%。熱等靜壓（HIP）強(qiáng)化通過金剛石砂輪磨削或EDM加工至最終尺寸，并采用CVD/PVD工藝沉積TiN、Al?O?等涂層以延長(zhǎng)刀具壽命3-5倍。精加工與涂層性能影響因素03碳化鎢含量越高，合金硬度和耐磨性越強(qiáng)，但韌性會(huì)降低；鈷含量增加可提高韌性，但硬度和耐磨性會(huì)相應(yīng)下降。碳化鎢與鈷的比例添加碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)等可細(xì)化晶粒，提高紅硬性和抗月牙洼磨損能力，但過量添加可能導(dǎo)致燒結(jié)難度增加。添加劑的作用氧、氮等雜質(zhì)會(huì)形成脆性相，降低合金強(qiáng)度和韌性，需通過真空燒結(jié)或氫氣保護(hù)工藝嚴(yán)格控制。雜質(zhì)控制成分比例的影響球磨時(shí)間與粒度球磨時(shí)間不足會(huì)導(dǎo)致混合不均，過長(zhǎng)則可能引入雜質(zhì)；粉末粒度直接影響燒結(jié)致密度，通?？刂圃?.5-2μm為宜。工藝參數(shù)的影響壓制壓力壓力過低會(huì)導(dǎo)致生坯密度不足，燒結(jié)后孔隙率高；壓力過高可能引起分層或裂紋，一般控制在100-300MPa。燒結(jié)溫度與時(shí)間溫度過低（<1350℃）會(huì)致密化不足，過高（>1550℃）可能引發(fā)晶粒異常長(zhǎng)大；保溫時(shí)間通常為1-2小時(shí)以完成液相燒結(jié)。環(huán)境因素影響燒結(jié)氣氛氫氣或真空環(huán)境可防止氧化，若含碳量不足需通入甲烷調(diào)節(jié)碳勢(shì)，避免脫碳形成η相（Co3W3C）降低性能。車間溫濕度濕度過高會(huì)導(dǎo)致粉末結(jié)塊，影響壓制密度；溫度波動(dòng)可能引起燒結(jié)爐熱場(chǎng)不均，建議控制在25±5℃、濕度<60%。冷卻速率快速冷卻可抑制晶粒長(zhǎng)大，但可能產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；緩冷適用于大尺寸制品以減少變形風(fēng)險(xiǎn)。生產(chǎn)設(shè)備與工具04混合設(shè)備噴霧干燥塔將混合后的漿料霧化并快速干燥，形成流動(dòng)性良好的顆粒，為后續(xù)壓制工序提供均勻的喂料，干燥溫度需精確控制在200-300℃。03通過三維空間旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)粉末的溫和混合，避免顆粒破碎，適用于對(duì)粒度分布要求嚴(yán)格的硬質(zhì)合金原料配比。02雙錐混合機(jī)球磨機(jī)采用高硬度研磨球?qū)μ蓟锓勰┡c粘結(jié)金屬進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間混合，確保顆粒均勻分布和細(xì)度達(dá)標(biāo)，混合時(shí)間通常控制在24-72小時(shí)。01壓制設(shè)備液壓機(jī)采用等靜壓技術(shù)（CIP）對(duì)粉末進(jìn)行雙向加壓，壓力范圍可達(dá)100-300MPa，確保生坯密度均勻且無分層缺陷，適用于復(fù)雜形狀刀具毛坯成型。通過凸輪或曲柄機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高速單軸向壓制，生產(chǎn)效率高但局限于簡(jiǎn)單幾何形狀（如刀片、鉆頭），需配合精密模具保證尺寸公差±0.05mm。對(duì)包套密封的粉末施加各向同性超高壓（600MPa以上），用于制備大尺寸或異形硬質(zhì)合金坯體，后續(xù)需經(jīng)機(jī)加工去除包套材料。機(jī)械式壓機(jī)冷等靜壓機(jī)燒結(jié)設(shè)備連續(xù)式燒結(jié)爐真空燒結(jié)爐結(jié)合高溫（1300-1500℃）與高壓（100-200MPa）處理，消除燒結(jié)體內(nèi)部孔隙，使產(chǎn)品相對(duì)密度達(dá)到99.9%以上，顯著提升抗彎強(qiáng)度。在10^-3Pa真空環(huán)境下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)（1400-1600℃），有效避免材料氧化，同時(shí)通過分階段控溫實(shí)現(xiàn)粘結(jié)相（鈷/鎳）的液相均勻滲透。采用多溫區(qū)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)燒、脫蠟、燒結(jié)一體化流程，適用于大批量標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品生產(chǎn)，節(jié)能效率較間歇式爐提升30%以上。123熱等靜壓爐（HIP）常見問題與解決方案05產(chǎn)品質(zhì)量問題識(shí)別孔隙率超標(biāo)硬質(zhì)合金燒結(jié)過程中若溫度或壓力控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部孔隙率增加，顯著降低產(chǎn)品機(jī)械性能。需通過金相顯微鏡檢測(cè)孔隙分布，調(diào)整燒結(jié)曲線和等靜壓參數(shù)（如壓力升至200-300MPa）。成分偏析混合粉末時(shí)若WC（碳化鎢）與Co（鈷）分布不均，會(huì)造成局部硬度差異。解決方案包括延長(zhǎng)球磨時(shí)間（通?！?8小時(shí)）并采用三維混料機(jī)，確保粉末均勻性。表面裂紋壓制階段若脫模力不均或模具磨損，易產(chǎn)生微裂紋。需定期檢查模具公差（控制在±0.005mm以內(nèi)），并優(yōu)化潤(rùn)滑劑噴涂工藝（如采用PTFE基潤(rùn)滑劑）。粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)燒結(jié)爐工作溫度達(dá)1400-1600℃，需設(shè)置雙層隔熱門和紅外報(bào)警裝置。操作時(shí)需佩戴耐高溫手套（如硅膠涂層手套）和面罩，并執(zhí)行“雙人確認(rèn)”制度。高溫燙傷防護(hù)有毒氣體泄漏使用甲烷或氫氣作為保護(hù)氣體時(shí)，需安裝多點(diǎn)式氣體探測(cè)器（如催化燃燒式傳感器），報(bào)警閾值設(shè)定為L(zhǎng)EL（爆炸下限）的10%。WC、TiC等粉末粒徑小于5μm時(shí)具有爆炸性。必須配備防爆型通風(fēng)系統(tǒng)（風(fēng)速≥1m/s），并嚴(yán)格限制車間粉塵濃度（低于10mg/m3）。操作人員需穿戴防靜電服，使用接地工具。安全操作問題應(yīng)對(duì)生產(chǎn)效率優(yōu)化策略采用SPS（放電等離子燒結(jié)）技術(shù)可將傳統(tǒng)20小時(shí)周期壓縮至1-2小時(shí)，同時(shí)提升致密度至99.5%以上。需配套高頻電源（≥1000Hz）和石墨模具。燒結(jié)周期縮短通過采集壓制力（200-600kN）、燒結(jié)溫度曲線等數(shù)據(jù)，訓(xùn)練LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，提前24小時(shí)預(yù)測(cè)產(chǎn)品合格率（誤差±2%），動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝參數(shù)。大數(shù)據(jù)質(zhì)量預(yù)測(cè)在真空爐內(nèi)集成CVD（化學(xué)氣相沉積）工序，直接為硬質(zhì)合金刀片沉積TiAlN涂層（厚度3-5μm），減少中轉(zhuǎn)時(shí)間30%。刀具涂層一體化質(zhì)量控制與發(fā)展趨勢(shì)06質(zhì)量控制方法原料篩選與配比優(yōu)化后處理技術(shù)應(yīng)用燒結(jié)工藝參數(shù)調(diào)控嚴(yán)格控制鎢粉、鈷粉等原料的純度與粒度分布，通過科學(xué)配比確保合金成分均勻性，減少燒結(jié)過程中的孔隙和缺陷。精確控制燒結(jié)溫度（1400℃~1600℃）、保溫時(shí)間及氣氛（氫氣或真空），避免過燒或欠燒，保證硬質(zhì)合金的致密度和力學(xué)性能。采用研磨、噴砂或化學(xué)氣相沉積（CVD）等后處理工藝，提升表面光潔度與涂層附著力，延長(zhǎng)刀具使用壽命。利用X射線探傷、超聲波檢測(cè)等手段識(shí)別內(nèi)部裂紋、氣孔等缺陷，確保產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完整性。無損檢測(cè)技術(shù)通過洛氏硬度計(jì)、抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備量化硬度（HRA≥90）、抗彎強(qiáng)度（≥2000MPa）及斷裂韌性等關(guān)鍵指標(biāo)。力學(xué)性能測(cè)試借助掃描電鏡（SEM）和能譜儀（EDS）觀察碳化鎢晶粒尺寸、鈷相分布，評(píng)估材料均質(zhì)性及粘結(jié)相狀態(tài)。