硬質(zhì)合金作為機械、礦山、電子、標準件等行業(yè)的工模具材料，雖然具有高硬度、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)良性能，但在礦山鉆采和金屬切削刀具的使用中，普遍存在的因韌性差導致嚴重崩刃脆斷和早期磨損失效兩大難題，限制了它的使用范圍，特別在受沖擊載荷的場合，如礦山鑿巖、地質(zhì)鉆探、冷沖冷鍛、粗銑等工模具材料中，不僅要求高硬度、耐磨，重要的還需要整體強韌性好。近十幾年來，我們對硬質(zhì)合金熱處理作了比較系統(tǒng)的研究。80年代末，研制出新一代礦山用硬質(zhì)合金，已得到了廣泛應用［1］，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。為了進一步拓寬與開發(fā)熱處理硬質(zhì)合金的使用領域，形成熱處理硬質(zhì)合金系列化，是今后研究的方向。這里重點對銑削和沖模用硬質(zhì)合金的真空熱處理進行了研究，并獲得明顯的效果。
2 試驗方法
2.1 熱處理方式
以前，硬質(zhì)合金熱處理方式是仿效鋼材的熱處理，即在硬質(zhì)合金制品燒結(jié)后，再進行二次升溫淬火，然后回火。而今我們用一種新的熱處理方式來取代它，這種方式就是燒結(jié)淬火，即產(chǎn)品燒結(jié)后，不隨爐冷卻至室溫，而是在燒結(jié)溫度或冷卻到一定的溫度直接淬火，免去二次升溫過程，從而達到省時、省力、降低能耗及提高效率的目的。
2.2 原料及合金牌號
本試驗配制兩種系列硬質(zhì)合金：
①模具系列：YG15C、YG20C；
②銑削系列：YG6、YG8、YS30、YT14、YT5、YW2。
還配制了作某些條件對比試驗用YG6C、YG8C、YG15合金。
配制以上合金所用WC、（TiW）C及Co粉均取自株洲硬質(zhì)合金廠。
2.3 試驗設備
硬質(zhì)合金配料混合及壓制直至脫蠟均采用常規(guī)生產(chǎn)設備，燒結(jié)淬火在WZS-20型和WZS-45型真空燒結(jié)淬火兩用爐中進行。
在WZS-20爐做工藝試驗，在WZS-45爐進行工業(yè)生產(chǎn)應用。兩臺真空爐均可完成真空燒結(jié)、真空淬火、氣冷淬火等多種工藝。淬火工藝的全過程可按預先給定的程序自動進行，還可手動操作。
3 試驗內(nèi)容
常規(guī)檢測項目采用的標準試樣是5mm×5mm×30mm抗彎強度試樣，用A116刀片測試合金密度、硬度和矯頑力。壓制好的試樣，經(jīng)脫蠟后，做以下試驗。
3.1 兩種熱處理方式的對比
分別對YG15C和YT14合金進行了燒結(jié)后二次升溫淬油和燒結(jié)后直接淬油，兩種熱處理方式對比試驗。
在兩種熱處理方式中，各取一個效果最佳的工藝對YG6、YG8、YG11C、YG15C、YG20C、YS30、YT14、YT5、YW2合金進行處理，試驗結(jié)果均為經(jīng)回火后的最后檢測結(jié)果，見圖1（抗彎強度增量為與燒結(jié)態(tài)對比的相對增量，以下各圖均同）。
從圖1可見，直接熱處理是可行的，用該方法處理WC-（TiW）C-Co合金優(yōu)于二次升溫熱處理。
圖1 各合金牌號兩種熱處理方式對比試驗結(jié)果
1.燒結(jié)后直接油淬 2.燒結(jié)后二次升溫油淬
3.2 不同淬火介質(zhì)試驗
硬質(zhì)合金真空淬火采用油淬和氣淬。氣淬選用氮氣，比較經(jīng)濟。圖2、圖3為YG8、YW2合金經(jīng)不同介質(zhì)淬火后的效果。
圖2 YG8合金經(jīng)不同介質(zhì)淬火增量后抗彎強度
1.油淬 2.氣淬
圖3 YW2合金經(jīng)不同介質(zhì)淬火增量后抗彎強度
1.油淬 2.氣淬
從圖2可見YG8合金直接油淬比直接氣淬抗彎強度增量明顯，而從圖3可見，YW2合金直接氣淬比直接油淬抗彎強度增加明顯。因此，不同牌號的合金應采用不同的淬火介質(zhì)，即不同的合金，要求不同的淬火冷卻速度，以使合金中W、C在鈷相的溶解量和鈷相的馬氏體轉(zhuǎn)變以及由于合金各組分的熱膨脹系數(shù)不同所導致的熱應力達到最佳組合。 #p#分頁標題#e#
3.3 不同鈷含量合金的對比
圖4為不同鈷含量的合金熱處理后抗彎強度的比較。圖4表明，熱處理后的合金抗彎強度的最大值隨合金中鈷含量的升高而升高，這與熱處理使鈷相強韌化的機理相一致，并隨著鈷含量的升高，合金抗彎強度峰值對應較高的最佳淬火溫度（Tq）。Tq升高的趨勢是由于鈷含量增加，合金的應變松弛能力增強，從而使W、C在鈷相中的溶解量、鈷相馬氏體相變及熱應力的最佳組合溫度升高。
圖4 不同鈷含量合金熱處理效果比較
1.YG15C 2.YG11C 3.YG6C 4.YG8
3.4 淬火溫度
硬質(zhì)合金真空燒結(jié)淬火工藝，在熱處理方式、淬火介質(zhì)確定以后，淬火溫度的選擇就至關重要。從上述試驗看出，合金牌號不同，最佳淬火溫度（Tq）也不同。Tq主要取決于合金的成分（如圖4），隨著鈷含量增加，Tq趨于升高，通過反復試驗最后確定Tq。
3.5 回火溫度的選擇
由于硬質(zhì)相（WC）與粘結(jié)相Co的膨脹系數(shù)相差約3倍，故淬火后的合金內(nèi)部存在應力，這種應力可能導致合金產(chǎn)生擇回火溫度（Tt）主要考慮兩點，一是盡量消除合金的應力，另外是使鈷相的析出降到最低。因此，回火溫度應該是選擇兩者俱佳的溫度。在低溫階段回火，隨著Tt升高，抗彎強度增大。這時的回火主要是要消除應力過程，而Co相析出物很少。根據(jù)Co相析出強化原理，微量Co析出物導致彌散強化。但隨著Tt的繼續(xù)升高，Co相析出物增多，合金矯頑力迅速增加，析出產(chǎn)物如Co3W3C、Co7W6、Co3W、Co7W2為脆性相，使合金組織結(jié)構(gòu)嚴重惡化，故使抗彎強度急劇下降。因此，對低鈷和中鈷合金，Tt應選擇高一些，高鈷合金Tt應選擇較低。如圖5所示，YG15合金回火時間在4～30h之間，抗彎強度、硬度及矯頑力都變化不大，因此，延長回火時間意義不大。
圖5 回火時間對YG15合金性能的影響
（以燒結(jié)態(tài)為基準）
4 生產(chǎn)試驗
4.1 切削刀具
生產(chǎn)試驗表明，所有牌號的硬質(zhì)合金刀片經(jīng)熱處理后其性能明顯優(yōu)于燒結(jié)態(tài)，其使用壽命倍增，見表1所示。如北京內(nèi)燃機廠試驗的熱處理刀片其耐磨性、韌性和使用壽命明顯提高。所有試驗單位的現(xiàn)場操作人員都反映硬質(zhì)合金熱處理刀片較之未熱處理的刀片光潔度高，耐用度好，使用壽命長。
表1 硬質(zhì)合金刀片現(xiàn)場銑削試驗結(jié)果
*每刃加工時間 1＃ 2＃為不同熱處理制度
4.2 沖模
上海鋼球廠是我國較大的鋼球生產(chǎn)專業(yè)廠，對19／32″規(guī)格的鋼球沖模進行了試驗，經(jīng)熱處理比未熱處理模具壽命提高1倍以上，比原用Cr12Mo鋼模壽命提高10倍。目前用的鋼模壽命短、工效低，因此，又試制了3套11／16″規(guī)格的模具，熱處理比未熱處理的模具壽命提高4.2倍，比Cr12鋼模提高十幾倍。現(xiàn)場試驗結(jié)果見表2，熱處理后的硬質(zhì)合金模具的壽命普遍提高。
表2 硬質(zhì)合金鋼球沖模現(xiàn)場試驗結(jié)果
5 結(jié)論
（1） 使用WZS-20和WZS-45型真空燒結(jié)淬火爐能夠?qū)崿F(xiàn)硬質(zhì)合金燒結(jié)后直接淬火，省時、省力、節(jié)能降耗。
（2） 各種用途的硬質(zhì)合金經(jīng)適當?shù)墓に嚐崽幚恚湫阅芫懿煌潭鹊靥岣撸娤骱蜎_模用硬質(zhì)合金經(jīng)熱處理后，可以成倍提高使用壽命。
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