焦長(zhǎng)禮

(廈門金鷺特種合金有限公司，福建 廈門 361021)

硬質(zhì)合金的耐磨性用途非常廣泛，其耐磨性系指合金工作時(shí)抵抗磨損的能力[1-6]。硬質(zhì)合金的物理機(jī)械性能項(xiàng)目很多，常規(guī)性能檢測(cè)有“金相、硬度、磁性能、密度、橫向斷裂強(qiáng)度”等，隨著應(yīng)用的越來越廣泛，硬質(zhì)合金的一些非常規(guī)性能，諸如：合金的彈性模數(shù)、沖擊韌性、耐磨性、抗壓強(qiáng)度、斷裂韌性等，也越來越受到大家的關(guān)注。而開展這些項(xiàng)目檢測(cè)的廠家，在國(guó)內(nèi)還為數(shù)不多[7]。

1 國(guó)內(nèi)外硬質(zhì)合金耐磨性測(cè)試方法及其存在的問題

美國(guó)1985年制定的B611《硬質(zhì)合金耐磨性測(cè)試》[8]，利用4個(gè)彎曲的、和砂輪轉(zhuǎn)向一致的、均勻粘附在砂輪上的鋼條，使砂輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)水槽中的氧化鋁和水的混合體，利用一個(gè)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(wěn)定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪1000轉(zhuǎn)，利用天平稱取樣品磨損前和磨損后的質(zhì)量。計(jì)算A抗磨損性（每轉(zhuǎn)損失的體積），W磨損系數(shù)（每轉(zhuǎn)損失體積的倒數(shù)，1/A）。

這種測(cè)試方法由于氧化鋁的均勻性，水中雜質(zhì)含量，砂輪表面磨損情況等的變化都會(huì)使樣品的測(cè)試條件發(fā)生改變，導(dǎo)致檢測(cè)誤差增大，檢測(cè)結(jié)果的可靠度降低，而且國(guó)內(nèi)尚無(wú)廠家制造相關(guān)設(shè)備，進(jìn)口設(shè)備Phoenix Tribology Ltd廠家生產(chǎn)的型號(hào)TE-65耐磨試驗(yàn)機(jī)，價(jià)格要5萬(wàn)多歐元，測(cè)試中每次更換氧化鋁也增加了很多檢測(cè)成本，這些因素應(yīng)該是制約此檢測(cè)方法推廣的一些主要原因。

2 自制“相對(duì)耐磨性”檢測(cè)設(shè)備

自制了一個(gè)檢測(cè)設(shè)備，可以直觀反饋出樣品的耐磨性，設(shè)計(jì)中主要考慮減小測(cè)試條件的變化帶來的影響，由于測(cè)試條件受很多主觀因素制約，無(wú)法保證每次測(cè)試的一致性，因此在設(shè)計(jì)中增加了一個(gè)參比樣品，利用參比樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品做對(duì)比來消除測(cè)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(cè)試成本，效果很好，示意圖如圖1所示。

圖1 自制硬質(zhì)合金耐磨性檢測(cè)方法示意圖

利用電機(jī)帶動(dòng)SiC砂輪，調(diào)速器和時(shí)間控制器控制砂輪的轉(zhuǎn)速以及磨損時(shí)間，采用兩個(gè)杠桿分別使得參比樣品和測(cè)試樣品受力均衡地壓附在砂輪上，同時(shí)稱取參比樣品、測(cè)試樣品的損失重量，進(jìn)行比較，試驗(yàn)結(jié)果表達(dá)樣品的相對(duì)耐磨系數(shù)W=（標(biāo)準(zhǔn)樣品損失重量/樣品損失重量）×100%，因?yàn)閰⒈葮悠芬恢?，?jì)算出各樣品的相對(duì)耐磨系數(shù)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(shí)驗(yàn)條件

3.1 試樣制備

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

3.2 實(shí)驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件設(shè)置為：磨損時(shí)間5分鐘，轉(zhuǎn)速110±5rpm，參比樣品裝夾在L形杠桿夾具上，測(cè)試樣品裝夾在一字形杠桿夾具上。

4 結(jié)果與討論

4.1 設(shè)備穩(wěn)定性驗(yàn)證

參比樣品裝夾在L形杠桿夾具上，測(cè)試樣品1裝夾在一字形杠桿夾具上，總共測(cè)量10組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表1。

表1 系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果波動(dòng)性質(zhì)量單位：克

從表1數(shù)據(jù)來看，由測(cè)試條件的波動(dòng)導(dǎo)致的樣品損失重量極差為0.008克，波動(dòng)較大；但相對(duì)磨損系數(shù)在82±2%，表明試驗(yàn)系統(tǒng)比較穩(wěn)定，試驗(yàn)設(shè)計(jì)減小了測(cè)試條件的影響。

4.2 討論

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

（2）為了更好的服務(wù)客戶，滿足客戶的各種檢測(cè)要求，作為檢測(cè)技術(shù)人員可以換位思考，在沒有統(tǒng)一的規(guī)范前提下，可以通過一些相對(duì)性測(cè)試，通過這些相對(duì)性測(cè)試，進(jìn)行對(duì)比分析，指導(dǎo)生產(chǎn)的工藝改進(jìn)，生產(chǎn)出符合客戶要求的產(chǎn)品，也不失為一條可行的路徑。

5 結(jié)論

（1）硬質(zhì)合金在使用過程中會(huì)同時(shí)受到多種磨損，而這個(gè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)使樣品同時(shí)受到多種磨損，更加貼近使用狀態(tài)，屬于一個(gè)綜合指數(shù)，測(cè)試結(jié)果的指導(dǎo)性會(huì)更強(qiáng)。

（2）眾所周知在設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)時(shí)，首先要考慮試驗(yàn)的誤差，否則再好的試驗(yàn)，誤差超出標(biāo)準(zhǔn)要求，都是一個(gè)失敗的設(shè)計(jì)，而誤差的主要來源有人為因素、儀器因素、力量因素、測(cè)量因素以及環(huán)境因素，通過相對(duì)性測(cè)試，可以有效消除這些誤差因素影響，設(shè)計(jì)出更加有效的試驗(yàn)。