硬质合金性能与检测.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,几个重要的物理性能,弹性模量,：,材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。,矫顽力,：,在永磁材料的退磁曲线上，当反向磁场,H,增大到某一值,Hcb,时，磁体的磁感应强度,B,为,0,，称该反向磁场,H,值为该材料的矫顽力,Hcb,。,抗弯强度,：,材料抵抗弯曲而不断裂的能力，主要用于考察脆性材料的强度。,抗压强度,：,指外力是压力时的强度极限。,硬度,：,材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。,冲击韧性,：,冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向，是反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击韧性值（,ak,）和冲击功（,Ak,）表示，其单位分别为,J/cm,2,和,J,（焦耳）。,断裂韧性,：,指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关，是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。,切削寿命,/,高温硬度,/,高温抗弯强度,/,密度,。,1,硬质合金密度的测定,密度的测定：,硬质合金密度范围在,10.016.0,g/cm,3,之间，一般可通过密度判断硬质合金的化学成分或牌号是否正确。同一牌号不同批号，密度波动不应超过,0.08g/cm,3,。当合金中出现,相（脱碳相）时，密度会稍有增加，甚至超过理论值。,硬质合金的密度测定同一般粉末冶金材料，最常用的方法是浸蜡排水称重法。,问题：排水法测定密度的步骤和公式？,2,矫顽力的意义：,表示对应于磁壁移动的阻抗量。可评定合金的组织状况。随钴含量降低，矫顽力增大；当钴含量一定时，碳化钨晶粒越细，钴相分散程度越高，矫顽力也越大。另外，当合金中出现非磁性相时，矫顽力会升高。,矫顽力的测定：,矫顽力的测定比较简单，先对试样充磁，然后再对试样去磁，并记下去磁电流，则试样的矫顽力为：,Hc,=,KI,。,其中,，,Hc-,矫顽力（奥斯特）,;I-,去磁电流（安）,;K-,仪器常数。,矫顽力的测定,3,弹性模量的测定,弯曲试验法：,在静态下进行弯曲试验硬质合金的弹性模量可按下式求得：,杨氏模量：,式中：,E-,弹性模量,(kg/mm,2,),，,f,-,弯曲值,(mm),，,P-,加在试样上的载荷,(kg),，,L-,支点间距,(mm),，,J-,试样的惯性距,(mm,2,),对长方形试样。,抗压试验法：,对硬质合金做抗压试验，所得到的应力,-,应变曲线上坐标原点处倾角的正切即为所求的弹性模量。,超声波脉冲检验法：,声波在某介质中的传播速度取决于其弹性模量。弹性模量可用来度量晶体中原子间结合力的大小。（下式中：,-,常数：,-,介质密度，,-,剪切模量）。声波在某介质中的纵向波速,VL,和横向波速,VT,分别为：,-,泊松比，,E,-,扬氏弹性模量,4,测试方法：,硬质合金必须用洛氏硬度试验机来测定其硬度值,(,常用,HRA,，载荷,60Kg),。由于硬质合金硬度高，金刚石压头损坏快，若测试值误差大，可采用比较测试法，即用二块硬度分别比所待测试样硬和软的硬质合金标准块，与待测试样同时进行测试，再按下式算出待测试祥的硬度值。,式中：,A,：较硬的标准块硬度值。,B,：较软的标准块硬度值。,A,：较硬标准块的该次硬度测定值。,B,：较软标准块的该次硬度测定值。,H,：特测试样的该次硬度测定值。,数值范围：,硬质合金各牌号的的硬度值相差不大，一般在,HRA8593,之间，随钴含量的增加而降低。,洛氏,硬度的测试,5,测试原理,6,维氏硬度,维氏硬度试验方法是英国史密斯（,R.L.Smith,）和塞德兰德（,C.E.Sandland,）于,1925,年提出的。和布氏、洛氏硬度试验相比，维氏硬度试验测量范围较宽，从较软材料到超硬材料，几乎涵盖各种材料。,维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同，也是根据压痕单位面积上的载荷来计算硬度值。所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。,维氏硬度试验时，在一定载荷的作用下，试样表面上压出一个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度，除以计算压痕的表面积，载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值，用符号,HV,表示。,7,硬质合金的常温抗弯强度在,75250kg/mm,2,之间。一般含钴量越大，抗弯强度越高。含钴量一定时，碳化钛含量的增加会引起抗弯强度的下降。相比较，含钴量相同时，钨钴合金要比钨钛钴合金的抗弯强度要高。,抗弯强度测试比较适合于硬质合金这样的脆性材料，因为它们在弯曲时无明显塑性，最大弯曲应力容易测得，且弯曲试样容易制备。,抗弯强度的测试,标准试样：,5530,8,硬质合金抗压强度为,340-560kg/mm,2,。钨钴合金在含钴量为,5%,时抗压强度最大。细晶粒钨钴合金抗压强度较粗晶粒合金高，而钨钛钴合金抗压强度则低于钨钴合金。在钨钛钴合金中，抗压强度随碳化钛含量的增加而降低。,抗压强度测定可在普通材料试样机上进行，试样多为,6(612)mm,的圆柱试样。试样时，从试样两端加载直到断裂，则其抗压强度为：,抗压强度的测定,式中：,P,试样断裂时的荷载（,kg,）,F,试样截面截面积（,mm,2,）,抗压强度（,kg/mm,2,）,9,硬质合金的冲击韧性较低，一般低于,0.5,公斤,米,/,厘米,2,。含钴量高，冲击韧性也高。粗晶粒钨钴合金的冲击韧性较细晶粒钨钻合金要高,2030,。,硬质合金冲击韧性的测试与一般金属材料相似，只是由于其冲击韧性较低，宜选用冲击能量较小的冲击试验机，一般,36kg.m,的摆锤就可满足要求。,试样截面一般是,6.56.5,、,1010mm,的正方形，其目的是使冲击试验可与抗弯试验共用同样形状的试样。国内常用的试样尺寸为,191050mm,。,当摆锤冲断试样后，记下冲击功并计算试样的冲击韧性：,式中：,k,：冲击韧性（,kgm/cm,2,）；,A,K,：冲击功（,kgm,）；,F,：试样受力处的截面积（,cm,2,）。,冲击韧性测试,a,k,=A,k,/F,10,测试条件：试样,101050,，冲击锤,3-6Kg.m,。,冲击韧度,a,k,表示材料在冲击载荷作用下，其抵抗变形和断裂的能力。,a,k,值的大小表示材料的韧性好坏。,冲击韧性测试,11,断裂韧性是表征材料阻止裂纹扩展的能力。,常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。例如应力,-,应变曲线下的面积。,同硬质合金实际使用时施加应力方式能较好适应，并对外部试验条件不那么敏感的强韧性测量方法是断裂韧性。断裂韧性,K,IC,是含有临界尺寸缺陷的试样的强度测量尺度，它反映了材料塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力，是强度和塑性的综合表现。,断裂韧性的测试试样有两项特殊要求：,试样要预制裂纹：,试样应有足够厚度以保证裂纹尖端附近处于平面应变状态。此时，裂纹前端处于三向拉应力状态，塑性变形困难，裂纹易扩展，材料脆性大。,裂纹预制有简单压痕法，机械压痕法，电火花切割法和疲劳试验预制法等。试样的形状有多种，如三点弯曲试样，四点弯曲试样，紧凑拉伸试样等。,断裂韧性的测试,12,进行断裂韧性测试时，先将预制了裂纹的试样夹在材料试验机上进行三点弯曲断裂试验，连续记录,P-V,曲线（即载荷,-,位移曲线），并确定试样断裂或裂纹失稳扩张时的载荷,P,Q,，,然后按下式计算,K,Q,：,由上式求出的值，只有在满足 ,1.1,，,B,、,a,及,W-a2.5,的条件下，才能被认为是有效的平面应变，断裂韧性,K,IC,式中：,S-,三点弯曲试样的跨距,a,-,断裂时裂纹的平均长度,B,-,试样厚度,W,-,试样宽度,断裂韧性的测试,13,切削寿命测定：相对寿命法,又称比较寿命法，它是将生产批中选取的,试验刀片,与,检查刀片,在完全相同的条件下进行切削试验，并根据试验刀片与检查刀片的,寿命比,来确定试验刀片的切削寿命系数。检查刀片是一种精心制造的刀片，其切削寿命系数是以与标准刀片进行切削比较试验来确定的。,实验刀片：从批量生产中抽取。,检查刀片：精心制备的刀片，与标准刀片切削寿命进行比较。,标准刀片：大批量生产的统计水平，或数据库。,14,HRB:,为了评价硬质合金刀片的切削能力，须测定其高温硬度。硬质合金的红硬性相当好，在,500,以下硬度可维持不变，即使在,10001100,的高温下硬度仍有,HRA7376,，相当于,HB430477,。相比较，淬火钢在相同温度下只有,HB3040,。,HV,：通常用维氏测定法测试高温硬度，也可洛氏测定法。例如，高温显微维氏硬度计其负荷为,50,、,100,和,300,克，测定压痕裂纹在放大,300,倍的显微镜下进行。,高温硬度测试,15,高温抗弯强度：,下图是一种适应于强度不太高的硬质合金高温抗弯强度测试仪器。其上、下支架之间对中良好，且由于密封，炉子热场稳定，炉温自动控制。用,Ni-Cr,丝加热时，工作室温度可达,1000,。,高温抗弯强度,16,合金断口与金相组织,试样的制备：硬质合金的金相试样要求制面光亮，不允许有划痕和其他缺陷。试样制备的步骤为；粗磨镶嵌细磨抛光精磨。,粗磨在,6080#,软质碳化硅砂轮上进行，试样表层应磨去,23,毫米厚。,细磨用含,120180,目,SiC,的高锰酸钾饱和溶液或,180220,目的碳化硼与煤油（或变压器油）的混合物作研磨剂进行研磨。,抛光在抛光机上进行，以帆布作抛光织物，以含有细氧化铝粉的高锰酸钾溶液做抛光液。抛好后试样应立即水洗，以免氧化。,精磨时用呢料作抛光织物，用颗粒小于,3,微米的碳化硼（用酒精调好）作研磨剂。研磨时住罗盘上滴入研磨剂和变压器油。,17,低倍组织观察,低倍组织检验是在,100110,倍的显微镜下进行，试样不需侵蚀，其目的是观察试样中的孔隙，污垢，未压好、分层，裂纹，欠烧及过烧等缺陷。,孔隙看上去是,550,微米的边界清楚的单个黑点。注意区别钴相或,相的腐蚀假象与真实孔隙，前者颜色较淡，后者颜色较黑。,石墨夹杂常在磨样过程中被剥落而呈巢形聚集或片状孔隙。,18,低倍组织缺陷,分层,裂纹,裂纹,未压好,19,实验方法：,硬质合金高倍组织的研究一般在,1350,倍的金相显微镜下进行，主要是检验钴相、,WC,相、,TiC-WC,相，及其他组织缺陷。,浸蚀,剂：高倍组织检验一般要对试样进行浸蚀。硬质合金常用的浸蚀剂有如下三种：,20%NaOH,（或,KOH,）和,20,K,3,Fe(CH),6,（赤血盐）的混合水溶液。,10%NaOH,（或,KOH,）和,10%K,3,Fe(CH),6,（赤血盐）,的混合水溶液。,FeCl,3,和浓盐酸的饱和溶液。,高倍组织检验,20,钴相的检验：,包括观察钴的分布特征和测定钴层的厚度。因钴相在显微镜下具有明亮的金属光泽，容易分辨，因此观察钴相时不必浸蚀。,相的检验：,观察,相时必须先进行腐蚀，否则很难与钴相区别。只要在浸蚀剂中浸蚀,5,秒左右，,相便可显示出来。此时，在显微镜下,相呈橙红色，随浸蚀时间延长其颜色逐渐加深直至黑色。相的形状各式各样，大小也各异。,高倍金相组织,21,先用浸蚀剂浸蚀,23,分钟，让,WC,晶粒显露出来，再用浸蚀剂浸蚀,10,秒左右，以腐蚀钻相。合金牌号不同，浸蚀时间也有差别。如浸蚀时间不够，,WC,晶粒显露不清；如浸蚀过久，则部分细晶粒被溶解导致晶粒度的测定结果偏高。,a)YG6X,合金,b),加,2wt,TaC,的,YG6X,合金,WC,相的检验：,YG,合金,22,YT,合金中,TiC-WC,固溶体相的检验与上述,WC,相的表征方法相同，但,YT,合金应在浸蚀剂中浸蚀数秒，再在马弗炉中于,450500,氧化,5,分钟左右，然后再用浸蚀剂浸蚀,12,分钟,。此时，固溶体晶粒呈黄色，,WC,品粒呈白亮色。,WC,相的检验：,YT,合金,23,