硬質合金相對耐磨性檢測方法研究

焦長禮

(廈門金鷺特種合金有限公司，福建 廈門 361021)

硬質合金的耐磨性用途非常廣泛，其耐磨性系指合金工作時抵抗磨損的能力[1-6]。硬質合金的物理機械性能項目很多，常規性能檢測有“金相、硬度、磁性能、密度、橫向斷裂強度”等，隨著應用的越來越廣泛，硬質合金的一些非常規性能，諸如：合金的彈性模數、沖擊韌性、耐磨性、抗壓強度、斷裂韌性等，也越來越受到大家的關注。而開展這些項目檢測的廠家，在國內還為數不多[7]。

1 國內外硬質合金耐磨性測試方法及其存在的問題

美國1985年制定的B611《硬質合金耐磨性測試》[8]，利用4個彎曲的、和砂輪轉向一致的、均勻粘附在砂輪上的鋼條，使砂輪在轉動時帶動水槽中的氧化鋁和水的混合體，利用一個L型杠桿將樣品壓附在砂輪上，利用杠桿原理保證樣品的壓附力，以穩定的速度轉動砂輪1000轉，利用天平稱取樣品磨損前和磨損后的質量。計算A抗磨損性（每轉損失的體積），W磨損系數（每轉損失體積的倒數，1/A）。

這種測試方法由于氧化鋁的均勻性，水中雜質含量，砂輪表面磨損情況等的變化都會使樣品的測試條件發生改變，導致檢測誤差增大，檢測結果的可靠度降低，而且國內尚無廠家制造相關設備，進口設備Phoenix Tribology Ltd廠家生產的型號TE-65耐磨試驗機，價格要5萬多歐元，測試中每次更換氧化鋁也增加了很多檢測成本，這些因素應該是制約此檢測方法推廣的一些主要原因。

2 自制“相對耐磨性”檢測設備

自制了一個檢測設備，可以直觀反饋出樣品的耐磨性，設計中主要考慮減小測試條件的變化帶來的影響，由于測試條件受很多主觀因素制約，無法保證每次測試的一致性，因此在設計中增加了一個參比樣品，利用參比樣品和標準樣品做對比來消除測試條件帶來的誤差，并用SiC砂輪代替氧化鋁和水的混合溶液，大大降低了測試成本，效果很好，示意圖如圖1所示。

圖1 自制硬質合金耐磨性檢測方法示意圖

利用電機帶動SiC砂輪，調速器和時間控制器控制砂輪的轉速以及磨損時間，采用兩個杠桿分別使得參比樣品和測試樣品受力均衡地壓附在砂輪上，同時稱取參比樣品、測試樣品的損失重量，進行比較，試驗結果表達樣品的相對耐磨系數W=（標準樣品損失重量/樣品損失重量）×100%，因為參比樣品一致，計算出各樣品的相對耐磨系數后，就可以相互比較樣品間的耐磨性，W值越大耐磨性越好，反之也越差。

3 試樣制備和實驗條件

3.1 試樣制備

選取一支相對耐磨性較好的棒材（細晶粒、低鈷含量[9]）作為參比樣品和不同鈷含量的材質均勻的樣品作為測試樣品，用平面磨床對各樣品的測試面進行平磨處理，以便有效去除樣品的燒結表面，使測試表面平整，待測。

3.2 實驗條件

試驗條件設置為：磨損時間5分鐘，轉速110±5rpm，參比樣品裝夾在L形杠桿夾具上，測試樣品裝夾在一字形杠桿夾具上。

4 結果與討論

4.1 設備穩定性驗證

參比樣品裝夾在L形杠桿夾具上，測試樣品1裝夾在一字形杠桿夾具上，總共測量10組數據，數據如表1。

表1 系統穩定性測試結果波動性質量單位：克

從表1數據來看，由測試條件的波動導致的樣品損失重量極差為0.008克，波動較大；但相對磨損系數在82±2%，表明試驗系統比較穩定，試驗設計減小了測試條件的影響。

4.2 討論

（1）由于硬質合金屬于脆性材料，極易產生沖擊崩落，因而硬度越高，脆性越強，越容易崩落。而另一種磨損，磨料磨損主要是指加工材料對合金表面的劃刻，切屑造成的合金損耗的現象，這個和合金的硬度成正比[10-13]。因此，這里的耐磨性是一個綜合指標，牌號的抗沖擊崩落性能較差，導致其相對耐磨性也會較差。

（2）為了更好的服務客戶，滿足客戶的各種檢測要求，作為檢測技術人員可以換位思考，在沒有統一的規范前提下，可以通過一些相對性測試，通過這些相對性測試，進行對比分析，指導生產的工藝改進，生產出符合客戶要求的產品，也不失為一條可行的路徑。

5 結論

（1）硬質合金在使用過程中會同時受到多種磨損，而這個試驗設計使樣品同時受到多種磨損，更加貼近使用狀態，屬于一個綜合指數，測試結果的指導性會更強。

（2）眾所周知在設計一個試驗時，首先要考慮試驗的誤差，否則再好的試驗，誤差超出標準要求，都是一個失敗的設計，而誤差的主要來源有人為因素、儀器因素、力量因素、測量因素以及環境因素，通過相對性測試，可以有效消除這些誤差因素影響，設計出更加有效的試驗。