素有“工业的牙齿”之称的硬质合金，是现代工业中不可缺少的重要工具材料，硬质合金的生产在有色金属加工工业中占有相当重要的地位。

　　硬质合金是由高熔点金属(钨、钼、钽、钛、钡等)的碳化物、氮化物、硼化物或硅化物组成的合金的总称。它一般用钴作粘结剂，采用粉末冶金方法制成。硬质合金制造工艺分为铸造和烧结两类。铸造合金脆性高，应用较少。广泛采用的是烧结合金，一般由碳化钨或碳化钛和钴粉烧结而成。它具有很高的硬度(HRA=89—92)、耐磨性和热硬性(高达1000℃)。主要用作高速切削和加工较硬材料的刀具。由于采用硬质合金刀具可使切削加工的速度成倍地增长，使用寿命比一般工具钢高许多倍。因此，硬质合金被广泛用作车刀、铣刀、锯片、钻头等金属切削工具;拉丝用的拉丝模、挤压用的挤压模、锻模、型模、夹具、轧辊等耐磨工具;还用于地质矿山工具(如凿岩工具、采掘工具、钻探工具)、金属成型工具以及耐磨耐蚀的零部件等等。

　　一、硬质合金的产生与发展

　　1909年，美国通用电器公司的库里吉，首先采用一种新的冶金工艺——粉末冶金工艺，制造出了高质量的钨丝。从此，用钨丝生产的白炽灯开始大量生产，使电照明工业获得了长足的进展。而更重要的是，库里吉所采用的粉末冶金工艺经久不衰，为后来生产许多特殊的金属制品包括硬质合金开辟了道路。

　　粉末冶金工艺亦称金属陶瓷法，它与生产陶瓷的方法大致相同，故得名。方法是：首先取金属粉末;然后对粉末进行预处理，包括分级、除杂质、退火、配料、混合等;最后使金属粉末或金属粉末和非金属粉末的混合物，通过成形和烧结，制成各种金属和金属——非金属的材料和制品。热成形或烧结后的坯料和制品，根据需要还可以作进一步的加工和热处理。

　　1923年，德国人施勒特尔发明的一种碳化钨和钴的新合金，硬度仅次于金刚石，它是世界上人工制成的第一种硬质合金。施勒特尔往碳化钨的粉末中加入10%—20%的钴做粘结材料，使碳化钨—钴系合金进入实用阶段，因此获得了第一个硬质合金的发明专利。施勒特尔采用粉末冶金法制造硬质合金，与库里吉制造钨条相似：他把灰色的碳化粉末和铁族金属钴混合，压制成坯，再把坯加热到铁族金属的熔点，停留一段时间，然后冷却，以碳化钨和钴组成的硬质合金就制成了。

　　1926年，施勒特尔的发明实现了工业化生产，德国的克虏克公司以“像金刚石”为商标出售含钴的碳化钨硬质合金。从此，用粉末冶金法制造硬质合金的技术传遍了全世界。

　　1929年，美籍奥地利人施瓦茨科夫在原有合金成分中加入了一定量的碳化钨和碳化钛的复式碳化物，改善了刀具切削钢材的性能，这是硬质合金发展史中的又一成就。

　　现在，硬质合金应用最多的几个系列有：碳化钨—钴系，碳化钨—碳化钛—钴系，碳化钨—碳化钽—钴系，碳化钨—碳化钛—碳化钽(铌)—钴系，都是在这段时期诞生或得到完善的。

　　二、性能与工艺特点

　　硬质合金的硬度与很多因素有关，包括粉末的纯度、粒度、含碳量、烧结工艺等。制造硬质合金时首先要把好粉末的纯度和粒度关，原料粉末的纯度要求很高，粒度在1—2um之间。生产过程是按规定的组成比例进行配料，加进酒精或其它介质在湿式球磨机中湿磨，使它们充分混合、粉碎，经干燥、过筛后加入蜡或胶等成形剂，再经干燥、过筛制得混合料，然后把混合料制粒、压型、烧结就得到了成品。烧结是在真空中进行的，温度为1300—1500℃，时间1-2小时。

　　一般来说，合金中的硬化相含量越高，粘结金属含量越低，硬度就越高;成分相同的合金，在一定范围内，硬化相的晶粒越细，硬度也越高。有的国家已研制出碳化钨晶粒小于1um的分布均匀的超细晶粒硬质合金。

　　抗弯强度是硬质合金韧性的标志。硬质合金具有一定的抗弯强度，可使它在冲击载荷的作用下不致断裂。如果说硬质合金的硬度取决于硬化相，那么它的韧性主要是由粘结金属决定的。硬质合金中粘结金属的含量越多，抗弯强度越高。

　　一些工业发达国家除了研制综合性能较好的细晶粒和超细晶粒硬质合金以外，涂层硬质合金的研制也受到了重视。1969年，瑞典研制成功了碳化钛涂层刀具，刀具的基体是钨钛钴硬质合金或钨钴硬质合金，其表面碳化钛涂层的厚度不过几个um，但是与同牌号的合金刀具相比，使用寿命延长3倍，切削速度提高25%—50%。

　　涂层硬质合金是在硬质合金表面涂覆一层厚度为3—12um的耐磨涂层，以提高刀具的切削性能。碳化钛、氮化钛以及它们的混合物等是常用的涂层材料。上世纪70年代就已出现的第四代新型涂层刀具，可以用来切削很难加工的材料。

　　三、常用的硬质合金

　　目前，我国常用硬质合金的成分、性能和应用范围如下：

　　YG称为钨钴类硬质合金，主要成分为WC和CO，如YG6、YG6C，YG6X，“G”后面的数字表示钴的含量，其余为WC，后面的“C”表示粗晶粒，“X”表示细晶粒。

　　YT称为钛钨钴类硬质合金，主要成分是WC、TIC和CO，如YT15表示含TIC15%的钛钨钴类硬质合金。

　　YW类合金是含有NbC或TaC的钛钨钴类硬质合金。

　　YT类合金比YG类合金具有更高的硬度、热硬性、抗氧化性和耐腐蚀性。但抗弯强度、抗压强度和导热性方面，YG类要好些。

　　在同一类合金中，随着钛含量的百分率增大，合金的密相相对减少，致使硬度也降低，抗弯强度升高，韧性改善。

　　硬质合金中加有NbC或TaC时，对合金的强度影响不大，但能明显提高热硬性，在900-1000℃时将超过YT类合金。适宜制作切削特殊钢的刀具，如切削不锈钢、耐热钢和钛合金等。

　　由于硬质合金刀片无法直接切削加工，因此只能用焊接或机械装夹法固定在刀体上使用，这种刀具目前在机械加工中应用十分广泛。近年来，还研制出一种叫“钢结硬质合金”的新型工具材料，其性能介于硬质合金和高速钢之间。它是用碳化钛微粒加少量钛粉和合金元素粉末作粘接剂，以一般粉末冶金方法制成。这种材料经退火后可用切削加工的方法，制造各种复杂刀具，经过淬火和回火以后，又有相当于硬质合金的特性，也可以进行锻造，并具有耐磨、耐热、抗氧化等性能。

　　四、回收利用与经济效益

　　钨是硬质合金的主要成分，用于生产硬质合金的钨占钨总用量的50%，我国约占40%左右。钨是一种稀有元素，地壳中的含量仅为1×10-4%。现今可供开采的钨，平均只够约使用50年。

　　虽然我国是产钨大国，但是蕴藏量和可采量呈日益减少的趋势，因此，钨资源的合理利用和回收加工问题应，作为急待解决的问题认真加以研究。

　　假定我国废合金的回收率由10%提高到20%，则意味着每年可增加几百吨钨的产量，它需要提供约几千吨钨精矿(含WO365%)原料，亦相当于22吨原矿(品位为WO30.5%)的钨含量。由此可见，大力回收硬质合金，对合理利用和保护现有的钨资源，具有十分重要的意义。

　　若按我国每年再生利用废硬质合金800吨计算，则相当于节约钨矿1500吨，即少开采钨矿石30万吨;从800吨废硬质合金中可回收钴70多吨;约为我国钴年产量的25%，同时可节省80%的投资和电力1000万度。此外还可增加2000-3000万元的产值，如果这些废硬质合金经过再生制成硬质合金，其价值相当于1500吨钨精矿的7倍。

　　利用废旧硬质合金可以获得显著的经济和社会效益。根据粗略统计，每回收1吨废硬质合金，仅钨一项就可节约成本0.8-1.0万元，用废硬质合金经过再生工艺处理以后再制成硬质合金产品，每吨至少可获利1.8万元，用废料再生制得的碳化钨粉的成本，要比用钨粉经高温碳化制得的碳化钨粉低20~30%，而且质量容易达到工艺要求。由于用回收料生产出的硬质合金免去了采选和冶炼的大部分流程，不仅可大幅度减少环境污染，而且还节约了大量的能源。

　　五、回收加工工艺

　　经过30多年的发展，我国废硬质合金的再生利用有了较大的进步，已由过去少数几家生产厂兼顾废料的回收再生，发展为近百家中小型企业以不同工艺处理各类废旧硬质合金，有的已形成从废料回收到深度加工生产多种硬质合金和钨，钴产品的联合体系。

　　目前，废硬质合金回收的加工工艺较多。现将生产中常采用的几种加工工艺作一简介。

　　1.高温氧化法：把硬质合金放在700~950℃温度范围内，使其在空气或氧气中氧化。这时，氧和合金发出如下反应： 氧化后的产物是一种脆性物质。经由高压浸出器中，用氢氧化钠或氢氧化钠与碳酸钠的混合物处理，即得钨酸钠溶液。留在残渣中的钴，则按常规工艺分离出来。

　　2.锌熔法：把废硬质合金在近900℃温度下与锌反应。合金中的钴与锌形成锌一钴低熔点合金，从而使废合金中的碳化钨失去钴的粘结作用而变得松散。再用真空蒸馏法将金属锌蒸发并予回收。

　　经锌熔后的废硬质合金是多层交错排到的碳化钨和钴层，是一种疏松块料，粉碎后即成为再生硬质合金混合料。

　　锌熔法的优缺点是：工艺和设备比较简单，实际回收率高，生产过程污染少。回收后的混合料可用于直接生产钨制品。但此法能耗太大，加工处理1吨废硬质合金的电耗达4000—10000度，且回收的料中含有少量锌，对产品质量有一定影响。

　　3电解法：把废硬质合金放入电解槽中作阳极，镍板作阴极，稀盐酸作电解液。电解后，硬质合金中的钴以CoCl2形态进入溶液中，经清洗研磨的WC可直接生产合金。此法产品纯净、效益高、设备简单、操作方便，尤其适用于含钴量高的合金加工。具有较高的推广应用价值。

　　4.冷脆法：把废硬质合金粗碎，除杂，然后用高速空气流将粗碎的硬质合金喷入备有硬质金耙的抽空中，经进一步粉碎后得到混合料。此法加工处理范围广，生产过程无环境污染，但设备费用较高。

　　我国现阶段废硬质合金的回收，以采用锌熔法较为广泛。国外认为最经济的方法则是锌熔与冷脆法相结合。在实际应用中，应根据废硬质合金的种类，生产规模大小，设备能力，技术水平，以及原辅材料来源等条件，进行综合分析比较，选择合理、效益显著的工艺用于生产实践。

　　六、回收利用存在的主要问题

　　近年来，一些企业在原材料价格上涨，废硬质合金成分和牌号日趋繁多，回收料混杂严重的情况下，走技术进步和挖潜改造的道路，仍然获得了较高的经济效益，并且在解决工艺中存在的能耗高，生产效率低，产品质量不稳定等问题上取得了一些进展。

　　但是我国的回收利用水平，与工业发达国家相比，尚有较大差距。例如，美国钨废料的回收量已占总用量的25%~30%，欧洲一些国家回收占20%，日本为15%，而我国仅10%左右。差距较大的原因是多方面的，主要有以下三方面。

　　首先，有不少人对我国“地大物博”、“资源丰富”的自然条件，缺乏全面正确地理解，对回收利用和开发二次资源的重要性认识不足。其次，是回收机构不健全，没有固定的废硬质合金收购网点，回收数量少;有的因求收无门，甚至把废硬质合金当作废铁处理。另一方面，由于没有固定可靠的废硬质合金供应渠道，致使一些有能力回收加工的厂家，往往因原料来源无保障而无法正常生产;有些工厂虽已掌握某些生产工艺，并可达到回收加工废硬质合金的目的，但由于无专门的开发研究机构，新技术推广应用不力，亦无法使老的工艺实现精炼和优化。近年来，由于钨、钴制品以及硬质合金原料价格上涨，促使众多的小型企业及个体户纷纷上马，主要从事废硬质合金收购和简单的再生处理。在技术力量和资金不足的情况下，不仅严重浪费了资源和能源，而且增加了废硬质合金的流通环节。特别是有些部门为谋取外汇差价，不惜高价收购废硬质合金用以出口，更加剧了原料市场的混乱和企业原料供应的紧张，给国家造成了很大的损失。

　　此外，从再生工艺发展来看，锌熔法在我国已有近40年的应用，但仍存在着熔炉结构不尽合理，各企业能耗指标差距较大，产品中残锌量较高，质量不稳定等问题。在电解法处理中，高钴硬质合金尚存在机械化加工方式陈旧和设备落后，劳动强度大以及生产效率随温度下降而降低等问题。

　　七、几点建议

　　1.在全国范围内建立统一的废旧硬质合金回收管理体系，加强再生资源市场的管理，制定分类回收和管理办法。建议物资和商业系统的回收部门在各大城市建立硬质合金回收站，以减少废料流通环节，禁止非生产性单位进行倒卖。对硬质合金使用单位实施废料回收制度和奖励办法，提高用户上交废硬质合金的积极性。

　　2.废硬质合金再生企业应与生产加工企业形成各有分工的纵向联合统一体，尽快改变再生企业规模小，布局不合理的状况。扶持一些有发展能力的再生企业逐步走上与大、中型深加工企业相互协作，各有分工的道路，充分利用各自优势和技术之长，互为补充，促进再生利用工艺的发展和硬质合金生产整体技术水平的提高。

　　3.对陈旧的再生工艺和设备进行技术改造或更新换代。与世界先进水平相此，我国废硬质合金再生工艺流程虽有一定的进展，但设备的改进和完善方面尚有差距。由于设备落后，结构不合理、不配套，造成生产成本高，耗能大和产品质量不稳定，影响了再制硬质合金质量的提高。因此，必须对现有工艺设备进行技术改造。对于再生量约占废硬质合金回收量80%的锌溶法工艺，应进一步改进炉体结构，加强保温，降低锌熔过程的能耗。