一、硬质合金的定义

 硬质合金是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。难熔金属碳化物通常是指元素周期表中的钨、钛、钽、钒、铪等元素的碳化物，在硬质合金中用得较广的是WC（碳化钨）、TiC（碳化钛）、TaC（碳化钽）等，这些碳化物中的一种或者一种以上与粘结金属钻组成的合金常叫做硬质合金。

 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。按形状分类，分为球状类、棒状类和板状类。

二、硬质合金和碳化钨硬质合金，钨钢的区别

1、硬质合金和碳化钨硬质合金的区别

 碳化钨硬质合金是由碳化钨和钴等粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，其硬度可达到金刚石的90%左右。

 硬质合金和碳化钨硬质合金属于包含关系，碳化钨硬质合金属于硬质合金，但硬质合金有很多类，碳化钨硬质合金只是其中一种。

2、硬质合金和钨钢的区别

 钨钢是用炼钢工艺在钢水中加入钨铁作钨的原料熔炼而成的，称之为钨钛合金，譬如钨含量15%-25%的高速钢和部分工具钢也被成为钨钢，对于钨含量高于80%以上被成为硬质合金。

 硬质合金是用粉末冶金工艺以碳化钨为主体与钴或其他粘结金属一起烧结而成的，其钨含量一般在80%以上，

 一般在机械工程领域，硬度超过HRC65的合金材料，都被叫做硬质合金。所以，钨钢属于硬质合金，但硬质合金不一定是钨钢。

三、硬质合金的应用领域

 （1）切削工具：硬质合金可用作各种各样的切削工具。我国切削工具的硬质合金用量约占整个硬质合金产量的三分之一。

 （2）地质矿山工具：地质矿山工具同样是硬质合金的一大用途。我国地矿用硬质合金约占硬质合金生产总量的25%。

 （3）模具：用作各类模具的硬质合金约占硬质合金生产总量的8%。

 （4）结构零件：硬质合金用来作结构零件的制品很多，如旋转密封环、压缩机活塞、车床夹头、磨床心轴、轴承轴颈等。

 （5）耐磨零件：用硬质合金制成的耐磨零件有轧辊、辊环、喷嘴、导轨、柱塞、球、轮胎防滑钉、铲雪机板等。

 （6）耐高压高温用腔体：其重要的用途就是生产合成金刚石用的顶锤，压缸等制品，顶锤，压缸用硬质合金已占我国硬质合金生产总量的9%。

 （7）其他用途：近几年已在民用领域不断扩展，如箱包的拉链头，硬质合金商标等。

 其中钢铁行业作为我国重要的原材料工业之一，随着钢铁行业的飞速发展，为了提高钢材的产出率，提高轧机的利用率和生产效率，减少轧机的停机次数，硬质合金轧辊、辊环应运而生，并得到快速发展，目前硬质合金轧辊、辊环因其优异的性能，更适应现代高效率冶金钢铁工业，在钢厂被广泛用于高速线材的轧制；硬质合金轧辊在整个钢厂轧辊行业所占比例中越来越高。

四、硬质合金轧辊、辊环在钢铁行业中的应用

 硬质合金轧辊、辊环的抗弯强度可达2200 MPa 以上，冲击韧性可达（4～6）×106 J/m2，洛氏硬度HRA78～90，个别甚至高于HRA90，基本实现了全致密（相对密度大于或等于99%），加上其固有的良好耐磨性，耐蚀性和高温力学性能等，广泛用于钢铁行业。

 硬质合金轧辊按结构形式可分为整体硬质合金轧辊和复合硬质合金轧辊两种。整体硬质合金轧辊已广泛应用于高速线材轧机的预精轧和精轧机架等。复合硬质合金轧辊由硬质合金与其他材料复合而成，又可分为硬质合金复合辊环和整体硬质合金复合轧辊。硬质合金复合辊环安装于辊轴上；整体硬质合金复合轧辊则将硬质合金辊环直接铸造于辊轴中形成一个整体，应用于轧制负荷较大的轧机上。

 硬质合金复合辊环的轧槽寿命约是普通铸铁轧辊的10-20倍，每次修磨量仅是铸铁轧辊的1/2-1/3，因此，与传统铸铁轧辊相比，硬质合金复合辊环的总轧制量为普通辊的20-40倍。

 硬质合金复合辊环的应用范围非常广泛，线材、棒材、管材及其他小型材，如方钢，六角钢，扁钢，角钢等的生产都可以应用这一技术，对轧机性能的提高都受到良好的效果。

 硬质合金轧辊在高速线材轧制过程中，其单槽过钢量远高于冷硬铸铁或高速钢轧辊。

五、硬质合金轧辊、辊环的加工

 硬质合金材质轧辊、辊环虽然优于其他材质，但由于其硬度极高，很难加工，要想使硬质合金轧辊、辊环更加广泛应用于钢铁行业，首先要解决硬质合金轧辊、辊环加工难题。

 早期采用磨削工艺对硬质合金轧辊、辊环进行加工，但磨削效率太低，影响生产效率，之后随着刀具材料的不断更新，超硬材料行业经过多年的实践和反复的试验，研制出可以车代磨的刀具材质，采用车削代替粗磨工序，大大提高生产效率并降低生产成本。

 车削硬质合金轧辊、辊环过程中，刀具自身硬度必须高于被加工工件的硬度，因此目前车削加工硬质合金轧辊、辊环的刀具材质主要以高硬度高耐热非金属粘合剂立方氮化硼和金刚石为主。

六、硬质合金轧辊、辊环加工方式及其刀具的选择规律：

 1、看硬度：硬度小于HRA90的硬质合金轧辊、辊环，可选择BNK30材质刀具进行大余量车削，其整体聚晶立方氮化硼刀具是CBN微粉整体烧结而成的块状材料，没有合金衬底，由于采用非金属作为粘合剂，高温红硬性优异，大余量车削硬质合金轧辊、刀具不碎裂。硬度大于HRA90的硬质合金轧辊、辊环，已经超过了立方氮化硼刀具的可加工范围，一般选择CDW025材质金刚石刀具或采用树脂结合剂金刚石砂轮进行磨削。一般硬度越高，材料越脆，硬质合金被切削时在切出边缘“掉渣或崩缺”导致工件报废，所以对于高硬度材料切削比较谨慎，要么提前做倒角加工，要么采用准确预留精磨余量加以规避。    

 2、看加工余量和加工方式：如果是加工外表面或车R3以上的槽，且余量大时，一般先用HLCBN材质或BNK30材质粗加工，然后再用砂轮磨削（树脂结合剂金刚石砂轮磨外圆或平面，轧辊孔型开槽等成型磨削一般采用电镀或金属结合剂金刚石砂轮）；对于加工余量小的，要么用砂轮直接磨削，也可采用金刚石刀具进行仿形加工（如倒角工序和切槽等成型工序可选择定制金刚石刀具）；一般来讲，切削替代磨削，能提高加工效率，而且切削方式的硬质合金切屑更容易回收；因为成型砂轮定制需要周期或者需要模具，但成型刀具非标定制相对来讲，比较快，所以采用切削方式更有利于提高生产周期。

 3、轧辊月牙槽刻肋加工时，采用CDW025材质金刚石雕铣刀（又称为飞刀，旋铣刀）。

 4、轧辊分新制和修磨，以上方式不仅适合硬质合金轧辊厂新制轧辊时参考，也可用作钢厂修磨硬质合金轧辊使用。

 注意事项：选择HLCBN材质或BNK30材质刀具时，一般是对于余量大于0.3mm的轧辊或辊环进行加工，此材质刀具切削深度一般控制0.8mm以内，采用每转0.25-1.0mm的大进给进行高效率加工，此时需采用干式切削，不可加切削液；其他硬质合金材料小型模具加工余量小于0.3mm的，一般选择BN-H10材质刀具进行高速切削。

七、加工硬质合金轧辊、辊环时的注意事项

1、切削参数的选择：

 加工硬质合金轧辊、辊环时：切削速度Vc≤35m/min；吃刀深度ap≤0.8mm；进给量Fr=0.25-1mm/r（具体根据刀具形状和加工粗糙度选择，尽量取大值）；如果采用金刚石刀具加工，吃刀深度（ap）值建议更小一点。干切！

 采用CDW025材质金刚石刀具仿形车削、开槽加工时，进给量Fr值建议0.1-0.2mm/r；或0.05-0.1mm/r，可加切削液。

2、刀具刃口处理：

 在加工硬质合金轧辊、辊环时，可能会对刀具进行钝化处理，所谓的钝化处理就是为了解决刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐用的目的。但钝化处理不能太大，因为钝化后刀具刃口接触面变大，切削阻力也随之增大，硬质合金轧辊、辊环属于硬脆材料，容易造成崩块，损伤工件。

 同时刀具刃口也不能太过锋利，太过锋利会降低刀具的使用寿命，因此在购买刀具前，尽量和刀具工程师进行沟通，以便选择更加合适的刀具切削刃口。

八、立方氮化硼刀具加工硬质合金案例

 ①立方氮化硼刀具加工硬质合金冲头外圆：直径40mm，长100mm，切去3.5mm余量，只需25min，如用金刚石磨轮磨削，则需要215min。

 ②BNK30材质镗孔硬质合金衬套：精度要求IT6～IT8，表面粗糙度Ra1.6-0.8。切削参数：Vc15m/min，ap=0.2～0.5mm，Fr=0.1～0.15mm/r。相较于磨削工艺，效率提高10倍左右。

 ③BNK30材质断续车削YG20、YG25的硬质合金套筒：切削参数：Vc=30m/min，ap=0.35mm，Fr=0.034mm/r。刀具的耐用度为65min。

九、硬质合金的铣削加工刀具

 对于硬质合金的铣削，根据客户需求，可提供CVD金刚石涂层铣刀和金刚石镶片式铣刀，可代替电解腐蚀和电火花工艺，提高生产效率，和产品质量，如CVD金刚石涂层铣刀对硬质合金进行微铣削，表面粗糙度可达到0.073μm。

 金刚石镶片式铣刀多为球刀，将PCD或BL-PCD（无粘结剂纳米聚晶金刚石）钎焊到硬质合金刀杆上，其中BL-PCD切削刃比传统PCD工具要高，如BL-PCD球端面铣刀铣削硬质合金模具，可实现小于10nm的表面粗糙度。

十、硬质合金的切割工具

 切割和切槽是硬质合金磨削，切削外，常用的加工方式之一，对于1mm及以上宽的切槽，一般采用毛坯预成型或者采用刀具切削（如铣刀铣槽或者车刀加工外圆或端面槽），对于1mm以下的切槽或切断，常用超薄切割片进行加工。