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硬質合金的金相制備與硬度測試

返回列表 來源：中研立華發布日期： 2021-12-31

硬質合金是一種利用難熔金屬的硬質化合物如碳化鎢 (WC)或者其他MC 型碳化物和粘結金屬通過粉末冶金工藝制備而成的合金材料，粘結金屬主要以鈷基、鎳基、鐵基等較為常用。
金相制備
硬質合金取樣一般選用高功率的精密切割機搭配金剛石切割片（20LC）進行切割，因其本身硬質的特點，切割表面平整度非常好，通常不需要粗研磨步驟。

硬質合金取樣示意圖

對于取下來的試樣通常需要進行鑲嵌后再進行研磨和拋光。鑲嵌推薦選用添加了礦物或玻璃粉末的熱鑲嵌環氧樹脂，如果在某些特殊條件下必須使用冷鑲嵌，也需要在樹脂內添加增強陶瓷粉末提高樹脂硬度。

硬質合金的研磨，碳化硅砂紙是無能為力的，必須選用特定的金剛石磨盤，當磨削去除的材料量較大時，可以用P400（40μm）樹脂粘結盤-DGD Mosaic或45μm金屬粘結盤-DGD Ultra作為研磨的第一步，當切割表面光潔平整，無需去除材料情況下也可以選擇ApexHercules H硬研磨盤搭配金剛石懸浮液粗拋作為第一步。

方法一示意圖

方法二示意圖

最終如果使用MasterMet硅膠或MasterPrep氧化鋁懸浮液再拋光后會獲得清晰的組織結構，這也與基體與硬質相之間的硬度差有關，當表面有多層耐磨涂層時，最終氧化物拋光也能增加涂層與基體之間的對比度。表面涂層在需要進行EBSD制樣時，振動拋光也將使基體硬質相變得突出明顯。

硬度測試
洛氏硬度（A）標尺試驗方法

試樣的制備和要求

試樣試驗面的粗糙度Ra≤2μm。燒結狀態的試樣表面應磨去的厚度不少于0.2mm。

制樣要采用盡量減少由于加工造成過熱或急冷致使表面性質發生變化的方式進行。

在測定具有曲面的試樣硬度時，其曲率半徑不得小于15mm。為了測定曲率半徑小于15mm試樣硬度，要制備至少3mm寬的平面。

所制備的試樣厚度至少有1.6mm。

金剛石壓頭作用的試樣表面應平行于支承面，其平行度每10mm長度不超過0.1mm。

設備

試驗設備的測量精度不應低于0.2HRA。

壓頭

金剛石壓頭應符合GB/T 230.2-2012的相關規定，在已校正過的硬度計上檢查金剛石壓頭的性能。由五片試塊組成一套硬質合金標準試塊。在每片硬質合金標準硬度塊上至少打五個壓痕，計算每片標準塊的平均硬度及其與標定硬度的差值。算出五個差值的算術平均值及范圍。如果其平均值不超過標定值的±0.3HRA，且極差的范圍不超過0.6 HRA，則該壓頭可以使用。硬質合金標準硬度塊，應具有下列全部的或任一的硬度值：85.5、88.5、91.0、92.0和93.0HRA。

試驗步驟

選擇與試樣硬度值（估計）最接近的硬質合金標準硬度塊，在標準塊上測量三個HRA的硬度，這三個讀數的平均值與標準塊所標定的硬度值之差應在±0.5HRA以內。

如差值大于±0.5HRA，則要檢查硬度計和金剛石壓頭，并且消除產生誤差的原因。

如差值在± 0.5HR A以內，則對試樣的硬度平均值加上或減去此差值。

維氏硬度試驗方法

斷裂韌性(KIC)被認為是一種材料的固有特性，指的是材料抗斷裂能力的好壞。KIC的常規標準化測試方法包括在測試樣品中產生一個小裂紋，然后將其施加一個可控載荷以擴展裂紋。與常規方法相比，壓痕斷裂法易于測試和較低的樣品損耗使其成為評估脆性材料的斷裂韌性普遍選擇。

測定脆性材料的斷裂韌性，關鍵是要根據裂紋形貌，以及材料特質來選擇正確的方程組，計算斷裂韌性。壓痕斷裂韌性測試是利用維氏硬度壓痕產生的裂紋來估算材料的KIC。這些裂紋是使用維氏硬度壓頭對一小塊測試材料施加高負荷而形成的。

如圖所示，理想的裂紋輪廓有一個裂紋從每個尖角處延伸