鎢鋼,又稱為硬質合金,是指至少含有一種金屬碳化物組成的燒結復合材料。碳化鎢,碳化鈷,碳化鈮、碳化鈦,碳化鉭是鎢鋼的常見組份。碳化物組份(或相)的晶粒尺寸通常在0.2-10微米之間,碳化物晶粒使用金屬粘結劑結合在一起。粘結劑通常是指金屬鈷(Co),但對一些特別的用途,鎳(Ni),鐵(Fe),或其它金屬及合金也可使用。對于一個待定的碳化物和粘結相的成份組合稱之為“牌號”。
鎢鋼的分類根據ISO標準進行。這種分類的依據是工件的材料種別(如P,M,K,N,S,H牌號)。粘結相成份主要是利用其強度和耐蝕性。
鎢鋼的基體由兩部分組成:一部分是硬化相;另一部分是粘結金屬。粘結金屬一般是鐵族金屬,常用的是鈷、鎳。因此就有了鎢鈷合金、鎢鎳合金及鎢鈦鈷合金。
含鎢的鋼材,比如高速鋼和某些熱作模具鋼,鋼材中含鎢對鋼材硬度和耐熱性能有很顯著的提高,但是韌性會急劇下降。
鎢鋼屬于硬質合金,又稱之為鎢鈦合金。硬度可以達到89~95HRA,正因如此,鎢鋼的產品(常見的有鎢鋼手表),具有不易被磨損,堅硬不怕退火,但質脆的特性。
硬質合金中主要成分為碳化鎢和鈷,其占所有成分的99%,1%為其他金屬,所以也被稱作鎢鋼。
常用于高精度機械加工、高精度刀具材料、車床、沖擊鉆鉆頭、玻璃刀刀頭、瓷磚割刀之上,堅硬不怕退火,但質脆。屬于稀有金屬之列。
鎢鋼(硬質合金)具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下也基本保持不變,在1000℃時仍有很高的硬度。硬質合金廣泛用作材料,如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等,用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材,也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。新型硬質合金的切削速度等于碳素鋼的數百倍。
鎢粉除了對雜質含量有一定的要求外,氧含量要控制在一定范圍內。常用鎢粉粒度一般為費氏平均粒度2~10μm。鎢粉為多角形顆粒形狀。此外,鎢粉的比表面、松裝密度、搖實密度等也在一定范圍內變化。鎢粉的性能對鎢材的生產和鎢粉末冶金制品的質量有直接的影響,特別是純度和粒度的影響更為明顯。鎢粉是依據純度和粒度以及不同的用途而分類的。
早生產鎢粉是按化學純度將氫還原鎢粉分為三級;日本已制定了《鎢粉及碳化鎢粉》的工業(yè)標準(JISH2116-1979);英、法和前蘇聯(lián)等國均設有統(tǒng)一的鎢粉國家標準。中國工業(yè)生產的鎢粉于1982年制定了《氫還原鎢粉的技術條件》(GB3458-82)。該標準規(guī)定了鎢粉的性能和分類牌號.并對檢驗方法、驗收規(guī)則、包裝、運輸和儲存等項目都做了明確的規(guī)定。對于特殊用途和軍工專用的鎢粉,生產廠可根據用戶要求試制生產。
為了解決鎢絲下垂和壽命短等問題,1917年,柏斯(A.Pacz)發(fā)明了高溫下“不變形”的鎢絲。起初,他在制備純鎢時采用耐火坩堝焙燒WO3,無意中發(fā)現用這種WO3還原所得鎢粉制成的鎢絲螺旋,經再結晶后異常神秘地不再下垂。隨后,經過218次反復實驗驗證,他終于發(fā)現在鎢酸(WO3·H2O)中添加鉀和鈉的硅酸鹽,經過還原、壓制、燒結、加工等制得的鎢絲,再結晶后形成相當粗的晶粒結構,既不軟又抗下垂,這是早的不下垂鎢絲。柏斯的發(fā)現奠定了不下垂鎢絲的生產基礎,直到現在美國仍稱不下垂鎢絲為“218鎢絲”,以紀念柏斯的這項重大發(fā)現。
不過,早生產的不下垂鎢絲的脆性比釷鎢絲嚴重,以致有些燈泡廠堅持使用釷鎢絲作燈絲。但隨著不下垂鎢絲生產工藝的不斷發(fā)展和完善,人們逐漸認識到在氧化鎢中同時添加K、Si、Al的化合物,可以使鎢燈絲在高溫下具有良好的抗下垂性能,同時經再結晶后又具有滿意的室溫延性。這就是現在人們常說的“AKS鎢絲”,即“不下垂鎢絲”或“摻雜鎢絲”,米爾摻chan納(T.Millner)在1931年將這種改進的不下垂效應稱為“GK效應”。