硬質(zhì)合金-02.ppt

1、抗彎強(qiáng)度,導(dǎo)熱率,抗壓強(qiáng)度,第一節(jié) 硬質(zhì)合金的性能與用途,第二章 硬質(zhì)合金的性能及檢驗(yàn),WCTiCNbCCo 合金,WCTiCTa（Nb）CCo合金,鎢鈷鈦合 金性能,切削刀具用硬質(zhì)合金的性能及用途,耐磨零件和礦山地質(zhì)工具用硬質(zhì)合金的性能與用途,鋼結(jié)硬質(zhì)合金的性能及使用范圍,第二節(jié) 硬質(zhì)合金的性能檢驗(yàn),一、物理性能的檢驗(yàn) 1、密度的測(cè)定 硬質(zhì)合金的密度范圍在10.016.0之間，一般可通過(guò)密度判斷硬質(zhì)合金的化學(xué)成分或牌號(hào)是否正確。同一牌號(hào)不同批號(hào)。密度波動(dòng)不應(yīng)超過(guò)0.08克/厘米3。合金密度一般略低于理論值，但當(dāng)合金中出現(xiàn)相時(shí)，密度會(huì)稍有增加，相嚴(yán)重時(shí)，可超過(guò)理論值。 硬質(zhì)合金的密度測(cè)定同一般

2、的粉末冶金材料，最常用的方法是浸蠟排水稱重法。,理論密度： 1）WC-Co合金：,2）WCTiCC o合金,2、彈性模量的測(cè)定,彎曲試驗(yàn)法 在靜態(tài)下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)硬質(zhì)合金的彈性模量可按下式求得(1)： 楊氏模量： 式中：E彈性模量(kg/mm2)， f彎曲值(mm)，P加在試樣上的載荷(kg) L支點(diǎn)間距(mm)，J式樣的慣性距(mm2)對(duì)長(zhǎng)方形試樣：J= b和h分別為試樣的寬和高。 抗壓試驗(yàn)法 對(duì)硬質(zhì)合金做抗壓試驗(yàn)，所得到的應(yīng)力一應(yīng)變曲線上坐標(biāo)原點(diǎn)處傾角的正切即為所求的彈性模量。 超聲波脈沖檢驗(yàn)法 此法的原理在于：聲在某介質(zhì)中的傳播速度取決于其彈性摸量。彈性模量可用來(lái)度量晶體中原子間結(jié)合力的大

3、?。ㄊ街校篖ano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，E揚(yáng)氏彈性模量,矯頑力的意義： 雖然硬質(zhì)合金在使用中對(duì)矯頑力沒(méi)有具體要求，但它可用來(lái)評(píng)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(shí)，碳化鎢晶粒越細(xì)，鉆相分散程度越高，矯頑力也越大。另外，當(dāng)合金中出現(xiàn)非磁性的相時(shí)，矯頑力會(huì)升高；碳含量及冷卻速度的變化也會(huì)在矯頑力上表現(xiàn)出來(lái)近來(lái)還有報(bào)導(dǎo)，認(rèn)為硬度與矯頑力成正比關(guān)系。 矯頑力的測(cè)定： 矯頑力的測(cè)定比較簡(jiǎn)單，先對(duì)試樣充磁，然后再對(duì)試樣去磁，并記下去磁電流，則試樣的矯頑力為： Hc = KI 式中：Hc矯頑力（奧斯特） I去磁電流（安）

4、 K儀器常數(shù)。,3、矯頑力的測(cè)定,矯頑力測(cè)試裝置,測(cè)試方法：硬質(zhì)合金必須用洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)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(cè)試值誤差大，可采用比較測(cè)試法，即用二塊硬度分別比待測(cè)試樣硬和軟的硬質(zhì)臺(tái)金標(biāo)準(zhǔn)塊與待測(cè)試樣同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，再按下式算出待測(cè)試祥的硬度值。 式中：A較硬的標(biāo)準(zhǔn)塊的硬度值 B較軟的標(biāo)準(zhǔn)塊的硬度值 A較硬標(biāo)準(zhǔn)塊的該次硬度測(cè)定值 B較軟標(biāo)準(zhǔn)塊的該次硬度測(cè)定值 H 特測(cè)試樣的該次硬度測(cè)定值 數(shù)值范圍：硬質(zhì)合金的硬度一般在HRA8593之間，隨鈷含量的增加而降低。在鎢鈦鉆合金。,4、硬度的測(cè)試,測(cè)試原理,硬質(zhì)合金的常溫抗彎強(qiáng)度在75250

5、公斤/毫米2之間。一般含鈷量越大，抗彎強(qiáng)度越高。含鈷量一定時(shí)，碳化鈦含量增加會(huì)引起抗彎強(qiáng)度下降。含鈷量相同時(shí)，鎢鈷合金比鎢鈦鈷合金的抗彎強(qiáng)度要高。 抗彎強(qiáng)度的測(cè)試比較適合于硬質(zhì)合金這樣的脆性材料，因?yàn)樗鼈冊(cè)趶澢鷷r(shí)無(wú)明顯塑性，最大彎曲應(yīng)力容易測(cè)得，而且彎曲試樣容易制備。,5、抗彎強(qiáng)度的測(cè)試,試樣抗彎強(qiáng)度(kg/mm2) P試樣斷裂時(shí)的載荷(kg) L二支點(diǎn)間的距離(mm) b試樣的寬(mm) h試樣的高(mm) D試樣的直徑(mm) K試樣截面積系數(shù)，對(duì)圓形試樣K=0.71。,標(biāo)準(zhǔn)試樣：5530,測(cè)試裝置,硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度為340-560公斤/毫米2。鎢鈷合金在含鈷量為5%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大。細(xì)晶

6、粒鎢鈷合全的抗壓強(qiáng)度較粗晶粒的高，而鎢鈦鈷合金的抗壓強(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)度的測(cè)定也可在苦通材料試樣機(jī)上進(jìn)行，試樣多為6(612)毫米的圓柱試樣。試樣時(shí)，從試樣兩端加載直到斷裂，則其抗壓強(qiáng)度為：,3、抗壓強(qiáng)度的測(cè)定,式中：P試樣斷裂時(shí)的荷載(kg) F試樣截面截面積(mm2),抗壓強(qiáng)度(kg/mm2),試樣多為6(612)毫米的圓柱試樣,抗壓實(shí)驗(yàn),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(cè)試與一般金屬材料相似，只是由于其沖擊韌性

7、較低，宜選用沖擊能量較小的沖擊試驗(yàn)機(jī)，一般36kg.m的擺錘就可滿足要求。 試樣截面一般是66.55、1010mm的正方形，其目的是使沖擊試驗(yàn)可與抗彎試驗(yàn)共用同樣形狀的試樣。國(guó)內(nèi)常用的試樣尺寸為191050毫米。 試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)擺錘沖斷試樣后，記下沖擊功，就可按下式計(jì)算試樣的沖擊韌性。 式中： 沖擊韌性(kgm/cm2) AK沖擊功(kgm) F試樣受力處的截面積(cm2),4、沖擊韌性的測(cè)試,試樣101050，沖擊錘36Kg.m,同硬質(zhì)合金實(shí)際使用時(shí)施加應(yīng)力方式能較好適應(yīng)，并對(duì)外部試驗(yàn)條件不那么敏感的強(qiáng)韌性測(cè)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(cè)量尺度，它反映了材料塑性

8、變形和斷裂全過(guò)程中吸收能量的能力，是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。 斷裂韌性的測(cè)試試樣有兩項(xiàng)特殊要求： (1)試樣要預(yù)制裂紋： (2)試樣應(yīng)有足夠的厚度，以保證裂紋尖端附近處于平面應(yīng)變狀態(tài)。在此狀態(tài)下，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。 裂紋的預(yù)制有簡(jiǎn)單壓痕法，機(jī)械壓痕法，電火花切割法和疲勞試驗(yàn)預(yù)制法等幾種。試樣的形狀有多種，如三點(diǎn)彎曲試樣，四點(diǎn)彎曲試樣。緊湊拉伸試樣等，,6、斷裂韌性的測(cè)試,進(jìn)行斷裂韌性測(cè)試時(shí)，先將己預(yù)制了裂紋的試樣夾在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行三點(diǎn)彎曲斷裂試驗(yàn)，連續(xù)記錄P-V曲線(即載荷-位移曲線)曲線)，并從P-V曲線上確定試樣斷裂或裂紋失穩(wěn)擴(kuò)張時(shí)的載荷，P

9、Q然后按下式計(jì)算KQ： 由上式求出的值，只有在滿足 1.1，B、a及W-a2.5 的條件下，才能被認(rèn)為是有效的平面應(yīng)變，斷裂韌性KIC,式中：S三點(diǎn)彎曲試樣的跨距 a斷裂時(shí)裂紋的平均長(zhǎng)度 B試樣厚度 W試樣寬度,7. 切削壽命測(cè)定相對(duì)壽命法,相對(duì)壽命法有叫比較壽命法，它是將生產(chǎn)批中選取的試驗(yàn)刀片與檢查刀片在完全相同的條件下進(jìn)行切削試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)刀片與檢查刀片的壽命比來(lái)確定試驗(yàn)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)刀片進(jìn)行切削比較試驗(yàn)來(lái)確定的。 實(shí)驗(yàn)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(jì)水平，

10、或數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)YG類合金可采用主軸帶無(wú)級(jí)調(diào)速的車床進(jìn)行縱向切削； YG類合金切削試驗(yàn)使用灰鑄鐵HT20-40，其規(guī)格：外徑280300毫米：長(zhǎng)度為500700毫米。 對(duì)YT類合金，可采用普通車床進(jìn)行橫向切削，即從中心到外圓切削。YT類合金則使用5055號(hào)不退火碳素結(jié)構(gòu)鋼，其規(guī)貉：外徑180200毫米，長(zhǎng)度180200毫米，外徑與孔徑之比不大于3.6。 試驗(yàn)中的切削用量和磨損標(biāo)準(zhǔn)表,試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介,1、磨平面 刀尖處2-3mm棱面 2、切削刃的刃磨 SiC砂輪磨主后面和副后面得到需要的角度 3、精磨：經(jīng)刃磨后，2050微米的碳化硼研磨膏精磨。 4、刃磨與精磨的質(zhì)量檢查 刃磨角度 刀尖圓弧半徑 精度和

11、光潔度,實(shí)驗(yàn)刀具的刃磨與精磨,刀具裝夾方式,刀具磨損方式與磨損量,試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算與判定 通過(guò)切割試驗(yàn)，我們已得到了檢查刀片和試驗(yàn)刀片在相同條件下的實(shí)際壽命T檢查實(shí)和T試驗(yàn)實(shí)。 再根據(jù)檢查刀片的實(shí)際壽命T檢查實(shí)及檢查刀片與標(biāo)準(zhǔn)刀片比較得出的切削系飛K檢查來(lái)計(jì)算檢查刀片的計(jì)算壽命，即： K檢查T標(biāo)準(zhǔn)/T檢查實(shí) T檢查計(jì)=T檢查實(shí) / K檢查 然后再根據(jù)計(jì)算壽命和試驗(yàn)刀片的實(shí)際壽命T試驗(yàn)求出試驗(yàn)刀片的切削壽命系數(shù)K試驗(yàn)： K試驗(yàn) = T試驗(yàn)實(shí) / T計(jì)算 試驗(yàn)刀片的切削壽命系數(shù)如不低于1，則可認(rèn)為被試驗(yàn)的刀片質(zhì)量合格。,T-V曲線法就是在固定的磨損量下，作出切削時(shí)間與切削速度的關(guān)系曲線（即T-V曲線

12、），進(jìn)而確定泰勒方程式。應(yīng)用T-V曲線或泰勒方程式可對(duì)任何切削條件下的工具進(jìn)行大致評(píng)價(jià)。 試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介 泰勒壽命方程的形式為 T和V的關(guān)系在對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上 為一直線(如圖(2-6)，其中n 為直線斜率(n=tanQ)，一般 等于1/3到1/10，C在數(shù)值上 等于壽命為一分鐘時(shí)的V值。,2、T-V曲線法,式中：V切削速度（米/分） T刀具壽命（分） n、C常數(shù),(2) 試驗(yàn)注意事項(xiàng) 做切削試驗(yàn)時(shí)，首先要在不同的切削速度下進(jìn)行切削，并作出刀具后面磨損量與切削時(shí)間的關(guān)系曲線。然后固定某個(gè)后面磨損量(磨損寬度)，確定在這些磨損量下的切削速度和切削時(shí)間(T1，V1)，(T2，V2)，(Ti，Vi)，再在T

13、-V對(duì)數(shù)坐標(biāo)坐標(biāo)上作出相應(yīng)的這些點(diǎn)，并將這些點(diǎn)連接起來(lái)，就可得到T-V曲線，再?gòu)腡-V曲線上求出n，C的值，就可確定泰勒方程式。,這種試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)任何一種切削刀片，只要通過(guò)幾點(diǎn)試驗(yàn)作出它的T-V曲線或泰勒方程式，就可對(duì)它在任何切削速度下的切削壽命作出估計(jì)，十分方便。 在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上T-V曲線近似為直線，故從理論上講只要有二個(gè)測(cè)定點(diǎn)就可確定該直線及泰勒方程。但是，由于實(shí)驗(yàn)誤差和壽命本身的變動(dòng)，沒(méi)有足夠的點(diǎn)就不能精確地確定T-V曲線。因此，試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)在四個(gè)以上，最少是三點(diǎn)。 切削速度如選擇得太高，所要的切削時(shí)間和被切削材料自然較少，但若刀具壽命較短，測(cè)定精度必將受到影響；切削速度如選擇得過(guò)低，刀

14、具壽命必須很長(zhǎng)，T-V曲線可能彎曲。因此，應(yīng)當(dāng)合理地確定試驗(yàn)切削速度范圍。,結(jié)果評(píng)價(jià),紅硬性的測(cè)量： HRB: 為了評(píng)價(jià)硬質(zhì)合金刀片的切削能力，必須對(duì)它的高溫硬度有所了解。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。而淬火鋼在這樣的溫度下硬度只有HB3040。 HV：國(guó)外廠家測(cè)試高溫硬度多用維氏測(cè)定法，但也有個(gè)別廠家(如肯納金屬公司)用洛氏閱定法。日本制造的一種高溫顯微維氏硬度計(jì)性能較好，其負(fù)荷為50、100和300克，測(cè)定壓痕裂紋在放大300倍的顯微鏡下進(jìn)行(4),8、高溫硬度與高溫抗彎強(qiáng)度的測(cè)試,高溫抗彎

15、強(qiáng)度：對(duì)工作在高溫條件下的硬質(zhì)合金，高溫強(qiáng)度的測(cè)定也是很必要的。圖(2-3)所示是一種適應(yīng)于強(qiáng)度不太高的硬質(zhì)合金的高沮抗彎強(qiáng)度的測(cè)試的儀器。據(jù)稱，其上、下支架之間對(duì)中良好，且由于密封，爐子的熱場(chǎng)穩(wěn)定。爐溫是自動(dòng)控制的。用Ni-Cr絲加熱時(shí)工作室溫度可達(dá)1000，用碳矽棒時(shí)則更高。,第三節(jié) 合金斷口與金相的檢驗(yàn),試樣的制備 硬質(zhì)合金的金相試樣要求窘制面光亮如鏡，不允許有唐痕和其他缺陷。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目的的碳化硅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

16、唐劑進(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(shí)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(shí)住唐盤上滴入研磨劑和變壓器油。,細(xì)磨裝置：,低倍組織觀察,低倍組織檢驗(yàn)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(guò)燒等缺陷。,孔隙,污垢,石墨夾雜,孔隙看上去是550微米的邊界清楚的單個(gè)黑點(diǎn)。注意區(qū)別鈷相或相的腐蝕假象與真實(shí)孔隙，前者顏色較淡，后者顏色較黑。,石墨夾雜由于常在磨樣過(guò)程中被剝落，所以在顯微鏡下呈巢形聚集或片狀的孔隙

17、。,低倍組織缺陷,分層,裂紋,裂紋,未壓好,實(shí)驗(yàn)方法： 硬質(zhì)合金高倍組織的研究一般在1350倍的顯微鏡下進(jìn)行，主要是檢驗(yàn)鈷相、WC相，相，TiC-WC相以及其他組織缺陷。 浸濕劑： 高倍組織檢驗(yàn)一般要對(duì)試樣進(jìn)行浸蝕。硬質(zhì)合金常用的浸蝕劑有如下三種： (a) 20%NaOH(或KOH)和20K3Fe(CH)6的混合水溶液； (b) 10%NaOH(或KOH)和10%K3Fe(CH)6的混合水溶液； (c) FeCl3和濃鹽酸的飽和溶液 下面分別介紹幾種主要缺陷的檢驗(yàn),高倍組織檢驗(yàn),鈷相的檢驗(yàn) 鈷相的檢驗(yàn)包括觀察鈷的分布特征和測(cè)定鉆層的厚度。觀察鈷相時(shí)，不必浸蝕，因鈷相在顯微鏡下具有明亮的金屬光澤，容易分辨。 相的檢驗(yàn) 觀察相時(shí)必須先進(jìn)行腐蝕，否則很難與鉆相區(qū)別。只要在浸蝕劑(b)中浸蝕5秒左右，相便可顯示出來(lái)。此時(shí)，在顯微鏡下 相呈橙紅色，隨浸蝕時(shí)間延長(zhǎng)其顏色逐漸加深直至黑色。相的形狀各式各樣，大小也各異，下圖所示是幾種相的形狀。,3