硬質(zhì)合金性能檢測：方法與要點解析

硬質(zhì)合金因其卓越的硬度、耐磨性和強度，成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的關(guān)鍵材料。其性能直接決定了工具、模具及耐磨零件的服役壽命與可靠性。為確保材料滿足嚴苛的使用要求，建立系統(tǒng)、科學的檢測體系至關(guān)重要。

一、 物理力學性能檢測

• 硬度檢測：
  • 洛氏硬度 (HRA)： 最常用、快速的非破壞性檢測方法，使用金剛石圓錐壓頭施加規(guī)定載荷，測量壓痕深度，反映材料抵抗塑性變形的能力。適用于絕大多數(shù)硬質(zhì)合金牌號。
  • 維氏硬度 (HV)： 使用金剛石正四棱錐壓頭，通過測量壓痕對角線長度計算硬度值。結(jié)果精確，可測量微觀區(qū)域硬度及表層硬度梯度，常用于涂層合金或要求更高精度時。
• 密度檢測：
  • 阿基米德原理法： 精密測量樣品在空氣和水中的重量，計算體積與密度。這是最準確的標準方法，用于判定合金燒結(jié)致密化程度、是否存在內(nèi)部缺陷（如孔隙、夾雜），并間接反映粘結(jié)相含量。
• 抗彎強度檢測：
  • 三點彎曲試驗： 將矩形截面試樣置于兩支點上，在跨距中間施加載荷直至斷裂。測量斷裂時的最大載荷，計算抗彎強度。這是評估硬質(zhì)合金韌性和抵抗斷裂能力的關(guān)鍵指標，受孔隙、缺陷及組織結(jié)構(gòu)影響顯著。
• 斷裂韌性檢測： 評估材料抵抗裂紋擴展的能力。常用方法有壓痕斷裂韌性法（通過維氏硬度壓痕產(chǎn)生的裂紋長度計算）和單邊切口梁法（預(yù)制裂紋的試樣進行三點彎曲）。對研究材料失效機制、預(yù)測使用壽命有重要意義。

二、 化學成分分析

• 碳含量測定：
  • 紅外碳硫分析儀： 樣品在高溫氧氣流中燃燒，產(chǎn)生的CO2由紅外檢測器定量測定總碳含量。是精確測定總碳（WC中的碳+游離碳）的關(guān)鍵方法。
  • 氧氮氫分析儀： 在惰性氣體熔融條件下，釋放出的CO由紅外檢測器測定，用于分析化合碳（WC中的碳）。結(jié)合總碳可計算游離碳含量，這對控制燒結(jié)工藝和材料性能至關(guān)重要。
• 鎢、鈷及其他元素分析：
  • X射線熒光光譜法 (XRF)： 快速、無損的多元素同時分析方法。樣品表面需打磨拋光平整。適用于生產(chǎn)過程中的快速成分篩查和質(zhì)量控制。
  • 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 (ICP-OES) / 質(zhì)譜法 (ICP-MS)： 將樣品溶解后，利用等離子體激發(fā)產(chǎn)生特征光譜或檢測特征離子進行超痕量元素定量分析。精度高，檢測限低，適用于精確測定主量（W, Co）及微量/痕量添加元素（如TaC, NbC, TiC, Cr3C2, VC等）的含量。

三、 微觀組織結(jié)構(gòu)分析

• 金相顯微分析：
  • 制樣： 切割取樣 → 鑲嵌 → 粗磨 → 精磨 → 拋光（金剛石拋光膏）→ 腐蝕（常用堿性鐵氰化鉀溶液腐蝕鈷相）。
  • 觀察與評級： 在光學顯微鏡下觀察WC晶粒大小、形狀、分布均勻性；粘結(jié)相（鈷）分布；孔隙數(shù)量、大小、類型（A型：<10μm， B型：>10μm， C型：異質(zhì)夾雜）；η相（脆性相）是否存在等。參照相關(guān)標準圖譜進行孔隙度和晶粒度評級。
• 掃描電子顯微鏡分析 (SEM)：
  • 提供更高分辨率的三維形貌信息，結(jié)合能譜儀 (EDS) 可進行微區(qū)成分分析。用于觀察斷口形貌（判斷斷裂模式：穿晶、沿晶、韌性等），精細WC晶粒尺寸測量，涂層結(jié)構(gòu)分析，夾雜物成分鑒定等。
• X射線衍射分析 (XRD)：
  • 識別物相組成、晶型結(jié)構(gòu)。用于檢測是否存在除WC和Co之外的非預(yù)期相（如η相Co3W3C、Co6W6C，游離碳石墨相等），晶格常數(shù)測定（反映固溶情況），以及殘余應(yīng)力分析。

四、 其他功能性檢測（視應(yīng)用需求而定）

• 磁飽和強度檢測： 通過測量飽和磁化強度，間接計算合金中的鈷含量（鈷是鐵磁性相）和鈷相中鎢的固溶量（影響粘結(jié)相強度）。是快速、低成本監(jiān)控合金成分均勻性和燒結(jié)質(zhì)量的重要手段。
• 鈷磁檢測： 測量矯頑力，反映WC晶粒尺寸和鈷相的彌散狀態(tài)。晶粒越細，鈷相分布越彌散，矯頑力越高。常用于在線質(zhì)量控制。
• 耐磨性測試： 模擬實際工況（如磨粒磨損、粘著磨損），使用特定試驗機（如橡膠輪磨粒磨損試驗機、銷盤式磨損試驗機）進行對比測試。
• 耐腐蝕性測試： 將樣品置于特定腐蝕介質(zhì)（酸、堿、鹽溶液）中，評估其質(zhì)量損失或表面腐蝕形貌變化。

總結(jié)：
硬質(zhì)合金性能的優(yōu)劣是其內(nèi)在化學成分、物理狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)的綜合體現(xiàn)。全面的檢測體系需要物理力學性能、化學成分、微觀結(jié)構(gòu)三大支柱的協(xié)同支撐，并結(jié)合具體應(yīng)用場景輔以功能性評價。嚴格執(zhí)行標準化檢測流程，科學解讀檢測數(shù)據(jù)，是確保硬質(zhì)合金材料品質(zhì)穩(wěn)定可靠的核心保障，也是推動硬質(zhì)合金技術(shù)進步和應(yīng)用創(chuàng)新的堅實基礎(chǔ)。選擇恰當?shù)臋z測方法并遵循行業(yè)或國家/國際標準（如ISO, ASTM, GB）是獲得可比、準確結(jié)果的關(guān)鍵。