硬質(zhì)合金性能與檢測(1)

1、幾個重要的物理性能彈性模量彈性模量：材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律），其比例系數(shù)稱為彈性模量。矯頑力矯頑力：在永磁材料的退磁曲線上，當(dāng)反向磁場H增大到某一值Hcb時，磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0，稱該反向磁場H值為該材料的矯頑力Hcb。抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度：材料抵抗彎曲而不斷裂的能力，主要用于考察脆性材料的強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度抗壓強(qiáng)度：指外力是壓力時的強(qiáng)度極限。硬度硬度：材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。沖擊韌性沖擊韌性：沖擊韌度指標(biāo)的實際意義在于揭示材料的變脆傾向，是反映金屬材料對外來沖擊負(fù)荷的抵抗能力，一般由沖擊韌性值（ak）和沖擊功（Ak）表示，其單位分別為J/cm

2、2和J（焦耳）。斷裂韌性斷裂韌性：指材料阻止宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的度量，也是材料抵抗脆性破壞的韌性參數(shù)。它和裂紋本身的大小、形狀及外加應(yīng)力大小無關(guān)，是材料固有的特性，只與材料本身、熱處理及加工工藝有關(guān)。切削壽命切削壽命/高溫硬度高溫硬度/高溫抗彎強(qiáng)度高溫抗彎強(qiáng)度/密度密度。硬質(zhì)合金密度的測定 密度的測定：密度的測定：硬質(zhì)合金密度范圍在10.016.0g/cm3之間，一般可通過密度判斷硬質(zhì)合金的化學(xué)成分或牌號是否正確。同一牌號不同批號，密度波動不應(yīng)超過0.08g/cm3。當(dāng)合金中出現(xiàn)相（脫碳相）時，密度會稍有增加，甚至超過理論值。 硬質(zhì)合金的密度測定同一般粉末冶金材料，最常用的方法是浸蠟排水稱重

3、法。 問題：排水法測定密度的步驟和公式？ 矯頑力的意義：矯頑力的意義：表示對應(yīng)于磁壁移動的阻抗量?？稍u定合金的組織狀況。隨鈷含量降低，矯頑力增大；當(dāng)鈷含量一定時，碳化鎢晶粒越細(xì)，鈷相分散程度越高，矯頑力也越大。另外，當(dāng)合金中出現(xiàn)非磁性相時，矯頑力會升高。 矯頑力的測定：矯頑力的測定：矯頑力的測定比較簡單，先對試樣充磁，然后再對試樣去磁，并記下去磁電流，則試樣的矯頑力為：Hc = KI。其中，Hc-矯頑力（奧斯特）; I-去磁電流（安）; K-儀器常數(shù)。矯頑力的測定彈性模量的測定 彎曲試驗法：彎曲試驗法：在靜態(tài)下進(jìn)行彎曲試驗硬質(zhì)合金的彈性模量可按下式求得：楊氏模量：式中：式中：E-彈性模量彈性模

4、量(kg/mm2)， f-彎曲值彎曲值(mm)，P-加在試樣上的載荷加在試樣上的載荷(kg)，L-支點間距支點間距(mm)，J-試樣的慣性距試樣的慣性距(mm2)對長方形試樣。對長方形試樣。 抗壓試驗法：抗壓試驗法：對硬質(zhì)合金做抗壓試驗，所得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上坐標(biāo)原點處傾角的正切即為所求的彈性模量。 超聲波脈沖檢驗法：超聲波脈沖檢驗法：聲波在某介質(zhì)中的傳播速度取決于其彈性模量。彈性模量可用來度量晶體中原子間結(jié)合力的大小。（下式中：-常數(shù)：-介質(zhì)密度，-剪切模量）。聲波在某介質(zhì)中的縱向波速VL和橫向波速VT分別為： -泊松比，泊松比，E-揚(yáng)氏彈性模量揚(yáng)氏彈性模量348PLEf JEtg22VL

5、2VT2212/222/VT VLVT VL（）（）（）21E（） 測試方法：測試方法：硬質(zhì)合金必須用洛氏硬度試驗機(jī)來測定其硬度值(常用HRA，載荷60Kg)。由于硬質(zhì)合金硬度高，金剛石壓頭損壞快，若測試值誤差大，可采用比較測試法，即用二塊硬度分別比所待測試樣硬和軟的硬質(zhì)合金標(biāo)準(zhǔn)塊，與待測試樣同時進(jìn)行測試，再按下式算出待測試祥的硬度值。 式中：A：較硬的標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值。B：較軟的標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值。A：較硬標(biāo)準(zhǔn)塊的該次硬度測定值。B：較軟標(biāo)準(zhǔn)塊的該次硬度測定值。H ：特測試樣的該次硬度測定值。 數(shù)值范圍：數(shù)值范圍：硬質(zhì)合金各牌號的的硬度值相差不大，一般在HRA8593之間，隨鈷含量的增加而降低。洛氏硬

6、度的測試( )ABHAAHAB測試原理維氏硬度維氏硬度試驗方法是英國史密斯（R.L.Smith）和塞德蘭德（C.E.Sandland）于1925年提出的。和布氏、洛氏硬度試驗相比，維氏硬度試驗測量范圍較寬，從較軟材料到超硬材料，幾乎涵蓋各種材料。維氏硬度的測定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗的壓頭是金剛石的正四棱錐體。維氏硬度試驗時，在一定載荷的作用下，試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕，測量壓痕對角線長度，除以計算壓痕的表面積，載荷除以表面積的數(shù)值就是試樣的硬度值，用符號HV表示。 硬質(zhì)合金的常溫抗彎強(qiáng)度在75250kg/mm2之間。一

7、般含鈷量越大，抗彎強(qiáng)度越高。含鈷量一定時，碳化鈦含量的增加會引起抗彎強(qiáng)度的下降。相比較，含鈷量相同時，鎢鈷合金要比鎢鈦鈷合金的抗彎強(qiáng)度要高。 抗彎強(qiáng)度測試比較適合于硬質(zhì)合金這樣的脆性材料，因為它們在彎曲時無明顯塑性，最大彎曲應(yīng)力容易測得，且彎曲試樣容易制備。 抗彎強(qiáng)度的測試標(biāo)準(zhǔn)試樣：5530 硬質(zhì)合金抗壓強(qiáng)度為340-560kg/mm2。鎢鈷合金在含鈷量為5%時抗壓強(qiáng)度最大。細(xì)晶粒鎢鈷合金抗壓強(qiáng)度較粗晶粒合金高，而鎢鈦鈷合金抗壓強(qiáng)度則低于鎢鈷合金。在鎢鈦鈷合金中，抗壓強(qiáng)度隨碳化鈦含量的增加而降低。 抗壓強(qiáng)度測定可在普通材料試樣機(jī)上進(jìn)行，試樣多為6(612)mm的圓柱試樣。試樣時，從試樣兩端加載

8、直到斷裂，則其抗壓強(qiáng)度為：抗壓強(qiáng)度的測定PF式中：P試樣斷裂時的荷載（kg） F試樣截面截面積（mm2） 抗壓強(qiáng)度（kg/mm2）bc 硬質(zhì)合金的沖擊韌性較低，一般低于0.5公斤米/厘米2。含鈷量高，沖擊韌性也高。粗晶粒鎢鈷合金的沖擊韌性較細(xì)晶粒鎢鉆合金要高2030。 硬質(zhì)合金沖擊韌性的測試與一般金屬材料相似，只是由于其沖擊韌性較低，宜選用沖擊能量較小的沖擊試驗機(jī)，一般36kg.m的擺錘就可滿足要求。 試樣截面一般是6.56.5、1010mm的正方形，其目的是使沖擊試驗可與抗彎試驗共用同樣形狀的試樣。國內(nèi)常用的試樣尺寸為191050mm。 當(dāng)擺錘沖斷試樣后，記下沖擊功并計算試樣的沖擊韌性： 式

9、中：k： 沖擊韌性（kgm/cm2）；AK ： 沖擊功（kgm）；F ： 試樣受力處的截面積（cm2）。沖擊韌性測試ak=Ak/F 測試條件：試樣101050，沖擊錘3-6Kg.m。 沖擊韌度ak表示材料在沖擊載荷作用下，其抵抗變形和斷裂的能力。 ak值的大小表示材料的韌性好壞。沖擊韌性測試 斷裂韌性是表征材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力。常用斷裂前物體吸收的能量或外界對物體所作的功表示。例如應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。 同硬質(zhì)合金實際使用時施加應(yīng)力方式能較好適應(yīng)，并對外部試驗條件不那么敏感的強(qiáng)韌性測量方法是斷裂韌性。斷裂韌性KIC是含有臨界尺寸缺陷的試樣的強(qiáng)度測量尺度，它反映了材料塑性變形和斷裂全過程中吸

10、收能量的能力，是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。 斷裂韌性的測試試樣有兩項特殊要求： 試樣要預(yù)制裂紋： 試樣應(yīng)有足夠厚度以保證裂紋尖端附近處于平面應(yīng)變狀態(tài)。此時，裂紋前端處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形困難，裂紋易擴(kuò)展，材料脆性大。 裂紋預(yù)制有簡單壓痕法，機(jī)械壓痕法，電火花切割法和疲勞試驗預(yù)制法等。試樣的形狀有多種，如三點彎曲試樣，四點彎曲試樣，緊湊拉伸試樣等。斷裂韌性的測試 進(jìn)行斷裂韌性測試時，先將預(yù)制了裂紋的試樣夾在材料試驗機(jī)上進(jìn)行三點彎曲斷裂試驗，連續(xù)記錄P-V曲線（即載荷-位移曲線），并確定試樣斷裂或裂紋失穩(wěn)擴(kuò)張時的載荷PQ，然后按下式計算KQ： 由上式求出的值，只有在滿足 1.1，B、a及W-a2

11、.5 的條件下，才能被認(rèn)為是有效的平面應(yīng)變，斷裂韌性KIC 1/23/25/27/29/23/22.94.621.837.638.7QQP SaaaaaKBWWWWWWQPP最大式中：式中：S-三點彎曲試樣的跨距三點彎曲試樣的跨距 a-斷裂時裂紋的平均長度斷裂時裂紋的平均長度 B-試樣厚度試樣厚度 W-試樣寬度試樣寬度20.2aK斷裂韌性的測試切削壽命測定：相對壽命法 又稱比較壽命法，它是將生產(chǎn)批中選取的試驗刀片試驗刀片與檢查刀片檢查刀片在完全相同的條件下進(jìn)行切削試驗，并根據(jù)試驗刀片與檢查刀片的壽命比壽命比來確定試驗刀片的切削壽命系數(shù)。檢查刀片是一種精心制造的刀片，其切削壽命系數(shù)是以與標(biāo)準(zhǔn)刀片

12、進(jìn)行切削比較試驗來確定的。 實驗刀片：從批量生產(chǎn)中抽取。 檢查刀片：精心制備的刀片，與標(biāo)準(zhǔn)刀片切削壽命進(jìn)行比較。 標(biāo)準(zhǔn)刀片：大批量生產(chǎn)的統(tǒng)計水平，或數(shù)據(jù)庫。 HRB: 為了評價硬質(zhì)合金刀片的切削能力，須測定其高溫硬度。硬質(zhì)合金的紅硬性相當(dāng)好，在500以下硬度可維持不變，即使在10001100的高溫下硬度仍有HRA7376，相當(dāng)于HB430477。相比較，淬火鋼在相同溫度下只有HB3040。 HV：通常用維氏測定法測試高溫硬度，也可洛氏測定法。例如，高溫顯微維氏硬度計其負(fù)荷為50、100和300克，測定壓痕裂紋在放大300倍的顯微鏡下進(jìn)行。高溫硬度測試 高溫抗彎強(qiáng)度：高溫抗彎強(qiáng)度：下圖是一種適應(yīng)

13、于強(qiáng)度不太高的硬質(zhì)合金高溫抗彎強(qiáng)度測試儀器。其上、下支架之間對中良好，且由于密封，爐子熱場穩(wěn)定，爐溫自動控制。用Ni-Cr絲加熱時，工作室溫度可達(dá)1000。高溫抗彎強(qiáng)度合金斷口與金相組織 試樣的制備：硬質(zhì)合金的金相試樣要求制面光亮，不允許有劃痕和其他缺陷。試樣制備的步驟為；粗磨鑲嵌細(xì)磨拋光精磨。 粗磨在6080#軟質(zhì)碳化硅砂輪上進(jìn)行，試樣表層應(yīng)磨去23毫米厚。 細(xì)磨用含120180目SiC的高錳酸鉀飽和溶液或180220目的碳化硼與煤油（或變壓器油）的混合物作研磨劑進(jìn)行研磨。 拋光在拋光機(jī)上進(jìn)行，以帆布作拋光織物，以含有細(xì)氧化鋁粉的高錳酸鉀溶液做拋光液。拋好后試樣應(yīng)立即水洗，以免氧化。 精磨時

14、用呢料作拋光織物，用顆粒小于3微米的碳化硼（用酒精調(diào)好）作研磨劑。研磨時住羅盤上滴入研磨劑和變壓器油。 低倍組織觀察 低倍組織檢驗是在100110倍的顯微鏡下進(jìn)行，試樣不需侵蝕，其目的是觀察試樣中的孔隙，污垢，未壓好、分層，裂紋，欠燒及過燒等缺陷?？紫犊瓷先ナ强紫犊瓷先ナ?50微米的邊界清楚的單個黑點。注意區(qū)別鈷相或微米的邊界清楚的單個黑點。注意區(qū)別鈷相或相相的腐蝕假象與真實孔隙，前者顏色較淡，后者顏色較黑。的腐蝕假象與真實孔隙，前者顏色較淡，后者顏色較黑。 石墨夾雜常在磨樣過程中被剝落而呈巢形聚集或片狀孔隙。石墨夾雜常在磨樣過程中被剝落而呈巢形聚集或片狀孔隙。 低倍組織缺陷分層分層裂紋裂紋裂

15、紋裂紋未壓好未壓好 實驗方法：實驗方法：硬質(zhì)合金高倍組織的研究一般在1350倍的金相顯微鏡下進(jìn)行，主要是檢驗鈷相、WC相、TiC-WC相，及其他組織缺陷。 浸蝕劑：高倍組織檢驗一般要對試樣進(jìn)行浸蝕。硬質(zhì)合金常用的浸蝕劑有如下三種： 20%NaOH（或KOH）和20K3Fe(CH)6（赤血鹽）的混合水溶液。 10%NaOH（或KOH）和10%K3Fe(CH)6 （赤血鹽）的混合水溶液。 FeCl3和濃鹽酸的飽和溶液。 高倍組織檢驗 鈷相的檢驗：鈷相的檢驗：包括觀察鈷的分布特征和測定鈷層的厚度。因鈷相在顯微鏡下具有明亮的金屬光澤，容易分辨，因此觀察鈷相時不必浸蝕。相的檢驗：相的檢驗：觀察相時必須先進(jìn)行腐蝕，否則很難與鈷相區(qū)別。只要在浸蝕劑中浸蝕5秒左右， 相便可顯示出來。此時，在顯微鏡下相呈橙紅色，隨浸蝕時間延長其顏色逐漸加深直至黑色。相的形狀各式各樣，大小也各異。高倍金相組織先用浸蝕劑浸蝕23分鐘，讓W(xué)C晶