硬質合金發展歷史

① 數控刀具的發展史

中國早在公元前28～前20世紀，就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鑽、刀等銅質刀具。戰國後期(公元前三世紀)，由於掌握了滲碳技術，製成了銅質刀具。當時的鑽頭和鋸，與現代的扁鑽和鋸已有些相似之處。
然而，刀具的快速發展是在18世紀後期，伴隨蒸汽機等機器的發展而來的。1783年，法國的勒內首先制出銑刀。1792年，英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關麻花鑽的發明最早的文獻記載是在1822年，但直到1864年才作為商品生產。
那時的刀具是用整體高碳工具鋼製造的，許用的切削速度約為5米/分。1868年，英國的穆舍特製成含鎢的合金工具鋼。1898年，美國的泰勒和．懷特發明高速鋼。1923年，德國的施勒特爾發明硬質合金。
由於高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴，刀具出現焊接和機械夾固式結構。1949～1950年間,美國開始在車刀上採用可轉位刀片，不久即應用在銑刀和其他刀具上。1938年，德國德古薩公司取得關於陶瓷刀具的專利。1972年，美國通用電氣公司生產了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法，生產碳化鈦塗層硬質合金刀片的專利。1972年，美國的邦沙和拉古蘭發展了物理氣相沉積法，在硬質合金或高速鋼刀具表面塗覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面塗層方法把基體材料的高強度和韌性，與表層的高硬度和耐磨性結合起來，從而使這種復合材料具有更好的切削性能。更多的資訊，詳請到廣州源洲工具有限公司進行了解。

② 硬質合金刀具的應用體現在哪些行業中

聚晶金剛石刀具 1．聚晶金剛石（PCD）刀具概述 1.1 PCD刀具的發展 金剛石作為一種超硬刀具材料應用於切削加工已有數百年歷史。在刀具發展歷程中，從十九世紀末到二十世紀中期，刀具材料以高速鋼為主要代表；1927年德國首先研製出硬質合金刀具材料並獲得廣泛應用；二十世紀五十年代，瑞典和美國分別合成出人造金剛石，切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時期。二十世紀七十年代，人們利用高壓合成技術合成了聚晶金剛石（PCD），解決了天然金剛石數量稀少、價格昂貴的問題，使金剛石刀具的應用范圍擴展到航空、航天、汽車、電子、石材等多個領域。 1.2 PCD刀具的性能特點 金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態決定的。在金剛石晶體中，碳原子的四個價電子按四面體結構成鍵，每個碳原子與四個相鄰原子形成共價鍵，進而組成金剛石結構，該結構的結合力和方向性很強，從而使金剛石具有極高硬度。由於聚晶金剛石（PCD）的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體，雖然加入了結合劑，其硬度及耐磨性仍低於單晶金剛石。但由於PCD燒結體表現為各向同性，因此不易沿單一解理面裂開。 PCD刀具材料的主要性能指標：①PCD的硬度可達8000HV，為硬質合金的80～120倍；②PCD的導熱系數為700W/mK，為硬質合金的1.5～9倍，甚至高於PCBN和銅，因此PCD刀具熱量傳遞迅速；③PCD的摩擦系數一般僅為0.1～0.3（硬質合金的摩擦系數為0.4～1），因此PCD刀具可顯著減小切削力；④PCD的熱膨脹系數僅為0.9×10 -6～1.18×10 -6，僅相當於硬質合金的1/5，因此PCD刀具熱變形小，加工精度高；⑤PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加工過程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤。 1.3 PCD刀具的應用 工業發達國家對PCD刀具的研究開展較早，其應用已比較成熟。自1953年在瑞典首次合成人造金剛石以來，對PCD刀具切削性能的研究獲得了大量成果，PCD刀具的應用范圍及使用量迅速擴大。目前，國際上著名的人造金剛石復合片生產商主要有英國De Beers公司、美國GE公司、日本住友電工株式會社等。據報道，1995年一季度僅日本的PCD刀具產量即達10.7萬把。PCD刀具的應用范圍已由初期的車削加工向鑽削、銑削加工擴展。由日本一家組織進行的關於超硬刀具的調查表明：人們選用PCD刀具的主要考慮因素是基於PCD刀具加工後的表面精度、尺寸精度及刀具壽命等優勢。金剛石復合片合成技術也得到了較大發展，De Beers公司已推出了直徑74mm、層厚0.3mm的聚晶金剛石復合片。 國內PCD刀具市場隨著刀具技術水平的發展也不斷擴大。目前中國第一汽車集團已有一百多個PCD車刀使用點，許多人造板企業也採用PCD刀具進行木製品加工。PCD刀具的應用也進一步推動了對其設計與製造技術的研究。國內的清華大學、大連理工大學、華中理工大學、吉林工業大學、哈爾濱工業大學等均在積極開展這方面的研究。國內從事PCD刀具研發、生產的有上海舒伯哈特、鄭州新亞、南京藍幟、深圳潤祥、成都工具研究所等幾十家單位。目前，PCD刀具的加工范圍已從傳統的金屬切削加工擴展到石材加工、木材加工、金屬基復合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。通過對近年來PCD刀具應用的分析可見，PCD刀具主要應用於以下兩方面：①難加工有色金屬材料的加工：用普通刀具加工難加工有色金屬材料時，往往產生刀具易磨損、加工效率低等缺陷，而PCD刀具則可表現出良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型發動機活塞材料——過共晶硅鋁合金（對該材料加工機理的研究已取得突破）。②難加工非金屬材料的加工：PCD刀具非常適合對石材、硬質碳、碳纖維增強塑料（CFRP）、人造板材等難加工非金屬材料的加工。如華中理工大學1990年實現了用PCD刀具加工玻璃；目前強化復合地板及其它木基板材（如MDF）的應用日趨廣泛，用PCD刀具加工這些材料可有效避免刀具易磨損等缺陷。 2．PCD刀具的製造技術 2.1 PCD刀具的製造過程 PCD刀具的製造過程主要包括兩個階段：①PCD復合片的製造：PCD復合片是由天然或人工合成的金剛石粉末與結合劑（其中含鈷、鎳等金屬）按一定比例在高溫（1000～2000℃）、高壓（5～10萬個大氣壓）下燒結而成。在燒結過程中，由於結合劑的加入，使金剛石晶體間形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等為主要成分的結合橋，金剛石晶體以共價鍵形式鑲嵌於結合橋的骨架中。通常將復合片製成固定直徑和厚度的圓盤，還需對燒結成的復合片進行研磨拋光及其它相應的物理、化學處理。②PCD刀片的加工：PCD刀片的加工主要包括復合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步驟。 2.2 PCD復合片的切割工藝 由於PCD復合片具有很高的硬度及耐磨性，因此必須採用特殊的加工工藝。目前，加工PCD復合片主要採用電火花線切割、激光加工、超聲波加工、高壓水射流等幾種工藝方法，其工藝特點的比較見表1。 表1 PCD復合片切割工藝的比較 工藝方法－工藝特點 電火花加工－高度集中的脈沖放電能量、強大的放電爆炸力使PCD材料中的金屬融化，部分金剛石石墨化和氧化，部分金剛石脫落，工藝性好、效率高 超聲波加工－加工效率低，金剛石微粉消耗大，粉塵污染大 激光加工－非接觸加工，效率高、加工變形小、工藝性差 在上述加工方法中，電火花加工效果較佳。PCD中結合橋的存在使電火花加工復合片成為可能。在有工作液的條件下，利用脈沖電壓使靠近電極金屬處的工作液形成放電通道，並在局部產生放電火花，瞬間高溫可使聚晶金剛石熔化、脫落，從而形成所要求的三角形、長方形或正方形的刀頭毛坯。電火花加工PCD復合片的效率及表面質量受到切削速度、PCD粒度、層厚和電極質量等因素的影響，其中切削速度的合理選擇十分關鍵，實驗表明，增大切削速度會降低加工表面質量，而切削速度過低則會產生「拱絲」現象，並降低切割效率。增加PCD刀片厚度也會降低切割速度。 2.3 PCD刀片的焊接工藝 PCD復合片與刀體的結合方式除採用機械夾固和粘接方法外，大多是通過釺焊方式將PCD復合片壓制在硬質合金基體上。焊接方法主要有激光焊接、真空擴散焊接、真空釺焊、高頻感應釺焊等。目前，投資少、成本低的高頻感應加熱釺焊在PCD刀片焊接中得到廣泛應用。在刀片焊接過程中，焊接溫度、焊劑和焊接合金的選擇將直接影響焊後刀具的性能。在焊接過程中，焊接溫度的控制十分重要，如焊接溫度過低，則焊接強度不夠；如焊接溫度過高，PCD容易石墨化，並可能導致「過燒」，影響PCD復合片與硬質合金基體的結合。在實際加工過程中，可根據保溫時間和PCD變紅的深淺程度來控制焊接溫度（一般應低於700℃）。國外的高頻焊接多採用自動焊接工藝，焊接效率高、質量好，可實現連續生產；國內則多採用手工焊接，生產效率較低，質量也不夠理想。 2.4 PCD刀片的刃磨工藝 PCD的高硬度使其材料去除率極低（甚至只有硬質合金去除率的萬分之一）。目前，PCD刀具刃磨工藝主要採用樹脂結合劑金剛石砂輪進行磨削。由於砂輪磨料與PCD之間的磨削是兩種硬度相近的材料間的相互作用，因此其磨削規律比較復雜。對於高粒度、低轉速砂輪，採用水溶性冷卻液可提高PCD的磨削效率和磨削精度。砂輪結合劑的選擇應視磨床類型和加工條件而定。由於電火花磨削（EDG）技術幾乎不受被磨削工件硬度的影響，因此採用EDG技術磨削PCD具有較大優勢。某些復雜形狀PCD刀具（如木工刀具）的磨削也對這種靈活的磨削工藝具有巨大需求。隨著電火花磨削技術的不斷發展，EDG技術將成為PCD磨削的一個主要發展方向。 3．PCD刀具的設計原則 3.1 刀具材料的選擇 （1）合理選擇PCD粒度 PCD粒度的選擇與刀具加工條件有關，如設計用於精加工或超精加工的刀具時，應選用強度高、韌性好、抗沖擊性能好、細晶粒的PCD。粗晶粒PCD刀具則可用於一般的粗加工。PCD材料的粒度對於刀具的磨損和破損性能影響顯著。研究表明：PCD粒度號越大，刀具的抗磨損性能越強。採用De Beers 公司SYNDITE 002和SYNDITE 025兩種PCD材料的刀具加工SiC基復合材料時的刀具磨損試驗結果表明，粒度為2μm的SYNDITE 002PCD材料較易磨損。 （2）合理選擇PCD刀片厚度 通常情況下，PCD復合片的層厚約為0.3～1.0mm，加上硬質合金層後的總厚度約為2～8mm。較薄的PCD層厚有利於刀片的電火花加工。De Beers公司推出的0.3mm厚PCD復合片可降低磨削力，提高電火花的切割速度。PCD復合片與刀體材料焊接時，硬質合金層的厚度不能太小，以避免因兩種材料結合面間的應力差而引起分層。 3.2 刀具幾何參數與結構設計 PCD刀具的幾何參數取決於工件狀況、刀具材料與結構等具體加工條件。由於PCD刀具常用於工件的精加工，切削厚度較小（有時甚至等於刀具的刃口半徑），屬於微量切削，因此其後角及後刀面對加工質量有明顯影響，較小的後角、較高的後刀面質量對於提高PCD刀具的加工質量可起到重要作用。 PCD復合片與刀桿的連接方式包括機械夾固、焊接、可轉位等多種方式，其特點與應用范圍見表2。 表2 PCD復合片與刀桿連接方式的特點與應用 連接方式－特點－應用范圍 機械夾固－由標准刀體及可做成各種集合角度的可換刀片組成，具有快換和便於重磨的優點－中小型機床 整體焊接－結構緊湊、製作方便，可製成小尺寸刀具－專用刀具或難於機夾的刀具，用於小型機床 機夾焊接－刀片焊接於刀頭上，可使用標准刀桿，便於刃磨及調整刀頭位置－自動機床、數控機床 可轉位－結構緊湊，夾緊可靠，不需重磨和焊接，可節省輔助時間，提高刀具壽命－普通通用機床 4．PCD刀具的切削參數與失效機理 4.1 PCD刀具切削參數對切削性能的影響 （1）切削速度 PCD刀具可在極高的主軸轉速下進行切削加工，但切削速度的變化對加工質量的影響不容忽視。雖然高速切削可提高加工效率，但在高速切削狀態下，切削溫度和切削力的增加可使刀尖發生破損，並使機床產生振動。加工不同工件材料時，PCD刀具的合理切削速度也有所不同，如銑削Al2O3強化地板的合理切削速度為110～120m/min；車削SiC顆粒增強鋁基復合材料及氧化硅基工程陶瓷的合理切削速度為30～40m/min。 （2）進給量 如PCD刀具的進給量過大，將使工件上殘余幾何面積增加，導致表面粗糙度增大；如進給量過小，則會使切削溫度上升，切削壽命降低。 （3）切削深度 增加PCD刀具的切削深度會使切削力增大、切削熱升高，從而加劇刀具磨損，影響刀具壽命。此外，切削深度的增加容易引起PCD刀具崩刃。 不同粒度等級的PCD刀具在不同的加工條件下加工不同工件材料時，表現出的切削性能也不盡相同，因此應根據具體加工條件確定PCD刀具的實際切削參數。 4.2 PCD刀具的失效機理 刀具的磨損形式主要有磨料磨損、粘結磨損（冷焊磨損）、擴散磨損、氧化磨損、熱電磨損等。PCD刀具的失效形式與傳統刀具有所不同，主要表現為聚晶層破損、粘結磨損和擴散磨損。研究表明，採用PCD刀具加工金屬基復合材料時，其失效形式主要為粘結磨損和由金剛石晶粒缺陷引起的微觀晶間裂紋。在加工高硬度、高脆性材料時，PCD刀具的粘結磨損並不明顯；相反，在加工低脆性材料（如碳纖維增強材料）時，刀具的磨損增大，此時粘接磨損起主導作用。 5．結語 PCD刀具因其良好的加工質量和加工經濟性在非金屬材料、有色金屬及其合金材料、金屬基復合材料等切削加工領域顯示出其它刀具難以比擬的優勢。隨著PCD刀具的理論研究日益深入及其應用技術的進一步推廣，PCD刀具在超硬刀具領域的地位將日益重要，其應用范圍也將進一步拓展。

③ 硬質合金刀具材料都有哪些基礎知識

硬質合金是使用最廣泛的一類高速加工（HSM）刀具材料，此類材料是通過粉末冶金工藝生產的，由硬質碳化物（通常為碳化鎢WC）顆粒和質地較軟的金屬結合劑組成。目前，有數百種不同成分的WC基硬質合金，它們中大部分都採用鈷（Co）作為結合劑，鎳（Ni）和鉻（Cr）也是常用的結合劑元素，另外還可以添加其他一些合金元素。為什麼有如此之多的硬質合金牌號？刀具製造商如何為某種特定的切削加工選擇正確的刀具材料？為了回答這些問題，首先讓我們了解一下使硬質合金成為一種理想刀具材料的各種特性。
硬度與韌性：
WC-Co硬質合金在兼具硬度和韌性方面具有獨到優勢。碳化鎢（WC）本身具有很高的硬度（超過剛玉或氧化鋁），而且在工作溫度升高時其硬度也很少下降。但是，它缺乏足夠的韌性，而這對於切削刀具是必不可少的性能。為了利用碳化鎢的高硬度，並改善其韌性，人們利用金屬結合劑將碳化鎢結合在一起，從而使這種材料既具有遠遠超過高速鋼的硬度，同時又能夠承受在大多數切削加工中的切削力。此外，它還能承受高速加工所產生的切削高溫。
如今，幾乎所有的WC-Co刀具和刀片都採用了塗層，因此，基體材料的作用似乎顯得不太重要了。但實際上，正是WC-Co材料的高彈性系數（衡量剛度的指標，WC-Co的室溫彈性系數約為高速鋼的三倍）為塗層提供了不變形的基底。WC-Co基體還能提供所需要的韌性。這些性能都是WC-Co材料的基本特性，但也可以在生產硬質合金粉體時，通過調整材料成分和微觀結構而定製材料性能。因此，刀具性能與特定加工的適配性在很大程度上取決於最初的制粉工藝。
制粉工藝：
碳化鎢粉是通過對鎢（W）粉進行滲碳處理而獲得的。碳化鎢粉的特性（尤其是其粒度）主要取決於原料鎢粉的粒度以及滲碳的溫度和時間。化學控制也至關重要，碳含量必須保持恆定（接近重量比為6.13％的理論配比值）。為了通過後續工序來控制粉體粒度，可以在滲碳處理之前添加少量的釩和/或鉻。不同的下游工藝條件和不同的最終加工用途需要採用特定的碳化鎢粒度、碳含量、釩含量和鉻含量的組合，通過這些組合的變化，可以產生各種不同的碳化鎢粉。例如，碳化鎢粉生產商ATI Alldyne公司共生產23種標准牌號的碳化鎢粉，而根據用戶要求定製的碳化鎢粉品種可達標准牌號碳化鎢粉的5倍以上。
在將碳化鎢粉與金屬結合劑一起進行混合碾磨以生產某種牌號硬質合金粉料時，可以採用各種不同的組合方式。最常用的鈷含量為3%－25%（重量比），而在需要增強刀具抗腐蝕性的情況下，則需要加入鎳和鉻。此外，還可以通過添加其他合金成分，進一步改良金屬結合劑。例如，在WC-Co硬質合金中添加釕，可在不降低其硬度的前提下顯著提高其韌性。增加結合劑的含量也可以提高硬質合金的韌性，但卻會降低其硬度。
減小碳化鎢顆粒的尺寸可以提高材料的硬度，但在燒結工藝中，碳化鎢的粒度必須保持不變。燒結時，碳化鎢顆粒通過溶解再析出的過程結合和長大。在實際燒結過程中，為了形成一種完全密實的材料，金屬結合劑要變成液態（稱為液相燒結）。通過添加其他過渡金屬碳化物，包括碳化釩（VC）、碳化鉻（Cr3C2）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）和碳化鈮（NbC），可以控制碳化鎢顆粒的長大速度。這些金屬碳化物通常是在將碳化鎢粉與金屬結合劑一起進行混合碾磨時加入，盡管碳化釩和碳化鉻也可以在對碳化鎢粉進行滲碳時形成。
利用回收的廢舊硬質合金材料也可以生產牌號碳化鎢粉料。廢舊硬質合金的回收和再利用在硬質合金行業已有很長歷史，是該行業整個經濟鏈的一個重要組成部分，它有助於降低材料成本、節約自然資源和避免對廢棄材料進行無害化處置。廢舊硬質合金一般可通過APT（仲鎢酸銨）工藝、鋅回收工藝或通過粉碎後進行再利用。這些「再生」碳化鎢粉通常具有更好的、可預測的緻密性，因為其表面積比直接通過鎢滲碳工藝製成的碳化鎢粉更小。
碳化鎢粉與金屬結合劑混合碾磨的加工條件也是至關重要的工藝參數。兩種最常用的碾磨技術是球磨和超微碾磨。這兩種工藝都能使碾磨的粉料均勻混合，並能減小顆粒尺寸。為使以後壓制的工件具有足夠的強度，能保持工件形狀，並使操作者或機械手能拿起工件進行操作，在碾磨時通常還需要添加一種有機結合劑。這種結合劑的化學成分可以影響壓製成工件的密度和強度。為了有利於操作，最好添加高強度的結合劑，但這樣會導致壓制密度較低，並可能會產生硬塊，造成在最後成品中存在缺陷。
完成碾磨後，通常會對粉料進行噴霧乾燥，產生由有機結合劑凝聚在一起的自由流動團塊。通過調整有機結合劑的成分，可以根據需要定製這些團塊的流動性和裝料密度。通過篩選出較粗或較細的顆粒，還可以進一步定製團塊的粒度分布，以確保其在裝入模腔時具有良好的流動性。
工件製造：
硬質合金工件可採用多種工藝方法成型。根據工件的尺寸、形狀復雜水平和生產批量，大部分切削刀片都是採用頂壓和底壓式剛性模具模壓成型。在每一次壓制時，為了保持工件重量和尺寸的一致性，必須保證流入模腔的粉料量（質量和體積）都完全相同。粉料的流動性主要通過團塊的尺寸分布和有機結合劑的特性來控制。通過在裝入模腔的粉料上施加10－80ksi（千磅/平方英尺）的成型壓力，就可以形成模壓工件（或稱「坯件」）。
即便在極高的成型壓力下，堅硬的碳化鎢顆粒也不會變形或破碎，而有機結合劑卻被壓入碳化鎢顆粒之間的縫隙之中，從而起到固定顆粒位置的作用。壓力越高，碳化鎢顆粒的結合就越緊密，工件的壓制密度就越大。牌號硬質合金粉料的模壓特性可能各不相同，取決於金屬結合劑的含量、碳化鎢顆粒的尺寸和形狀、形成團塊的程度，以及有機結合劑的成分和添加量。為了提供有關牌號硬質合金粉料壓制特性的量化信息，通常由粉料生產商來設計構建模壓密度與成型壓力的對應關系。這種信息可確保提供的粉料與刀具製造商的模壓工藝協調一致。
大尺寸硬質合金工件或具有高長寬比的硬質合金工件（如立銑刀和鑽頭的刀桿）通常採用在一個柔性料袋中均衡壓制牌號硬質合金粉料來製造。雖然均衡壓製法的生產周期比模壓法要長一些，但刀具的製造成本較低，因此該方法更適合小批量生產。
這種工藝方法是將粉料裝入料袋中，並將袋口密封，然後將裝滿粉料的料袋置於一個腔室中，通過液壓裝置施加30－60ksi的壓力進行壓制。壓製成的工件通常要在燒結之前加工成特定的幾何形狀。料袋的尺寸被加大，以適應壓緊過程中的工件收縮，並為磨削加工提供足夠的餘量。由於工件在壓製成型後要進行加工，因此對裝料一致性的要求不像模壓法那樣嚴格，但是，仍然希望能保證每一次裝入料袋的粉料量相同。如果粉料的裝料密度過小，就可能導致裝入料袋的粉料不足，從而造成工件尺寸偏小而不得不報廢。如果粉料的裝料密度過大，裝入料袋的粉料過多，工件在壓製成型後就需要加工去除更多的粉料。盡管去除的多餘粉料和報廢的工件都可以回收再用，但這樣做畢竟會降低生產效率。
硬質合金工件還可以利用擠出模或注射模進行成型加工。擠出成型工藝更適合軸對稱形狀工件的大批量生產，而注射成型工藝通常用於復雜形狀工件的大批量生產。在這兩種成型工藝中，牌號硬質合金粉末懸浮在有機結合劑中，結合劑賦予硬質合金混合料像牙膏那樣的均勻一致性。然後，混合料或者通過一個孔被擠出成型，或者被注入一個模腔中成型。牌號硬質合金粉料的特性決定了混合料中粉末與結合劑的最佳比例，並對混合料通過擠出孔或注入模腔的流動性具有重要影響。
當工件通過模壓法、均衡壓製法、擠出模或注射模成型法成型後，在最終燒結階段之前，需要從工件中去除有機結合劑。燒結可以去除工件中的孔隙，使其變得完全（或基本上）密實。在燒結時，壓製成型的工件中的金屬結合劑變成液體，但在毛細作用力和顆粒聯系的共同作用下，工件仍然能夠保持其形狀。
在燒結後，工件的幾何形狀保持不變，但尺寸會縮小。為了在燒結後得到所要求的工件尺寸，在設計刀具時就需要考慮其收縮率。在設計用於製造每種刀具的牌號硬質合金粉料時，都必須保證其在適當壓力下壓緊時具有正確的收縮率。
幾乎在所有情況下，都需要對燒結後的工件進行燒結後處理。對切削刀具最基本的處理方式是刃磨切削刃。許多刀具在燒結後還需要對其幾何形狀和尺寸進行磨削加工。有些刀具需要磨削頂部和底部；另一些刀具則需要進行外周磨削（需要或無需刃磨切削刃）。磨削產生的所有硬質合金磨屑都可以回收再利用。
工件塗層：
在許多情況下，成品工件需要進行塗層。塗層能夠提供潤滑性和增加硬度，還能為基體提供擴散屏障，使其暴露於高溫下時可防止氧化。硬質合金基體對於塗層的性能至關重要。除了定製基體粉料的主要特性以外，還可以通過化學選擇和改變燒結方法定製基體的表面特性。通過鈷的遷移，可在刀片表面最外層20－30μm厚度內富集相對於工件其餘部位更多的鈷，從而賦予基體表層更好的強韌性，使其具有較強的抗變形能力。
刀具製造商基於自己的製造工藝（如脫蠟方法、加熱速度、燒結時間、溫度和滲碳電壓），可能會對使用的牌號硬質合金粉料提出一些特殊要求。有些刀具製造商可能是在真空爐中燒結工件，而另一些刀具製造商則可能使用熱等靜壓（HIP）燒結爐（它是在工藝循環臨近結束時才對工件加壓，以消除任何殘留孔隙）。在真空爐中燒結的工件可能還需要通過另外的工序進行熱等靜壓處理，以提高工件密度。有些刀具製造商可能會採用較高的真空燒結溫度，以提高具有較低鈷含量混合料的燒結密度，但這種方法可能會使其顯微結構變得粗大。為了保持細小的晶粒尺寸，可以選用碳化鎢顆粒尺寸較小的粉料。為了與特定的生產設備相匹配，脫蠟條件和滲碳電壓對硬質合金粉料中碳含量的高低也有不同的要求。
所有這些因素都會對燒結出的硬質合金刀具的顯微結構和材料性能產生至關重要的影響，因此，在刀具製造商與粉料提供商之間需要進行密切的溝通，以確保根據刀具製造商的生產工藝定製牌號硬質合金粉料。因此，有數百種不同的硬質合金粉料牌號也就不足為奇了。例如，ATI Alldyne公司生產的不同粉料牌號就超過600種，其中每一種牌號都是針對目標用戶和特定用途而專門設計的。
牌號分類：
不同種類的碳化鎢粉、混合料成分和金屬結合劑含量、晶粒長大抑制劑的類型和用量等的組合變化，構成了形形色色的硬質合金牌號。這些參數將決定硬質合金的顯微結構及其特性。某些特定的性能組合已成為一些特定加工用途的首選，從而使對多種硬質合金牌號進行分類具有了意義。
兩種最常用的、面向加工用途的硬質合金分類體系分別為C牌號體系和ISO牌號體系。盡管這兩種體系都不能完全反映影響硬質合金牌號選擇的材料特性，但它們提供了一個探討的起點。對於每種分類法，許多製造商都有它們自己的特殊牌號，由此產生了形形色色、五花八門的各種硬質合金牌號。
硬質合金牌號還可以按照成分來分類。碳化鎢（WC）牌號可分為三種基本類型：單純型、微晶型和合金型。單純型牌號主要由碳化鎢和鈷結合劑構成，但其中也可能含有少量晶粒長大抑制劑。微晶型牌號由碳化鎢和添加了幾千分之一碳化釩（VC）和（或）碳化鉻（Cr3C2）的鈷結合劑構成，其晶粒尺寸可達到1μm以下。合金型牌號則是由碳化鎢和含有百分之幾碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）和碳化鈮（NbC）的鈷結合劑構成，這些添加物又稱為立方碳化物，因為其燒結後的顯微結構呈現出不均勻的三相結構。
（1）單純型硬質合金牌號
用於金屬切削加工的此類牌號通常含有3％－12％的鈷（重量比）。碳化鎢晶粒的尺寸范圍通常在1－8μm之間。與其他牌號一樣，減小碳化鎢的粒度可以提高其硬度和橫向斷裂強度（TRS），但會降低其韌性。單純型牌號的硬度通常在HRA89－93.5之間；橫向斷裂強度通常在175－350ksi之間。此類牌號的粉料中可能含有大量回收再用的原料。
單純型牌號在C牌號體系中可分為C1－C4，在ISO牌號體系中可按K、N、S和H牌號系列進行分類。具有中間特性的單純型牌號可以歸類為通用牌號（如C2或K20），可用於車削、銑削、刨削和鏜削加工；晶粒尺寸較小或鈷含量較低、硬度較高的牌號可以歸類為精加工牌號（如C4或K01）；晶粒尺寸較大或鈷含量較高、韌性較好的牌號可以歸類為粗加工牌號（如C1或K30）。
用單純型牌號製造的刀具可用於切削加工鑄鐵、200和300系列不銹鋼、鋁和其他有色金屬、高溫合金和淬硬鋼。此類牌號還能應用於非金屬切削領域（如作為岩石和地質鑽探工具），這些牌號的晶粒尺寸范圍在1.5－10μm（或更大），鈷含量為6％－16％。單純型硬質合金牌號的另一種非金屬切削類用途是製造模具和沖頭，這些牌號通常具有中等大小的晶粒尺寸，鈷含量為16％－30％。
（2）微晶型硬質合金牌號
此類牌號通常含有6％－15％的鈷。在液相燒結時，添加的碳化釩和（或）碳化鉻可以控制晶粒長大，從而獲得粒度小於1μm的細晶粒結構。這種微細晶粒牌號具有非常高的硬度和500ksi以上的橫向斷裂強度。高強度與足夠的韌性相結合，使此類牌號的刀具可以採用更大的正前角，從而能通過切削而不是推擠金屬材料來減小切削力和產生較薄的切屑。
通過在牌號硬質合金粉料的生產中對各種原材料進行嚴格的品質鑒定，以及對燒結工藝條件實施嚴格的控制，防止在材料顯微結構中形成非正常的大晶粒，就能獲得適當的材料性能。為了保持晶粒尺寸細小且均勻一致，只有在能對原料和回收工藝進行全面控制，以及實施廣泛質量檢測的情況下，才能使用回收的再生粉料。
微晶型牌號可在ISO牌號體系中可按M牌號系列進行分類，除此以外，在C牌號體系和ISO牌號體系中的其他分類方法與單純型牌號相同。微晶牌號可用於製造切削較軟工件材料的刀具，因為這種刀具的表面可以加工得非常光滑，並能保持極其鋒利的切削刃。
微晶牌號刀具還能用於加工鎳基超級合金，因為這種刀具能夠承受高達1200℃的切削溫度。對於高溫合金和其他特殊材料的加工，採用微晶牌號刀具和含釕的單純牌號刀具，能夠同時提高其耐磨性、抗變形能力和韌性。微晶牌號還適合製造會產生剪切應力的旋轉刀具（如鑽頭）。有一種鑽頭採用復合牌號的硬質合金製造，在同一支鑽頭的特定部位，材料中的鈷含量各不相同，從而根據加工需要優化了鑽頭的硬度和韌性。
（3）合金型硬質合金牌號
此類牌號主要用於切削加工鋼件，其鈷含量通常為5％－10％，晶粒尺寸范圍為0.8－2μm。通過添加4％－25％的碳化鈦（TiC），可以減小碳化鎢（WC）擴散到鋼屑表面的傾向。通過添加不超過25％的碳化鉭（TaC）和碳化鈮（NbC），可以改善刀具的強度、抗月牙窪磨損能力和耐熱沖擊性。添加此類立方碳化物還能提高刀具的紅硬性，在重載切削或切削刃會產生高溫的其他加工中，有助於避免刀具發生熱變形。此外，碳化鈦在燒結過程中能提供成核位置，改善立方碳化物在工件中的分布均勻性。
一般來說，合金型硬質合金牌號的硬度范圍為HRA91－94，橫向斷裂強度為150－300ksi。與單純型牌號相比，合金型牌號的耐磨料磨損性能較差，且強度較低，但其耐粘結磨損的性能更好。合金型牌號在C牌號體系中可分為C5－C8，在ISO牌號體系中可按P和M牌號系列進行分類。具有中間特性的合金型牌號可以歸類為通用牌號（如C6或P30），可用於車削、攻絲、刨削和銑削加工。硬度最高的牌號可以歸類為精加工牌號（如C8和P01），用於精車和鏜削加工。這些牌號通常具有較小的晶粒尺寸和較低的鈷含量，以獲得所需要的硬度和耐磨性。不過，通過添加較多的立方碳化物也能獲得類似的材料特性。韌性最好的牌號可以歸類為粗加工牌號（如C5或P50）。這些牌號通常具有中等大小的粒度和高鈷含量，立方碳化物的添加量也較少，以通過抑制裂紋擴展而獲得所需要的韌性。在斷續車削加工中，通過採用上述刀具表面具有較高鈷含量的富鈷牌號，還可以進一步提高切削性能。
碳化鈦含量較低的合金型牌號用於切削加工不銹鋼和可鍛鑄鐵，但也可用於加工有色金屬（如鎳基超級合金）。這些牌號的晶粒尺寸通常小於1μm，鈷含量為8％－12％。硬度較高的牌號（如M10）可用於車削加工可鍛鑄鐵；而韌性較好的牌號（如M40）可用於銑削和刨削鋼件，或者用於車削不銹鋼或超級合金。
合金型硬質合金牌號還能用於非金屬切削類用途，主要用於製造耐磨零件。這些牌號的粒度通常為1.2－2μm，鈷含量為7％－10％。在生產這些牌號時，通常會加入很大比例的回收原料，從而在耐磨零件的應用中獲得較高的成本效益。耐磨零件需要具有很好的耐腐蝕性和較高的硬度，在生產此類牌號時，可以通過添加鎳和碳化鉻來獲得這些性能。
為了滿足刀具製造商在技術性和經濟性上的雙重要求，硬質合金粉料是關鍵要素。針對刀具製造商的加工設備和工藝參數而設計的粉料可確保成品工件的性能，並導致出現了數百種硬質合金牌號。硬質合金材料可循環利用的特點以及可直接與粉料提供商合作的能力，使刀具製造商能夠有效控制其產品質量和材料成本。

④ 超硬材料及其工業化的發展歷程

人們發現天然金剛石已有近3000年的歷史了。據記載，印度在公元前800年已經發現金剛石，兩千多年後到近代18世紀才在巴西、澳大利亞和南非等國相繼發現金剛石。我國直到1965年，才開始發現原生的寶石級金剛石。

18世紀末，人們對金剛石進行了研究。

法國化學家拉瓦錫等人發現金剛石是可燃物質，燃燒後變為氣體。1797年，英國化學家坦南特（S.Tennant）通過實驗方法研究證實，金剛石是碳的一種結晶形態，它與石墨同為碳的同素異構體。

天然金剛石原生礦屬於角礫雲母橄欖岩（金伯利岩），當位於地下深處的金伯利岩中的碳元素達到一定濃度後，在高溫、高壓條件下，碳元素結晶成為金剛石晶體而形成金剛石礦床。

後來，人們一直研究在人工條件下使碳元素轉變為金剛石。在近一個半世紀的時間中，先後有許多人曾經進行了各種各樣的試驗。但由於當時還缺乏足夠的理論認識和合適的高壓設備，上述那些試驗無異於在黑夜中摸索，結果都不可避免地歸於失敗。

直到20世紀中葉，近代科學知識奠定了合成金剛石的理論基礎，高壓裝置的誕生和不斷地完善又為其提供了必要的手段。在這兩個前提下，開始了有實際意義的利用高溫高壓技術研製金剛石的工作。

從1940年前後起，這項工作同時在下述兩個方面取得進展：理論方面，從羅西尼（Rossini）計算1200℃以下石墨-金剛石平衡曲線為開端，合成金剛石所需要的壓力、溫度條件逐漸趨於明朗；設備方面，在布里奇曼（P.W.Bridgiman）對頂砧的基礎上，經過邦迪（F.P.Bundy）、霍爾（H.T.Hall）等人的相繼努力，於1953年設計成功了年輪式（Belt）兩面頂超高壓裝置。在這些進展的基礎上，終於在1954年12月16日，由美國通用電氣公司（General Electric Co.簡稱GE公司）的物理化學家霍爾（H.T.Hall）、邦迪（F.P.Bundy）試製成功，並於1955年在人類歷史上第一次發表了可重復合成金剛石的報道。當時是利用Belt式裝置，在石墨中添加含鐵物質（隕硫鐵），首先合成了金剛石。後來在1960年，瑞典ASEA公司的里昂達爾（Liander）和倫勃蘭特（Lundblad）宣稱，他們早在1953年就已經在六面頂壓機上使用石墨和金屬碳化物成功地合成了金剛石，不過當時未予公布。

繼人造金剛石問世後不久，又出現了另一種人造超硬材料——立方氮化硼（Cubic Boron Nitride簡稱CBN）。目前，在自然界中沒有發現天然的CBN，它是1957年由美國通用電氣公司的另一位物理化學家溫托夫（R.H.Wentorf）利用類似於合成金剛石的高壓高溫技術，在觸媒存在的條件下合成出來的。之後也很快進入工業生產。

人造金剛石自1954年研製成功之後，在靜壓觸媒法合成金剛石的研究方面，也不斷取得重大進展。

1961年，德卡列（Decarli）與詹密森（Jamieson）在30GPa沖擊力下，首次用爆炸法合成金剛石取得成功。

1962年，邦迪在3000K～4000K和12GPa以上的靜壓力下，實現了不用觸媒的石墨向金剛石直接轉變，並測定了金剛石、石墨與液相碳的三相點為：4100K、12.5GPa。

1966年，杜邦（Dupont）在德卡列等人的基礎上研究成功爆炸合成金剛石的沖擊-猝滅法，並投入工業生產。同年，霍爾研製成功Mega型金剛石粉末燒結體（聚晶）。

1970年，溫托夫成功獲得了人工生長寶石級大顆粒金剛石，尺寸約6mm，重量1克拉（1克拉=0.2g）。

1972年，美國Compax型燒結體投產，開辟了製造聚晶復合體的新途徑。

20世紀80年代以後，人造金剛石薄膜的研究掀起了熱潮，預計21世紀初開始進入產業化階段。超硬材料薄膜被稱為21世紀的新材料。

40多年來超硬材料在工業領域應用的發展史，經歷了如下階段：

20世紀50年代 是研製和初建工業階段，在美國開始小規模生產。

20世紀60年代 是開始產業化階段，工業生產初具規模。但由於專利權的限制，工業生產控制在少數國家和壟斷企業手裡。這期間，金剛石主要用來製作磨具，在磨削加工中起補充作用，用於硬脆材料的高精度和低粗糙度加工。

20世紀70年代 金剛石磨具迅速發展；同時，金剛石的應用范圍擴展到鑽探工具和切削工具方面。

在磨具方面，金剛石磨削由精磨擴展到粗磨、成型磨、強力磨等領域。超硬材料（金剛石和立方氮化硼）取代普通磨料（碳化硅和剛玉），成為世界上磨料磨具行業發展的大趨勢。這種進展，從磨料製造角度來看，可以節省能源，改善勞動條件，防止環境污染，並且便於實現生產過程的自動化；就使用效果而言，可以提高磨加工的質量和效率以及磨具使用壽命。

在鑽探工具方面，金剛石單晶和聚晶（包括聚晶燒結體和聚晶復合體）製成的地質鑽頭和石油鑽頭取代鋼粒和硬質合金鑽頭，取得顯著效果，不僅可以鑽透鋼粒鑽難以鑽進的最硬岩層，而且鑽速快，可以提高1～2倍，井身正直孔斜小，還可以實現小口徑鑽進。因而金剛石鑽頭成為發展方向。

金剛石聚晶刀具，從20世紀70年代開始使用，代替硬質合金刀具在加工硬而脆的、難加工材料方面表現出無與倫比的優異性能。隨後出現的立方氮化硼聚晶刀具，在加工硬而韌的合金鋼之類難加工的材料方面，同樣取得巨大成功，因而成為21世紀諸如先進數控機床和柔性加工系統等所必需的、有廣闊發展前途的新型加工工具。

20世紀80年代 金剛石鋸切工具發展較快，成為與金剛石磨具和鑽探工具並列的、用量最大的三大類金剛石工具之一。金剛石鋸切工具除主要用於天然和人造石材加工外，還用於高速公路、機場跑道和混凝土建築構件的鋸切加工。

20世紀90年代 無論是超硬材料單晶和聚晶，還是超硬材料工具，都進入到向著高質量、低成本、多品種、專用化、系列化的目標全面大發展的新階段。在此期間，石材加工工具繼續迅速發展，其金剛石耗用量超過了磨具的用量而上升到第一位。在我國，開發應用的各類金剛石工具中，礦山石材開采、板材鋸切和表面磨拋加工用金剛石工具，成為用量最大的一類，約占整體的50%。

目前，國內外超硬材料（含金剛石和立方氮化硼）中各類工具的構成比的排列順序為：磨具及其修整工具（約30%）、鋸切工具（約30%）、切削刀具（約15%）、鑽探工具（約15%）、其他工具（約10%）。

40多年來人造金剛石經歷了「超硬磨料」（至1970年）到「工具材料」（至1985年），以及從20世紀80年代後半期（1985年以後）由於大顆粒優質單晶的批量生產和金剛石薄膜問世，使金剛石及立方氮化硼進入到「功能材料」階段。由於充分利用了金剛石良好的光、電、熱、聲等性能，使得它在電子、計算機、宇宙航天工業中得到廣泛的應用。

⑤ 碳化鈦硬質合金的生產歷史

1960年左右，美國福特公司製成了鎳鉬合金粘結的TiC基金屬陶瓷硬質合金。在鎳中添加鉬，燒結時形成Mo2C，並在TiC晶粒上形成不平衡的TiC-Mo2C固溶體，得到一種環形結構晶粒。這種晶粒外殼鉬含量高、鈦含量低，中間部位缺鉬或低鉬高鈦。由於金屬鎳對TiC-Mo2C相的潤濕性較好，避免了鎳和TiC直接接觸，使合金性能大幅度提高。這一發現是Tic基硬質合金發展過程中的重要突破。為了擴大TiC基硬質合金的應用范圍，致力於研製粗加工用高韌性牌號，日本東芝公司1971年在TiC%26mdash;Mo(Mo2C)-Ni中添加TiN有明顯效果，使該合金性能大幅度提高。某些國家已研究出許多優良牌號，並已系列化，它們生產的TiC基和TiCN基硬質合金牌號和性能見表1。其應用范圍已由精加工、半精加工擴大到粗加工，由切削擴大到銑削等苛刻條件下的加工，從切削工具應用擴大到其他工具的應用，從而使這種材料的生產和應用得到了迅速發展。1989年日本金屬陶瓷硬質合金可轉位刀片的產量(按片數計)已佔所有可轉位刀片總產量的28.3%，接近於鎢鈷硬質合金可轉位刀片的產量。

⑥ 試比較高速鋼和硬質合金的優缺點、區別

刀具是機械製造中用於切削加工的工具，又稱切削工具。廣義的切削工具既包括刀具，還包括磨具。

絕大多數的刀具是機用的，但也有手用的。由於機械製造中使用的刀具基本上都用於切削金屬材料，所以「刀具」一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。

刀具的發展在人類進步的歷史上佔有重要的地位。中國早在公元前28～前20世紀，就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鑽、刀等銅質刀具。戰國後期(公元前三世紀)，由於掌握了滲碳技術，製成了銅質刀具。當時的鑽頭和鋸，與現代的扁鑽和鋸已有些相似之處。

然而，刀具的快速發展是在18世紀後期，伴隨蒸汽機等機器的發展而來的。1783年，法國的勒內首先制出銑刀。1792年，英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關麻花鑽的發明最早的文獻記載是在1822年，但直到1864年才作為商品生產。

那時的刀具是用整體高碳工具鋼製造的，許用的切削速度約為5米/分。1868年，英國的穆舍特製成含鎢的合金工具鋼。1898年，美國的泰勒和．懷特發明高速鋼。1923年，德國的施勒特爾發明硬質合金。

在採用合金工具鋼時，刀具的切削速度提高到約8米/分，採用高速鋼時，又提高兩倍以上，到採用硬質合金時，又比用高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的工件表面質量和尺寸精度也大大提高。

⑦ 人造金剛石的發展歷史

18世紀末，人們發現身價高貴的金剛石竟然是碳的一種同素異形體，從此，制備人造金剛石就成為了許多科學家的光榮與夢想。 一個世紀以後，石墨 —— 碳的另一種單質形式被發現了，人們便嘗試模擬自然過程，讓石墨在超高溫高壓的環境下轉變成金剛石。為了縮短反應時間，需要2000℃高溫和5.5萬個大氣壓的特殊條件。
1955年，美國通用電氣公司專門製造了高溫高壓靜電設備，得到世界上第一批工業用人造金剛石小晶體，從而開創了工業規模生產人造金剛石磨料的先河，他們的年產量在20噸左右；不久，杜邦公司發明了爆炸法，利用瞬時爆炸產生的高壓和急劇升溫，也獲得了幾毫米大小的人造金剛石。
金剛石薄膜的性能稍遜於金剛石顆粒，在密度和硬度上都要低一些。即便如此，它的耐磨性也是數一數二，僅5微米厚的薄膜，壽命也比硬質合金鋼長10倍以上。我們知道，唱片的唱針在微小的接觸面上要經受極大的壓力，同時要求極長的耐磨壽命，只要在針尖上沉積上一層金剛石薄膜，它就可以輕松上陣了。如果在塑料、玻璃的外面用金剛石薄膜做耐磨塗層，可以大大擴展其用途，開發性能優越又經濟的產品。
更重要的是，薄膜的出現使金石的應用突破了只能作為切削工具的樊籬，使其優異的熱、電、聲、光性能得以充分發揮。金剛石薄膜已應用在半導體電子裝置、光學聲學裝置、壓力加工和切削加工工具等方面，其發展速度驚人，在高科技領域更加誘人。
用人工方法使非金剛石結構的碳轉變為金剛石結構的碳，並且通過成核和生長形成單晶和多晶金剛石，或把細粒金剛石在高壓高溫下燒結成多晶金剛石。這是高壓研究在生產上得到應用的一個重要實例。
從熱力學觀點出發，決定石墨等非金剛石結構的碳質原料能否轉變成金剛石的相變條件是後者的自由能必須小於前者。這種相變過程是在高壓、高溫或者還有其他組分參與的條件下進行的。一定的壓力、溫度和組元濃度等可以使系統的內能發生變化，從而使價電子可處能級的統計權重發生相應的變化。這就可能出現電子轉移和組成新的鍵合狀態的電子結構，即發生了相變。如果系統中能量變化有利於在固體中發生這種電子結構的變化，則高壓高溫相變發生在固態，否則就可能發生在熔態或汽態。在熔體中發生這種變化的條件是，鍵合特徵的價電子分布的統計權重相應降低，遠程有序的作用趨於消失，原子配位數發生變化；而電子處於激發態的統計權重趨於增大，近程有序作用相應增強。氣體中發生這種變化的條件是，單質原子間或化合物的鍵合分子間的電子能級趨於消失，所有的電子轉移到單原子或分子能級上去，這樣，電子處於激發態的統計權重更為增大。因此，人造金剛石可以在固態，也可在熔態和汽態條件下進行，這取決於壓力、溫度和組元濃度等因素引起系統內能的變化情況。從動力學觀點出發，還要求石墨等碳質原料轉變成金剛石時具有適當的轉變速率。在金剛石成核率和生長速率同時處於極大值時的相變速率最大。
自18世紀證實了金剛石是由純碳組成的以後，就開始了對人造金剛石的研究，只是在20世紀50年代通過高壓研究和高壓實驗技術的進展，才獲得真正的成功和迅速的發展。人造金剛石的具體方法多達十幾種。按所用技術的特點可歸納為靜壓、動壓和低壓等三種方法。按金剛石的形成特點可歸納為直接、熔媒和外延等三類方法。圖表示碳的壓力-溫度（□-□）相圖和三種方法人造金剛石的實驗區。1區為直接法人造金剛石的實驗區,2區為熔媒法人造金剛石的實驗區,3區為外延法人造金剛石的實驗區。

⑧ 鎢合金的發展歷史

1907年，一種低鎳含量的鎢合金問世， 它是通過機械加工方法制備的，但是嚴重的脆性妨礙了它的應用。直到1909年，美國通用電器公司的庫利奇(w．D．Coolidge)通過粉末冶金法製得 鎢坯條，再利用機械加工生產出在室溫下具有延性的鎢絲，從而奠定了鎢絲加工業的基礎，也奠定了粉末冶金的基礎。
然而這種「延性」鎢合金在燈泡點燃後表現出明顯的脆性。1913年，平奇(Pintsch)發明了釷鎢絲(ThO2的 含量為1%～2%)，從而使白熾燈絲的脆性大大降低。起初，燈絲的下垂(見鎢絲的抗下垂性能)並不是一個問題，因為此時的燈絲是直絲，但1913年以後， 蘭米爾(Langmuir)將直絲改為螺旋絲，這樣，當燈泡使用時，高的工作溫度和自重的作用使燈絲下垂，因而純鎢和釷鎢都難以滿足使用要求。
為了解決鎢絲下垂和壽命短等問題，1917年，柏斯(A．Pacz)發明了高溫下「不變形」的鎢合金。起初，他在制備純鎢時採用耐火坩堝焙燒WO3，無意中發現用這種WO3還原所得鎢粉製成的鎢絲螺旋，經再結晶後異常神秘地不再下垂。隨後，經過218次反復實驗驗證，他終於發現在鎢酸(WO3·H2O)中添加鉀和鈉的硅酸鹽，經過還原、壓制、燒結、加工等製得的鎢絲，再結晶後形成相當粗的晶粒結構，既不軟又抗下垂，這是最早的不下垂鎢絲。柏斯的發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現。
摻雜鎢合金的生產工序冗長，包括鎢冶煉、粉末冶金制坯和塑性加工幾個主要階段。
摻雜鎢合金的生產通常選用仲鎢酸銨(APT)為原料。從鎢精礦製取仲鎢酸銨除了傳 統的經典工藝外，20世紀50年代國際上開展了萃取法和離子交換法的研究，中國在70年代也採用了這些工藝，從而簡化了工藝流程，提高了鎢的回收率。20世紀60年代以來，許多國家都相繼採用藍色氧化鎢摻雜工藝代替三氧化鎢摻雜，從而提高了摻雜效果。鎢粉的酸洗是20世紀60年代開始應用於生產的，其主要目的在於洗去鎢粉中多餘的摻雜劑、超細粉和部分有害雜質，從而改善加工性能，提高鎢絲的高溫性能。從20世紀60年代開始，孔型軋製法不斷得到應用。孔型軋制是使坯料在一對旋轉著的軋輥的孔 型中通過，在軋輥壓力的作用下使斷面減縮和長度延伸。
雖然只有少部分鎢礦最終被做成燈鎢絲和類似的產品，鎢在科學上和技術上所承擔的最重要的意義就是其研究成果向實際應用的轉換。所獲得的知識在粉末冶金新的領域，尤其是在硬質合金的製造上具有不可估量的價值。

⑨ 中國刀具網的歷史和發展

在人類進步的歷史上佔有重要的地位。中國早在公元前28～前20世紀，就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鑽、刀等銅質刀具。戰國後期(公元前三世紀)，由於掌握了滲碳技術，製成了銅質刀具。當時的鑽頭和鋸，與現代的扁鑽和鋸已有些相似之處。
然而，刀具的快速發展是在18世紀後期，伴隨蒸汽機等機器的發展而來的。1783年，法國的勒內首先制出銑刀。1792年，英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關麻花鑽的發明最早的文獻記載是在1822年，但直到1864年才作為商品生產。
那時的刀具是用整體高碳工具鋼製造的，許用的切削速度約為5米/分。1868年，英國的穆舍特製成含鎢的合金工具鋼。1898年，美國的泰勒和．懷特發明高速工具鋼。1923年，德國的施勒特爾發明硬質合金。
在採用合金工具鋼時，刀具的切削速度提高到約8米/分，採用高速鋼時，又提高兩倍以上，到採用硬質合金時，又比用高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的的工件表面質量和尺寸精度也大大提高。
由於高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴，刀具出現焊接和機械夾固式結構。1949～1950年間,美國開始在車刀上採用可轉位刀片，不久即應用在銑刀和其他刀具上。1938年，德國德古薩公司取得關於陶瓷刀具的專利。1972年，美國通用電氣公司生產了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法，生產碳化鈦塗層硬質合金刀片的專利。1972年，美國的邦沙和拉古蘭發展了物理氣相沉積法，在硬質合金或高速鋼刀具表面塗覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面塗層方法把基體材料的高強度和韌性，與表層的高硬度和耐磨性結合起來，從而使這種復合材料具有更好的切削性能。

⑩ 鎢的發展歷史

鎢是屬於有色金屬，也是重要的戰略金屬，鎢礦在古代被稱為「重石」。1781年由瑞典化學家卡爾·威廉·舍勒發現白鎢礦，並提取出新的元素酸－鎢酸，1783年被西班牙人德普爾亞發現黑鎢礦也從中提取出鎢酸，同年，用碳還原三氧化鎢第一次得到了鎢粉，並命名該元素。鎢在地殼中的含量為0.001%。已發現的含鎢礦物有20種。鎢礦床一般伴隨著花崗質岩漿的活動而形成。經過冶煉後的鎢是銀白色有光澤的金屬，熔點極高，硬度很大。鎢是熔點最高的金屬。
18世紀50年代，化學家曾發現鎢對鋼性質的影響。然而，鎢鋼開始生產和廣泛應用是在19世紀末和20世紀初。
1900年在巴黎世界博覽會上，首次展出了高速鋼。因此，鎢的提取工業從此得到了迅猛發展。這種鋼的出現標志了金屬切割加工領域的重大技術進步。鎢成為最重要的合金元素。
1900年，俄國發明家А.Н.Ладыгин首先建議在照明燈泡中應用鎢。在1909年Кулидж制定基於粉末冶金法，採用壓力加工的工藝方法之後，鎢才有可能在電真空技術中得到廣泛的應用。
1927——1928年採用以碳化鎢為主成分研製出硬質合金，這是鎢的工業發展史中的一個重要階段。這些合金各方面的性質都超過了最好的工具鋼，在現代技術中得到了廣泛的使用。