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2023
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【材料课堂】硬质合金金相及硬度分析
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一 材料概述
硬质合金是由WC、TiC、Ta(Nb)C、TaC、NbC、VC、Cr3C2等高熔点、高硬度的碳化物粉末和起粘结作用的Co等金属粉末经过混合、加压成型、烧结的粉末冶金工艺制备而成的合金材料。
硬质合金的使用寿命决定于它的性能，成分确定以后，性能的好坏、寿命的长短，主要决定于它的组织结构。合金中的孔洞、夹杂、聚晶、粗大晶粒、混料、钴池等组织缺陷是合金的断裂源，因此，金相组织结构对于缺陷的判断尤为关键。
二 制备指南
01切割
硬质合金硬度高，刀片尺寸较小，对硬质合金切割一般选用高功率的精密切割机和金刚石切割片进行切割。切割需保持较小的进刀速率和稳定的夹紧，以防止切割造成的样品崩裂。
选用特鲁利TableCUT-200手自一体精密切割机配合树脂金刚石切割片DR201310进行取样。
切割机 | TableCUT-200手自一体精密切割机 |
切割片 | 树脂金刚石切割片DR201310 |
切割模式 | 脉冲切割 |
转速 | 2000rmp/min |
进给速度 | 0.05mm/s |
TableCUT-200手自一体精密切割机
金刚石切割片
切断后刀粒
02镶嵌
硬质合金切割成可镶嵌试样后，为了便于后续的研磨/抛光，通常选择热镶嵌?；ぱ罚⒅瞥赏骋怀叽缡匝阌谧远ヅ?。
选用特鲁利FlexPRESS全自动?？榛认馇痘浜螮P2237高品质环氧保边热镶嵌料对切割样品进行热镶嵌。如果在某些特殊条件下必须使用冷镶嵌，也需要在树脂内添加增强陶瓷粉末提高树脂硬度。
Theta Vacuum真空冷镶嵌机
ThetaMount压力冷镶嵌机
FlexPRESS全自动?？榛认馇痘?/strong>
03磨抛
硬质合金的高硬度决定了SiC砂纸对其是无能为力。选用120#Dia Ni电镀金刚石磨盘进行粗磨磨出平面，400#和1200#Dia Re树脂金刚石磨盘进行精磨，GF-JP人造丝抛光布配PD-WT多晶金刚石3μm抛光液进行粗抛，SC-JP白色丝绸抛光布搭配PD-WT多晶金刚石1μm抛光液进行中抛，ZN-ZP黑色阻尼抛光布搭配二氧化硅抛光液SO-T401终抛。
硬的材料通常都很好抛光，一般只需2步抛光即可，当硬质合金材料表面有多层耐磨涂层时，可增加一步50纳米二氧化硅氧化物进行化学机械抛光（抛光3），能增加涂层与基体之间的对比度，更好区分涂层。
04腐蚀进行金相观察
采用双钾腐蚀溶液进行腐蚀，腐蚀溶液为10%氢氧化钾溶液与10%铁氰化钾溶液按1:1比例的混合溶液，进行样品腐蚀、观测及作图像的效果。
钴基WC硬质合金1000X-1
钴基WC硬质合金1000X-2
三 硬质硬度测试
01维氏硬度测试
选用维氏硬度计，载荷1000g进行硬度测试。使用标准硬度块确认硬度计量正常后进行显微硬度测试。
测试结果MV1000为1725.7，1767.0，1774.6
平均值为1755.8
维氏硬度压痕
7MHVS-100A 维氏硬度计
02压痕断裂韧性测试
从压痕图片可以观察到每一个尖角都有一根向外延伸的裂纹，通过对裂纹长度测量，可以对材料断裂韧性进行一个定量分析。
测定脆性材料的断裂韧性，根据裂纹形貌，以及材料特质来选择正确的方程组，计算断裂韧性。压痕断裂韧性测试是利用维氏硬度压痕产生的裂纹来估算材料的KIC。这些裂纹是使用维氏硬度压头对一小块测试材料施加高负荷而形成的。
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