【摘 要】稀土是一种非常重要的工业生产原料，当下很多高科技产品、军工产品生产都离不开稀土，本文从稀土元素的添加方式、形态以及种类对合金硬质刀具材料的力学结构和微观结构的影响展开讨论，并且针对当前阶段研究的问题展开讨论，并对今后该行业的发展方向给予了展望。

【关键词】稀土元素；硬质合金；刀具材料；影响

上个世纪六十年代初期就已经开始了稀土元素对硬质合金刀具材料的影响研究，早在1965年的德国就率先公布了将0.2%Ce加入硬质合金添加剂中，能够将硬质合金的硬度有效提高0.5～1HRA，抗弯强度有效提高20%。另外在硬质合金中添加Y或者浓度为0.1～2%的Ce能够有效促进硬质合金提高其抗温强度和抗氧化性，接下来的日本、南非以及美国先后报道了在硬质合金中加入两种以上稀土元素，具体包括0.05～5%wtGd和Pr两种稀土元素，这样对硬质合金的变形性和抗裂性都会起到较大的改善。上个世纪八十年代，我国东北工学院关于稀土元素添加在硬质合金刀具材料的应用方面取得了较大的突破，然后经过很多家科研单位的联合，先后研制出YT15R、YT5R 、YG8R和YG6R等具备优良品质的硬质合金刀具的新材料，但是由于生产技术的限制上述优良品质的硬质合金刀具材料至今也没有实现量产。

一、关于稀土元素的添加

（一）关于添加稀土元素的形态和种类

经过研究发现，当前能够添加至硬质合金材料中的稀土元素有很多种，具体包括：Sm、Nd、Gd、Dy Ce、Sc、Y、La以及Pr等，以上元素可以添加其中一种也可以同时添加两种以上，可添加的稀土元素状态一般为混合稀土、稀土氧化物或者稀土金属。根据刀具材料的制作需求添加不同形态和种类的稀土，就能制作出具有不同力学性能和微观结构的刀具，添加稀土元素的根本目的在于通过稀土中所含的活性物质改变硬质合金刀具材料的性能。以稀土化合物的添加为例，添加时虽然能够给硬质合金生产带来较高的稳定性，同时又可以不在真空环境下操作，但是在生产的过程中会出现大量溢出的氧气无法处理，因此这样的添加效果就会受到不利影响。

（二）关于稀土元素添加量的研究

稀土添加量对于硬质合金的刀具来说具有十分重要的意义，稀土添加量应该设在一个最佳的添加范围内，因为硬质合金刀具对于稀土的添加量表现十分敏感，一般情况下，稀土添加量都会控制在0.1～2.0%w之内。对于同一个系列的同一牌号的硬质合金来说，需要确定固定质量的稀土添加量，另外经过长久的实践发现，不同的稀土添加量要采用不同的添加方式，例如：采用球磨分散方式来添加稀土，就需要比其他方式多准备出两倍的稀土量。

（三）关于稀土元素的添加方式探讨

经过长时间的实践表明，稀土元素应该在粉末混合配料中加入，原因在于在原料粉磨中能够使得稀土得以均匀的散开，这样才能提高合金内部成分的均匀分布。但是在过去的相关实验中有数据显示采用球磨方式加入稀土元素能够产生稀土元素的不均匀分布。通过检测发现，合金金属内部存在大量的稀土元素聚集区域，一般情况下，都是（W，Ti）C和WC两种元素容易大量聚集。由于出现了稀土元素的过多聚集情况，很可能削弱碳化物與钴粘结的结合强度，最终影响硬质合金的材料质量。

二、关于硬质合金刀具材料在微观结构中受到稀土的影响

到目前为止，稀土对硬质合金刀具的微观结构影响没有统一的结论，根据之前的研究实验结果发现，在813硬质合金、YG6硬质合金、YT15硬质合金以及YT14硬质合金材料中添加稀土元素后，硬质合金的密度变化并不明显。但是经过检测加入稀土元素后的硬质合金夹杂石墨情况完全消失，硬质合金的孔隙度变得更小，并且之前包含的（W，Ti）C碳化物都变成了细化的固溶体晶粒也随之消失不见，这是硬质合金材料在微观结构中受到稀土元素的影响。另外如果在WC-Ni合金中加入稀土元素则会显现出硬质合金的密度有效提高，合金的孔隙度大幅度降低，并且伴随少量的游离石墨出现，另外在不同类型的合金中加入不同剂量的稀土元素，硬质合金的微观结构还会出现不同程度的粘结度变化以及合金的微观变形影响。

三、稀土对硬质合金刀具材料的力学性能影响

对硬质合金材料加入稀土后对合金材料的抗弯能力影响最大，因此硬质合金在抗弯力学性能上受稀土影响最深，根据相关实验数据表明YT5硬质合金刀具性能受到稀土元素Y 、Gd、 Nd 、Pr、La 以及Ce混合的影响较大，有相关数据表明稀土硬质合金刀具材料的力学性能的影响成正比关系，在采用恰当的添加方式以及合理控制稀土添加剂量范围内，添加的相关稀土元素量越大硬质合金YT5材料的抗弯性能越强。

四、结语

总之，稀土元素的添加量、添加方式以及种类都会对硬质合金刀具的材料的微观结构和力学性能产生影响，具体影响根据稀土元素以及硬质合金牌号而定，只有不断加强对硬质合金的研究，最终才能获得更多性质优良的硬质合金刀具材料。

参考文献：

[1]张金娟.硬质合金钎焊技术的研究进展及展望[J].信息记录材料，2019，20（04）：29-30

[2]万志坚，黄传真.硬质合金粉末表面电泳沉积制备金刚石涂层[J].金刚石与磨料磨具工程，2019，39（01）：80-83

[3]张金娟.硬质合金钎焊技术的研究进展及展望[J].信息记录材料，2019，20（03）：11-12

作者简介：

聂骞（1986-），男，辽宁省阜新蒙古族自治县，大专，冶金技术，研究方向：工业热能与金属材料物理检测与冶金化学分析。