鎢鋼,又稱為硬質(zhì)合金,是指至少含有一種金屬碳化物組成的燒結(jié)復(fù)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(jié)劑結(jié)合在一起。粘結(jié)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(gè)待定的碳化物和粘結(jié)相的成份組合稱之為“牌號(hào)”。
鎢鋼的分類根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。這種分類的依據(jù)是工件的材料種別(如P,M,K,N,S,H牌號(hào))。粘結(jié)相成份主要是利用其強(qiáng)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(jié)金屬。粘結(jié)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(huì)急劇下降。
鎢鋼屬于硬質(zhì)合金,又稱之為鎢鈦合金。硬度可以達(dá)到89~95HRA,正因如此,鎢鋼的產(chǎn)品(常見的有鎢鋼手表),具有不易被磨損,堅(jiān)硬不怕退火,但質(zhì)脆的特性。
硬質(zhì)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(jī)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(jiān)硬不怕退火,但質(zhì)脆。屬于稀有金屬之列。
鎢鋼(硬質(zhì)合金)具有硬度高、耐磨、強(qiáng)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(shí)仍有很高的硬度。硬質(zhì)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(zhì)合金的切削速度等于碳素鋼的數(shù)百倍。
還原鎢粉的性能(如純度、粒度、粒度組成等)主要取決于還原工藝。在管式爐中還原鎢粉時(shí),影響還原速度的主要工藝參數(shù)是還原溫度、燒舟中氧化鎢的裝載量、燒舟移動(dòng)速度、氫氣流速及氫氣中水分含量。隨著還原溫度的升高,鎢粉的粒度變粗。
鎢粉的制取除了氫還原法外,還有早期采用的氧化鎢碳還原法,還原溫度高于1050℃。用這種方法得到的鎢粉純度較低。此外,用金屬鋁、鈣、鋅等還原氧化鎢的工藝研究工作亦在進(jìn)行中。對于特殊應(yīng)用而要求高純度、超細(xì)粒度的鎢粉,則發(fā)展了氯化鎢氫還原法,得到的鎢粉粒度可小于0.05μm。
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(shí)采用耐火坩堝焙燒WO3,無意中發(fā)現(xiàn)用這種WO3還原所得鎢粉制成的鎢絲螺旋,經(jīng)再結(jié)晶后異常神秘地不再下垂。隨后,經(jīng)過218次反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,他終于發(fā)現(xiàn)在鎢酸(WO3·H2O)中添加鉀和鈉的硅酸鹽,經(jīng)過還原、壓制、燒結(jié)、加工等制得的鎢絲,再結(jié)晶后形成相當(dāng)粗的晶粒結(jié)構(gòu),既不軟又抗下垂,這是早的不下垂鎢絲。柏斯的發(fā)現(xiàn)奠定了不下垂鎢絲的生產(chǎn)基礎(chǔ),直到現(xiàn)在美國仍稱不下垂鎢絲為“218鎢絲”,以紀(jì)念柏斯的這項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。
不過,早生產(chǎn)的不下垂鎢絲的脆性比釷鎢絲嚴(yán)重,以致有些燈泡廠堅(jiān)持使用釷鎢絲作燈絲。但隨著不下垂鎢絲生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展和完善,人們逐漸認(rèn)識(shí)到在氧化鎢中同時(shí)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(shí)經(jīng)再結(jié)晶后又具有滿意的室溫延性。這就是現(xiàn)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(jìn)的不下垂效應(yīng)稱為“GK效應(yīng)”。