硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級(jí)粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。 　　ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔點(diǎn)特別高，統(tǒng)稱為硬質(zhì)合金。下面以碳化物為重點(diǎn)來(lái)說明硬質(zhì)含金的結(jié)構(gòu)、特征和應(yīng)用。 　　ⅣA、ⅤA、ⅥA族金屬與碳形成的金屬型碳化物中，由于碳原子半徑小，能填充于金屬品格的空隙中并保留金屬原有的晶格形式，形成間充固溶體。在適當(dāng)條件下，這類固溶體還能繼續(xù)溶解它的組成元素，直到達(dá)到飽和為止。因此，它們的組成可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)（例如碳化鈦的組成就在TiC0.5～TiC之間變動(dòng)），化學(xué)式不符合化合價(jià)規(guī)則。當(dāng)溶解的碳含量超過某個(gè)極限時(shí)（例如碳化鈦中Ti︰C＝1︰1），晶格型式將發(fā)生變化，使原金屬晶格轉(zhuǎn)變成另一種形式的金屬晶格，這時(shí)的間充固溶體叫做間充化合物。 　　金屬型碳化物，尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金屬碳化物的熔點(diǎn)都在3273K以上，其中碳化鉿、碳化鉭分別為4160K和4150K，是當(dāng)前所知道的物質(zhì)中熔點(diǎn)最高的。大多數(shù)碳化物的硬度很大，它們的顯微硬度大于1800kg?mm2（顯微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬質(zhì)合金和硬質(zhì)化合物，顯微硬度1800kg?mm2相當(dāng)于莫氏一金剛石一硬度9）。許多碳化物高溫下不易分解，抗氧化能力比其組分金屬?gòu)?qiáng)。碳化鈦在所有碳化物中熱穩(wěn)定性最好，是一種非常重要的金屬型碳化物。然而，在氧化氣氛中，所有碳化物高溫下都容易被氧化，可以說這是碳化物的一大弱點(diǎn)。 　　除碳原子外，氮原子、硼原子也能進(jìn)入金屬晶格的空隙中，形成間充固溶體。它們與間充型碳化物的性質(zhì)相似，能導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熔點(diǎn)高、硬度大，同時(shí)脆性也大。 　　硬質(zhì)合金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。 　　硬化相是元素周期表中過渡金屬的碳化物，如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭，它們的硬度很高，熔點(diǎn)都在2000℃以上，有的甚至超過4000℃。另外，過渡金屬的氮化物、硼化物、硅化物也有類似的特性，也可以充當(dāng)硬質(zhì)合金中的硬化相。硬化相的存在決定了合金具有極高硬度和耐磨性。 　　粘結(jié)金屬一般是鐵族金屬，常用的是鈷和鎳。 　　制造硬質(zhì)合金時(shí)，選用的原料粉末粒度在1～2微米之間，且純度很高。原料按規(guī)定組成比例進(jìn)行配料，加進(jìn)酒精或其他介質(zhì)在濕式球磨機(jī)中濕磨，使它們充分混合、粉碎，經(jīng)干燥、過篩后加入蠟或膠等一類的成型劑，再經(jīng)過干燥、過篩制得混合料。然后，把混合料制粒、壓型，加熱到接近粘結(jié)金屬熔點(diǎn)（1300～1500℃）的時(shí)候，硬化相與粘結(jié)金屬便形成共晶合金。經(jīng)過冷卻，硬化相分布在粘結(jié)金屬組成的網(wǎng)格里，彼此緊密地聯(lián)系在一起，形成一個(gè)牢固的整體。硬質(zhì)合金的硬度取決于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越細(xì)，則硬度也越大。硬質(zhì)合金的韌性由粘結(jié)金屬?zèng)Q定，粘結(jié)金屬含量越高，抗彎強(qiáng)度越大。

制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處理等），并不易變形。  
　 
　　通常當(dāng)材料硬度高時(shí)，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)在仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。  
　　  
聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。  
　　      
　　硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁，使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1~3倍以上。  

　由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來(lái)越多，切削加工的自動(dòng)化水平和對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高。為了適應(yīng)這種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料；進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù)，在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾；進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)；提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別高錳鋼屬難加工材料，對(duì)刀具材料要求較高。一般來(lái)說，要求刀具材料紅硬性高、耐磨性好，有較高的強(qiáng)度、韌性和導(dǎo)熱系數(shù)。切削高錳鋼可選用硬質(zhì)合金、金屬陶瓷做刀具材科。目前應(yīng)用最普遍的還是硬質(zhì)合金，其中YG類硬質(zhì)合金具有較高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性(與YT類硬質(zhì)合金比較)，可減少切削時(shí)的崩刃。同時(shí)，YG類硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱性較好，有利于切削熱從刀尖散走，降低刀尖溫度，避免刀尖過熱軟化。YG類硬質(zhì)合金的磨加工性較好，可以磨出銳利的刃口

   一般情況下，刀具的耐用度取決于刀具材料的紅硬性、耐磨性和沖擊韌性。YG類硬質(zhì)合金中含鈷量較多時(shí)，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性好，特別是提高了疲勞強(qiáng)度，因此適于在受沖擊和震動(dòng)的條件下作粗加工用；含鈷量較少時(shí)，其硬度、耐磨性和耐熱性較高，適合作連續(xù)切削的精加工。

鎢鋼/硬質(zhì)合金是一種主要由硬質(zhì)相和粘結(jié)相組成的粉末冶金產(chǎn)品。硬質(zhì)相很硬，主要是各種碳化物。其主要碳化物有：碳化鎢(WC) 、碳化鈦(TiC) 、碳化鉭(TaC) 和碳化鈮(NbC)。在大部分情況下，鈷作為粘結(jié)相使用。 在硬質(zhì)合金工廠，硬質(zhì)合金需經(jīng)過混合、壓制和燒結(jié)。