硬質(zhì)合金基礎(chǔ)知識(shí)及行業(yè)應(yīng)用

1、硬質(zhì)合金基礎(chǔ)知識(shí)及行業(yè)應(yīng)用硬質(zhì)合金基礎(chǔ)知識(shí)及行業(yè)應(yīng)用 定義：硬質(zhì)合金是由一種或多種難熔金屬的碳化物（如碳化鎢WC）作為硬質(zhì)相，用金屬粘結(jié)劑鈷（Co）、鎳（Ni）、鐵（Fe）作為粘結(jié)相，經(jīng)粉末冶金方法燒結(jié)而成的一種硬度高、耐磨性高、抗壓強(qiáng)度高的復(fù)合材料。 性能特點(diǎn)：硬度高、耐磨性高；抗壓強(qiáng)度高（可達(dá)6000MPa）； 穩(wěn)定性好；脆性較大。與工具鋼相比，硬質(zhì)合金可提高工具壽命提高工具壽命、提高了切削速度和勞動(dòng)提高了切削速度和勞動(dòng)效率、改善工件的精效率、改善工件的精度和光潔度。度和光潔度。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的的基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)硬質(zhì)合金生產(chǎn)流程硬質(zhì)合金生產(chǎn)流程硬質(zhì)合金生產(chǎn)過程碳化處理壓制燒結(jié)涂層加工 C

2、o粉的形貌 X1,0000 WC粉的形貌 X5,000 1、混合料生產(chǎn)設(shè)備及工藝攪拌球磨機(jī)及磨球與混合料之間的作用酒精濕磨 90 h2、制粉工藝及設(shè)備圖6 噴霧干燥塔 圖7 噴霧干燥塔自動(dòng)控制系統(tǒng)3、壓制、壓制85-90 KN4、燒結(jié)工藝及生產(chǎn)設(shè)備圖10 真空燒結(jié)爐燒結(jié)燒結(jié)1450C60bar整個(gè)燒結(jié)過程大致可分為四個(gè)階段：（1） 脫蠟預(yù)燒階段（ 800 ）（2） 固相燒結(jié)階段（800 共晶溫度1340 ）（3）液相燒結(jié)階段（共晶溫度燒結(jié)溫度1400 ）（4）冷卻階段（燒結(jié)溫度室溫）硬質(zhì)合金檢測手段及常見缺陷密度的概念：即單位體積物體的質(zhì)量,符號(hào)用表示，單位為：g/cm3。硬質(zhì)合金密度測定結(jié)果

3、準(zhǔn)確到0.01 g/cm3。計(jì)算公式m/v。1、硬質(zhì)合金密度的測定測量密度的意義 硬質(zhì)合金密度是在已知牌號(hào)的情況下，通過測量其密度，主要考察其成份和組織是否變化，內(nèi)部是否有孔隙、夾雜和石墨等缺陷。 如：合金中出現(xiàn)石墨或較大孔隙和夾雜，密度會(huì)低于正常值；合金出現(xiàn)相時(shí)，則密度會(huì)大于正常值。2、硬質(zhì)合金矯頑磁力測定A、硬質(zhì)合金矯頑磁力定義及測試原理 鐵磁材料在磁場中其磁化強(qiáng)度隨磁場強(qiáng)度的增加而增大，當(dāng)被磁化達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，稱為飽和磁化強(qiáng)度。撤去磁場后，鐵磁材料中仍保留一定的磁化強(qiáng)度叫剩磁強(qiáng)度。使這種剩磁強(qiáng)度為零時(shí)，所需反向磁場強(qiáng)度的量值，叫做矯頑磁力。用HCJ表示，單位為A/m或kA/m。B、硬質(zhì)合

4、金矯頑磁力的影響因素1）、矯頑磁力隨溫度的升高而下降。2）、應(yīng)力和形變使磁化發(fā)生困難，矯頑磁力增加。3）、晶粒愈細(xì)，晶界便愈多，磁化的阻力也愈大，愈難磁化，磁力變大。4）、通常情況下，硬質(zhì)合金矯頑磁力隨著鈷含量的增加而降低，同鈷含量的合金，其晶粒度愈細(xì)，矯頑磁力越高，合金中若出現(xiàn)相則矯頑磁力有一個(gè)異常高的值。C、測量硬質(zhì)合金矯頑磁力的意義1）、作為衡量組織結(jié)構(gòu)變化的依據(jù)。硬質(zhì)合金中鈷含量增加，矯頑磁力下降，鈷分散度越大，矯頑磁力越高。因此，矯頑磁力可以作為間接衡量合金中WC晶粒大小的參數(shù)。2）、作為考察工藝變化的依據(jù)。濕磨時(shí)間長，粉末顆粒細(xì)，于是合金的晶粒度細(xì)，矯頑磁力高。合金中出現(xiàn)滲碳，往往

5、矯頑磁力偏低，合金中出現(xiàn)脫碳，則矯頑磁力偏高。合金欠燒，矯頑磁力偏高，合金過燒，矯頑磁力偏低。燒結(jié)時(shí)冷卻速度越大，矯頑磁力愈大。3、硬質(zhì)合金鈷磁的測定 硬質(zhì)合金的鈷磁是指合金中能產(chǎn)生磁性鈷的百分含量。 意義：1）鈷磁與合金的成份有關(guān)，但與晶粒度無關(guān)。鈷磁能準(zhǔn)確地反映合金內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)的變化，并能以準(zhǔn)確的量的關(guān)系表達(dá)出來。2）、能簡單快速測量出合金中的百分鈷含量。3）、合金中的鈷磁隨著碳含量的減少而降低。 4）、根據(jù)鈷磁值能分辨合金相多少的程度。5）、合金的鈷磁高，它的抗彎強(qiáng)度也高。 4、硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度測定 1)、抗彎強(qiáng)度是試樣在彎曲斷裂前所承受的最大正應(yīng)力。單位：MPa(N/mm2)。 2

6、）、硬質(zhì)合金強(qiáng)度影響因素A、合金中若碳過量時(shí)，將產(chǎn)生游離碳，碳不足時(shí)將產(chǎn)生相，都引起合金強(qiáng)度降低。B、隨著鈷含量的增加，其強(qiáng)度隨之增加。 C、晶粒度的影響。增大WC晶粒，可顯著改善合金的強(qiáng)度和韌性，晶粒度分布寬的合金其強(qiáng)度低于晶粒度分布窄的合金。 D、顯微相缺陷的影響 在合金內(nèi)部缺陷的周圍引起應(yīng)力的集中，會(huì)加速裂紋的形成，從而使合金強(qiáng)度降低。 相使合金變脆，鈷分布不均勻，造成鈷集中的現(xiàn)象等，都使強(qiáng)度降低。 不同牌號(hào)的料互相摻雜，降低強(qiáng)度。 合金內(nèi)部氣孔、環(huán)狀結(jié)構(gòu)、針狀WC或桿狀WC都會(huì)在受力下產(chǎn)生裂紋而破壞，使強(qiáng)度降低。5、硬質(zhì)合金的金相顯微分析 金相分析目的 眾所周知,硬質(zhì)合金是以粉末冶金方

7、法制得的,是一種固相轉(zhuǎn)變過程。因此這些合金制品內(nèi)部和表面存在各種具有工藝特征的缺陷,如孔隙、石墨、污垢、 相等。對(duì)這些缺陷進(jìn)行定性、定量，是確定制品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。而對(duì)這些合金內(nèi)部的各種組織進(jìn)行鑒別又是很重要的，它可以揭示工藝（包括混料、壓制、燒結(jié)）過程的各個(gè)環(huán)節(jié)的正確與否.硬質(zhì)合金金相分析的內(nèi)容 一、缺陷1、孔隙2、石墨3、宏觀孔洞4、其他（為壓好、裂紋、分層）二、組織1、晶粒度的測定（晶粒的分布）2、脫碳3、鈷層厚度（鈷池）孔隙度 孔隙度是指某一視場內(nèi)孔隙所占面積的百分比，即 x=a/b100%式中：x-孔隙度 a-視場內(nèi)孔隙面積的總和 b-視場的總面積孔隙產(chǎn)生的原因（一） 在硬質(zhì)合金生產(chǎn)

8、中一些其他原因也可能造成產(chǎn)品孔隙大增，例如：嚴(yán)重過燒、欠燒、為壓好等。 嚴(yán)重過燒時(shí)，一般產(chǎn)生10-20m的B類孔隙且大部分分布在樣品的表面，過燒時(shí)，試樣的晶粒會(huì)長大，欠燒時(shí)，孔隙一般比較細(xì)小，且集中在試樣的中心部位，欠燒時(shí)，試樣的晶粒成型不是很好，我們通常不能僅僅只通過孔隙的大小來判斷樣品是過燒還是欠燒，必須通過其他性能指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷。 未壓好造成的孔隙，一般成了三角形、飛鳥型或菱形，一般集中在壓力達(dá)不到的刃口或尖角處孔隙的分類 硬質(zhì)合金檢驗(yàn)中孔隙分為： 1、A類孔隙（孔隙尺寸10m） A孔隙分為：A02、A04、A06、A082、B類孔隙 （10m孔隙尺寸25m） B孔隙分為：B00、B0

9、2、B04、B06、B08 相對(duì)應(yīng)的百分含量為： （A00 ） B00 A02-0.02 B020.02 A04-0.06 B040.06 A060.2 B060.2 A080.6 B080.6A類孔隙和B類孔隙100X A04 100X B06滲碳石墨 滲碳也稱石墨夾雜簡稱：石墨 石墨的測定： 石墨有幾種類型但主要為點(diǎn)狀石墨和巢狀石墨。 石墨的分級(jí)：C00、C02、C04、C06、C08 相對(duì)應(yīng)的百分含量為： C00 C020.2（小于） C040.5 C061.0 C081.5巢狀石墨 100XC040.5脫碳 脫碳也稱相，總的來說相是由于合金中碳含量偏低造成的，他的構(gòu)成和表現(xiàn)形式比較復(fù)雜

10、，其分子式： 1相:Co3W3C、Co2W4C、Co3W6C 2相:Co6W6C脫碳圖 脫碳與其他添加劑的區(qū)別 脫碳顏色與添加劑的顏色有一定的區(qū)別并且脫碳的顏色會(huì)隨著浸蝕加深變成棕紅色。添加劑顏色變化沒有這么明顯。（見圖） 脫碳 添加劑分成與裂紋的區(qū)別 分層通常位于樣品的棱角部位，并從樣 品 的棱角向內(nèi)部連續(xù)或不連續(xù)地延伸。 裂紋呈細(xì)而長的黑色條紋。（如圖） 分層 裂紋分成與裂紋的區(qū)別 分層通常位于樣品的棱角部位，并從樣 品 的棱角向內(nèi)部連續(xù)或不連續(xù)地延伸。 裂紋呈細(xì)而長的黑色條紋。（如圖） 分層 裂紋 硬質(zhì)合金缺陷圖譜硬質(zhì)合金缺陷圖譜6、硬質(zhì)合金維氏硬度測定 維氏硬度試驗(yàn)是將一個(gè)相對(duì)夾角為維

11、氏硬度試驗(yàn)是將一個(gè)相對(duì)夾角為136的正四的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗(yàn)力棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗(yàn)力F壓入試樣表壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測量壓痕面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測量壓痕的兩對(duì)角線長度的平均值的兩對(duì)角線長度的平均值d，計(jì)算硬度值的一種，計(jì)算硬度值的一種壓痕試驗(yàn)。壓痕試驗(yàn)。 由于維氏硬度的壓痕為正四棱錐，具有輪廓清晰，由于維氏硬度的壓痕為正四棱錐，具有輪廓清晰，對(duì)角線測量精度高，所以試驗(yàn)結(jié)果具有較高準(zhǔn)確對(duì)角線測量精度高，所以試驗(yàn)結(jié)果具有較高準(zhǔn)確度。度。 維氏硬度測量與裂紋長度測量維氏硬度測量與裂紋長度測量測量測量硬質(zhì)合金硬度的意義硬質(zhì)合金硬度的意義 1）

12、、硬質(zhì)合金硬度是世界公認(rèn)的評(píng)定其質(zhì)量的主要指標(biāo)，能反映出材料的機(jī)械性質(zhì)，并與其他力學(xué)性能有一定的關(guān)系。因此，硬質(zhì)合金制品都要經(jīng)過硬度檢測。 2）、硬質(zhì)合金中若內(nèi)部有孔隙，石墨和夾雜，硬度會(huì)降低。合金組織中出現(xiàn)相時(shí)，硬度會(huì)提高。同成份的細(xì)晶粒比粗晶粒合金硬度高。401700611900712100442150621980822100501995632000851850511995642150902000802050不同合金硬度值（不同合金硬度值（HV30）不同合金硬度值（不同合金硬度值（HV30）掃描電子顯微鏡 Scanning Electron Microscope（SEM） 掃描電鏡簡介及應(yīng)

13、用掃描電鏡簡介及應(yīng)用 掃描電鏡的基本原理掃描電鏡的基本原理 掃描電鏡主要由電子槍發(fā)射出的電子束在加速電壓掃描電鏡主要由電子槍發(fā)射出的電子束在加速電壓的作用下，經(jīng)過會(huì)聚形成一個(gè)直徑很小的電子探針的作用下，經(jīng)過會(huì)聚形成一個(gè)直徑很小的電子探針束（束（probe）投射到試樣表面上，同時(shí)鏡筒內(nèi)的偏）投射到試樣表面上，同時(shí)鏡筒內(nèi)的偏轉(zhuǎn)線圈使這個(gè)電子束在試樣表面作光柵式掃描轉(zhuǎn)線圈使這個(gè)電子束在試樣表面作光柵式掃描。圖1 電子與物質(zhì)的相互作用示意圖掃描電鏡的性能特點(diǎn)掃描電鏡的性能特點(diǎn) 能直接觀察大尺寸試樣的原始表面能直接觀察大尺寸試樣的原始表面 其能夠直接觀察尺寸可大到直徑為其能夠直接觀察尺寸可大到直徑為10

14、0mm，高，高50mm，或，或更大尺寸的試樣，對(duì)試樣的形狀沒有任何限制，粗糙表面更大尺寸的試樣，對(duì)試樣的形狀沒有任何限制，粗糙表面也能觀察也能觀察 圖像焦深大，富有立體感圖像焦深大，富有立體感 由于圖象景深大，故所得掃描電子象富有立體感，并很容由于圖象景深大，故所得掃描電子象富有立體感，并很容易獲得一對(duì)同樣清晰聚焦的立體照片，進(jìn)行立體觀察和立易獲得一對(duì)同樣清晰聚焦的立體照片，進(jìn)行立體觀察和立體分行體分行 能得到高的分辨率和最真實(shí)形貌能得到高的分辨率和最真實(shí)形貌 對(duì)試樣的損傷和污染程度很小對(duì)試樣的損傷和污染程度很小掃描電鏡的應(yīng)用掃描電鏡的應(yīng)用 Cu顆粒顆粒 100,000 頭發(fā)頭發(fā) 600 WC

15、 13,000 涂層涂層 5,000 板材板材 150(S1000-2) 850(FR-4)8000孔不同加工板材磨損對(duì)比FR-4S1000-2 晶粒異常長大晶粒異常長大 x10,000 粗細(xì)不均勻粗細(xì)不均勻 x1,600 臟化臟化 30, 00 裂紋裂紋 250 粗糙粗糙 x110 光滑光滑 x110 b邊鋸齒型邊鋸齒型 1291.65-12.0新修砂輪磨痕新修砂輪磨痕1500磨合后砂輪磨痕磨合后砂輪磨痕1500通過逐步放大觀察斷口，發(fā)現(xiàn)為通過逐步放大觀察斷口，發(fā)現(xiàn)為富鈷富鈷所致，可控制供應(yīng)商品質(zhì)監(jiān)控所致，可控制供應(yīng)商品質(zhì)監(jiān)控25300010000合金用料標(biāo)準(zhǔn)圖片庫階段性成果：建立現(xiàn)用料階段

16、性成果：建立現(xiàn)用料5000組織標(biāo)準(zhǔn)庫；對(duì)來料檢測提供標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控供應(yīng)來料的組織標(biāo)準(zhǔn)庫；對(duì)來料檢測提供標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控供應(yīng)來料的穩(wěn)定性穩(wěn)定性ABCDEFPCB電路板圖片庫階段性成果：已對(duì)部分PCB板形貌、成分收集材質(zhì)研發(fā)項(xiàng)目：以此為平臺(tái)，在2011年建立PCB板材加工形貌數(shù)據(jù)庫，對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)、客戶服務(wù)提供理論支持。各種板材各種板材15001500倍微觀形貌倍微觀形貌FR4 1.6X2FR4 1.6X2FP 0.2X2FP 0.2X2高高TG0.8X8TG0.8X8HF 1.0X10HF 1.0X10無鹵素板材無鹵素板材生益生益S1000-2 1.6x2S1000-2 1.6x2TC350TC350陶瓷粉

17、末陶瓷粉末石墨板粉末石墨板粉末刃面磨損分析應(yīng)用典型案例典型案例1：針對(duì)于超聲針對(duì)于超聲在加工在加工S1000-2不耐磨損不耐磨損情況，情況，不同不同材質(zhì)材質(zhì)微觀微觀形貌形貌分析，優(yōu)選最佳的材質(zhì)。分析，優(yōu)選最佳的材質(zhì)。涂層應(yīng)用階段性成果：可對(duì)涂層形貌，厚度進(jìn)行觀察測量以及成分分析；為涂層工藝開發(fā)提供依階段性成果：可對(duì)涂層形貌，厚度進(jìn)行觀察測量以及成分分析；為涂層工藝開發(fā)提供依據(jù)據(jù)HAC 涂層厚度測量類金剛石涂層形貌CVD涂層形貌焊接工藝的應(yīng)用階段性成果：通過釬料的分布形貌，可判斷焊接時(shí)間、階段性成果：通過釬料的分布形貌，可判斷焊接時(shí)間、焊接溫度的合理性，最終優(yōu)化焊接工藝焊接溫度的合理性，最終優(yōu)化

18、焊接工藝焊接口形貌焊接口形貌觀察觀察其它 A1000、A2000磨削后切削油中合金顆粒大小磨削后切削油中合金顆粒大小A1000磨削油中的粉末A2000磨削油中的粉末 清洗液對(duì)合金表面的影響清洗液對(duì)合金表面的影響考察清洗液對(duì)合金中Co含量的影響 非標(biāo)刀具磨削液對(duì)合金磨削表面鈷析出試驗(yàn)非標(biāo)刀具磨削液對(duì)合金磨削表面鈷析出試驗(yàn) 高速鋼表面分析高速鋼表面分析 能譜儀簡介及應(yīng)用能譜儀簡介及應(yīng)用能譜儀原理：能譜儀原理：高速帶電粒子轟擊樣品中的原子時(shí)，會(huì)將自己的一部分能量交給原子，外層電子向內(nèi)層躍遷，釋放特征X射線，各種元素所發(fā)出的各種元素所發(fā)出的X射線光子具有不射線光子具有不同的特征能量，由此可以利用各個(gè)同

19、的特征能量，由此可以利用各個(gè)X射線的能量來鑒別樣品中的原子射線的能量來鑒別樣品中的原子。Ehc/12.398/ SEM-EDS功能演示文件功能演示文件顯示文件顯示文件PM11_2.1.avi元素重量原子O K0.351.34Cr K6.317.47Co K84.4788.22W M8.882.97總量100.00 圖圖18 孔洞能譜分析孔洞能譜分析能譜儀的應(yīng)用能譜儀的應(yīng)用回顧：l 硬質(zhì)合金是由一種或多種難熔金屬的碳化物作為硬質(zhì)相，用金屬粘結(jié)劑Fe、Co、Ni作為粘結(jié)相，經(jīng)粉末冶金方法燒結(jié)而成的一種硬度高、耐磨性高、抗壓強(qiáng)度高的復(fù)合材料；l 硬質(zhì)合金生產(chǎn)流程：混料、制粉、壓制、燒結(jié)四個(gè)過程。不同