硬质合金-02.ppt

抗弯强度,导热率,抗压强度,第一节 硬质合金的性能与用途,第二章 硬质合金的性能及检验,WCTiCNbCCo 合金,WCTiCTa（Nb）CCo合金,钨钴钛合 金性能,切削刀具用硬质合金的性能及用途,耐磨零件和矿山地质工具用硬质合金的性能与用途,钢结硬质合金的性能及使用范围,第二节 硬质合金的性能检验,一、物理性能的检验 1、密度的测定 硬质合金的密度范围在10.016.0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0.08克/厘米3。合金密度一般略低于理论值，但当合金中出现相时，密度会稍有增加，相严重时，可超过理论值。 硬质合金的密度测定同一般的粉末冶金材料，最常用的方法是浸蜡排水称重法。,理论密度： 1）WC-Co合金：,2）WCTiCC o合金,2、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(1)： 杨氏模量： 式中：E弹性模量(kg/mm2)， f弯曲值(mm)，P加在试样上的载荷(kg) L支点间距(mm)，J式样的惯性距(mm2)对长方形试样：J= b和h分别为试样的宽和高。 抗压试验法 对硬质合金做抗压试验，所得到的应力一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 此法的原理在于：声在某介质中的传播速度取决于其弹性摸量。弹性模量可用来度量晶体中原子间结合力的大小（式中：Lano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,矫顽力的意义： 虽然硬质合金在使用中对矫顽力没有具体要求，但它可用来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，钻相分散程度越高，矫顽力也越大。另外，当合金中出现非磁性的相时，矫顽力会升高；碳含量及冷却速度的变化也会在矫顽力上表现出来近来还有报导，认为硬度与矫顽力成正比关系。 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 式中：Hc矫顽力（奥斯特） I去磁电流（安） K仪器常数。,3、矫顽力的测定,矫顽力测试装置,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待测试样硬和软的硬质台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较硬的标准块的硬度值 B较软的标准块的硬度值 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：硬质合金的硬度一般在HRA8593之间，随钴含量的增加而降低。在钨钛钻合金。,4、硬度的测试,测试原理,硬质合金的常温抗弯强度在75250公斤/毫米2之间。一般含钴量越大，抗弯强度越高。含钴量一定时，碳化钛含量增加会引起抗弯强度下降。含钴量相同时，钨钴合金比钨钛钴合金的抗弯强度要高。 抗弯强度的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，而且弯曲试样容易制备。,5、抗弯强度的测试,试样抗弯强度(kg/mm2) P试样断裂时的载荷(kg) L二支点间的距离(mm) b试样的宽(mm) h试样的高(mm) D试样的直径(mm) K试样截面积系数，对圆形试样K=0.71。,标准试样：5×5×30,测试装置,硬质合金的抗压强度为340-560公斤/毫米2。钨钴合金在含钴量为5%时抗压强度最大。细晶粒钨钴合全的抗压强度较粗晶粒的高，而钨钛钴合金的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。 抗压强度的测定也可在苦通材料试样机上进行，试样多为6×(612)毫米的圆柱试样。试样时，从试样两端加载直到断裂，则其抗压强度为：,3、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(mm2),抗压强度(kg/mm2),试样多为6×(612)毫米的圆柱试样,抗压实验,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6×6.5×5、10×10mm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19×10×50毫米。 试验时，当摆锤冲断试样后，记下冲击功，就可按下式计算试样的冲击韧性。 式中： 冲击韧性(kg·m/cm2) AK冲击功(kg·m) F试样受力处的截面积(cm2),4、冲击韧性的测试,试样10×10×50，冲击锤36Kg.m,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KIC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： (1)试样要预制裂纹： (2)试样应有足够的厚度，以保证裂纹尖端附近处于平面应变状态。在此状态下，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。 裂纹的预制有简单压痕法，机械压痕法，电火花切割法和疲劳试验预制法等几种。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，,6、断裂韧性的测试,进行断裂韧性测试时，先将己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)曲线)，并从P-V曲线上确定试样断裂或裂纹失稳扩张时的载荷，PQ然后按下式计算KQ： 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KIC,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,7. 切削寿命测定相对寿命法,相对寿命法有叫比较寿命法，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,对YG类合金可采用主轴带无级调速的车床进行纵向切削； YG类合金切削试验使用灰铸铁HT20-40，其规格：外径280300毫米：长度为500700毫米。 对YT类合金，可采用普通车床进行横向切削，即从中心到外圆切削。YT类合金则使用5055号不退火碳素结构钢，其规貉：外径180200毫米，长度180200毫米，外径与孔径之比不大于3.6。 试验中的切削用量和磨损标准表,试验方法简介,1、磨平面 刀尖处2-3mm棱面 2、切削刃的刃磨 SiC砂轮磨主后面和副后面得到需要的角度 3、精磨：经刃磨后，2050微米的碳化硼研磨膏精磨。 4、刃磨与精磨的质量检查 刃磨角度 刀尖圆弧半径 精度和光洁度,实验刀具的刃磨与精磨,刀具装夹方式,刀具磨损方式与磨损量,试验结果的计算与判定 通过切割试验，我们已得到了检查刀片和试验刀片在相同条件下的实际寿命T检查实和T试验实。 再根据检查刀片的实际寿命T检查实及检查刀片与标准刀片比较得出的切削系飞K检查来计算检查刀片的计算寿命，即： K检查T标准/T检查实 T检查计=T检查实 / K检查 然后再根据计算寿命和试验刀片的实际寿命T试验求出试验刀片的切削寿命系数K试验： K试验 = T试验实 / T计算 试验刀片的切削寿命系数如不低于1，则可认为被试验的刀片质量合格。,T-V曲线法就是在固定的磨损量下，作出切削时间与切削速度的关系曲线（即T-V曲线），进而确定泰勒方程式。应用T-V曲线或泰勒方程式可对任何切削条件下的工具进行大致评价。 试验方法简介 泰勒寿命方程的形式为 T和V的关系在对数坐标图上 为一直线(如图(2-6)，其中n 为直线斜率(n=tanQ)，一般 等于1/3到1/10，C在数值上 等于寿命为一分钟时的V值。,2、T-V曲线法,式中：V切削速度（米/分） T刀具寿命（分） n、C常数,(2) 试验注意事项 做切削试验时，首先要在不同的切削速度下进行切削，并作出刀具后面磨损量与切削时间的关系曲线。然后固定某个后面磨损量(磨损宽度)，确定在这些磨损量下的切削速度和切削时间(T1，V1)，(T2，V2)，(Ti，Vi)，再在T-V对数坐标坐标上作出相应的这些点，并将这些点连接起来，就可得到T-V曲线，再从T-V曲线上求出n，C的值，就可确定泰勒方程式。,这种试验方法的优点是对任何一种切削刀片，只要通过几点试验作出它的T-V曲线或泰勒方程式，就可对它在任何切削速度下的切削寿命作出估计，十分方便。 在对数坐标上T-V曲线近似为直线，故从理论上讲只要有二个测定点就可确定该直线及泰勒方程。但是，由于实验误差和寿命本身的变动，没有足够的点就不能精确地确定T-V曲线。因此，试验点应在四个以上，最少是三点。 切削速度如选择得太高，所要的切削时间和被切削材料自然较少，但若刀具寿命较短，测定精度必将受到影响；切削速度如选择得过低，刀具寿命必须很长，T-V曲线可能弯曲。因此，应当合理地确定试验切削速度范围。,结果评价,红硬性的测量： HRB: 为了评价硬质合金刀片的切削能力，必须对它的高温硬度有所了解。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。而淬火钢在这样的温度下硬度只有HB3040。 HV：国外厂家测试高温硬度多用维氏测定法，但也有个别厂家(如肯纳金属公司)用洛氏阅定法。日本制造的一种高温显微维氏硬度计性能较好，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(4),8、高温硬度与高温抗弯强度的测试,高温抗弯强度：对工作在高温条件下的硬质合金，高温强度的测定也是很必要的。图(2-3)所示是一种适应于强度不太高的硬质合金的高沮抗弯强度的测试的仪器。据称，其上、下支架之间对中良好，且由于密封，炉子的热场稳定。炉温是自动控制的。用Ni-Cr丝加热时工作室温度可达1000，用碳矽棒时则更高。,第三节 合金断口与金相的检验,试样的制备 硬质合金的金相试样要求窘制面光亮如镜，不允许有唐痕和其他缺陷。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目的的碳化硅的高锰酸钾饱和溶液或180220目的碳化硼与煤油(或变压器油)的混合物作研唐剂进行研磨。 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。研磨时住唐盘上滴入研磨剂和变压器油。,细磨装置：,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,污垢,石墨夹杂,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。,石墨夹杂由于常在磨样过程中被剥落，所以在显微镜下呈巢形聚集或片状的孔隙。,低倍组织缺陷,分层,裂纹,裂纹,未压好,实验方法： 硬质合金高倍组织的研究一般在1350倍的显微镜下进行，主要是检验钴相、WC相，相，TiC-WC相以及其他组织缺陷。 浸湿剂： 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： (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和浓盐酸的饱和溶液 下面分别介绍几种主要缺陷的检验,高倍组织检验,钴相的检验 钴相的检验包括观察钴的分布特征和测定钻层的厚度。观察钴相时，不必浸蚀，因钴相在显微镜下具有明亮的金属光泽，容易分辨。 相的检验 观察相时必须先进行腐蚀，否则很难与钻相区别。只要在浸蚀剂(b)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，下图所示是几种相的形状。,3)WC相的检验 观察WC相时，先用浸蚀剂(a)浸蚀23分钟，让WC晶粒显露出来，再用浸蚀剂(C)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，使晶粒度的测定结果偏高。,a) YG6X合金 b) 加TaC 2的YG6X合金,4)YT台金中TiCWC固溶体相的检验与上述UC相的检验方法相同，而YT合金中的此相的观察列先应特试样在浸蚀剂(C)中浸蚀数秒，再把马弗炉中于450500氧化5分钟左右，然后再用浸蚀剂(a)浸蚀12分种，此时固溶体晶粒呈黄色，WC品粒呈白亮色。,