金相分析在YG類(lèi)硬質(zhì)合金中的應(yīng)用

朱二濤 ，張久興 ，楊新宇 ，羊建高，潘亞飛

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.湖南頂立科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410118）

硬質(zhì)合金俗稱(chēng)為“工業(yè)的牙齒”[1]，由于其具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、低的熱膨脹系數(shù)、高的彈性模量以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性[2-3]，使其在現(xiàn)代工具材料、耐磨材料、耐腐蝕和耐高溫材料等方面占據(jù)著重要的地位，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于拉絲模具、機(jī)械加工、材料切割、礦用鉆頭、耐磨耐腐蝕零件以及結(jié)構(gòu)部件等[4-9]。

硬質(zhì)合金的性能受到諸多因素的影響，包括操作人員、設(shè)備、物料、環(huán)境、生產(chǎn)過(guò)程等因素。硬質(zhì)合金的損壞，往往由于合金顯微組織結(jié)構(gòu)中存在缺陷，導(dǎo)致合金性能降低。金相檢驗(yàn)通常用于分析合金組織結(jié)構(gòu)缺陷、鈷層厚度及晶粒度大小，組織結(jié)構(gòu)缺陷包括A、B、C類(lèi)孔隙度，η相，分層，未壓好，污垢，裂紋，臟化，個(gè)別異常長(zhǎng)大WC晶粒，較多WC粗晶，WC聚集，鈷池，混料，欠燒等。通過(guò)分析合金組織缺陷的類(lèi)型，判斷產(chǎn)生主要缺陷原因，從而盡量避免缺陷，提高合金的性能。通常缺陷是由于原料粒度、成分，生產(chǎn)過(guò)程中的異物的引入，設(shè)備工藝參數(shù)控制及生產(chǎn)過(guò)程中工藝參數(shù)的控制不當(dāng)?shù)纫蛩匾餥10]，降低合金的綜合性能。

關(guān)于金相在YG類(lèi)硬質(zhì)合金中的應(yīng)用及形成缺陷的原因、缺陷的分類(lèi)及歸類(lèi)總結(jié)文章鮮有報(bào)道。文章將基于多年大量的試驗(yàn)及生產(chǎn)過(guò)程中制備得到Y(jié)G類(lèi)硬質(zhì)合金，將制備YG類(lèi)硬質(zhì)合金采用重光MA3000金相顯微鏡分析合金的各種顯微組織缺陷，特別是標(biāo)準(zhǔn)金相圖片未拍攝的個(gè)別異常長(zhǎng)大WC晶粒、較多WC粗晶、WC聚集、鈷池、混料、欠燒等金相圖片分析，系統(tǒng)性的歸納總結(jié)形成各種缺陷的原因，并列舉大量缺陷圖片，從而有助于研究人員及生產(chǎn)者通過(guò)金相分析判斷合金產(chǎn)生缺陷的原因，從而提高硬質(zhì)合金的性能。

1 試樣制備

1.1 試樣的打磨

粗磨的目的是將合金的表皮剝掉，露出內(nèi)部組織，表皮剝?nèi)ズ穸炔簧儆? mm。即把鑲料時(shí)露出表面的部分完全磨掉。粗磨是在砂輪機(jī)上進(jìn)行，選用0.18～0.25 mm粒度，硬度R2綠色碳化硅砂輪，粗磨前要對(duì)砂輪進(jìn)行仔細(xì)檢查，檢查砂輪有無(wú)裂紋，有無(wú)崩塊。

1.2 試樣的鑲嵌

在鑲嵌前，每批合金都要在砂輪上磨出特定記號(hào)以相互區(qū)別。試樣鑲嵌時(shí)，在鑲樣底板，通常采用一塊小瓷磚板，放一個(gè)內(nèi)徑90 mm、厚2 mm的錐形墊圈，圍繞墊圈將試樣從外向內(nèi)擺成同心圓，試樣之間稍留間距，然后將料盤(pán)套在墊圈上，將預(yù)先熔化的硫磺注入料盤(pán)，待硫磺凝固后，用自來(lái)水充分冷卻，每個(gè)料盤(pán)可鑲十幾個(gè)至二十多個(gè)試樣。

1.3 試樣的粗磨

研磨劑為W50綠色碳化硅粉，用自來(lái)水調(diào)成糊狀。料盤(pán)研磨完后用自來(lái)水沖洗干凈。

1.4 試樣的精磨

化學(xué)機(jī)械磨光時(shí)，高錳酸鉀受熱分解：2KMnO4高錳酸鉀分解放出的[O]使合金中的硬質(zhì)相WC氧化成鎢酸：H2WO4+CO2↑。生成的鎢酸附在磨盤(pán)上，結(jié)構(gòu)疏松、很容易被氧化鋁磨盤(pán)磨掉，同時(shí)從高錳酸鉀中分解出來(lái)的KOH與鎢酸作用，生成易溶于水的鎢酸鉀：

1.5 試樣的拋光

在拋光工序中，磨片上保留有一層極薄的氧化膜，必須在拋光工序中把這層氧化膜去掉，使磨片成為無(wú)劃痕和無(wú)劃傷的光亮鏡面。在250型磨片機(jī)毛呢磨盤(pán)上進(jìn)行，毛呢上加少許粒度為1～1.5 μm的油溶人造金剛石研磨膏，用乳膠管將玻璃瓶中貯存的中性變壓器油緩慢滴到磨盤(pán)上，拋光時(shí)間約15～30 min，此時(shí)磨片成為光亮的鏡面，用100倍顯微鏡檢查，很清晰地看到孔隙黑點(diǎn)和石墨夾雜。

2 金相在YG硬質(zhì)合金分析中的應(yīng)用

2.1 孔隙度

孔隙度一直以來(lái)都是判定硬質(zhì)合金質(zhì)量好壞的重要標(biāo)志，孔隙的存在降低了合金的強(qiáng)度及其他的使用性能，孔隙的大小作為硬質(zhì)合金性能的重要判定依據(jù)。孔隙度采用標(biāo)準(zhǔn)圖片與顯微鏡照片在放大100倍下進(jìn)行比較來(lái)評(píng)定，常見(jiàn)的孔隙主要分為A類(lèi)孔、B類(lèi)孔及C類(lèi)孔。

2.1.1 A類(lèi)孔隙的形成原因

在未浸蝕的磨片上具有清晰界限，磨面上孔隙的最大尺寸定為孔隙的大小。通常把小于或者等于10 μm的孔隙標(biāo)定義為A類(lèi)孔，試樣的磨面放大100倍與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行對(duì)比，分為A02、A04、A06、A08四級(jí)及未發(fā)現(xiàn)孔隙稱(chēng)為A00。

圖1為A類(lèi)孔隙度在100倍下的標(biāo)準(zhǔn)圖片，圖2為放大100倍拍攝合金中存在的A類(lèi)孔隙度，通常行業(yè)中把硬質(zhì)合金中存在的A02類(lèi)孔隙度屬于正?，F(xiàn)象。因?yàn)楹辖鹬械目紫抖葹橄鄬?duì)概念，粉末冶金的制備材料的特性決定合金在燒結(jié)過(guò)程中不會(huì)達(dá)到100%相對(duì)致密，伴隨著一定量的孔隙度。

圖1 A類(lèi)孔隙度標(biāo)準(zhǔn)金相圖片F(xiàn)ig.1 Metallographic images of class A standard porosity

形成A類(lèi)孔隙的主要原因?yàn)椋?）燒結(jié)工藝：當(dāng)燒結(jié)溫度低、保溫時(shí)間短，燒結(jié)過(guò)程中伴隨晶粒長(zhǎng)大及溫度梯度，導(dǎo)致中心部殘留微孔；當(dāng)燒結(jié)溫度過(guò)高、保溫時(shí)間較長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大的同時(shí)，邊部晶粒異常長(zhǎng)大，導(dǎo)致邊部存在黑形的A類(lèi)孔。（2）氧含量過(guò)高：通常真空燒結(jié)中的碳-氧平衡及氫氣燒結(jié)過(guò)程中的碳-氧-氫平衡，將壓坯中的氧以氣體形式排除，氧含量過(guò)高不能完全排除，使合金中形成孔隙。引起氧含量過(guò)高的因素很多，主要包括原料中的氧含量過(guò)高、濕磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、粉末干燥過(guò)程中的增氧等。（3）超細(xì)合金中，濕磨產(chǎn)生的微粉，阻止氣體排放。（4）鈷相分布不均勻：硬質(zhì)合金燒結(jié)過(guò)程中鈷相的熔點(diǎn)低，鈷相遷移黏結(jié)WC顆粒，鈷相不均勻流動(dòng)將導(dǎo)致合金中孔隙不能完全封閉。引起鈷相不均勻原因有粉末中鈷相的粒度不均、濕磨時(shí)間短等。（5）壓制密度不夠：壓坯密度低，燒結(jié)過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大及液相不能完全填充孔隙，導(dǎo)致合金中存在微孔。（6）摻成型劑不均勻：成型劑成分一般為碳-氫化合物，成型劑不均勻?qū)е绿己康牟痪鶆?，使合金燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)液相的溫度不均勻，產(chǎn)生過(guò)燒或欠燒。（7）壓坯粉末中過(guò)微粒的碳：合金中微粒的碳將導(dǎo)致合金滲碳，通常在合金制樣過(guò)程中碳孔脫落，形成微孔。（8）合金制樣：夏天因?yàn)闇囟容^高，表面容易形成灰斑，在金相顯微鏡下為微孔。（9）WC內(nèi)部存在微孔：燒結(jié)過(guò)程中WC內(nèi)部的微孔不能閉合及碳化完全，形成WC內(nèi)部微孔的原因?yàn)榉勰┨蓟耆?、粉末中雜質(zhì)元素高。（10）濕磨：濕磨過(guò)程中球磨時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)、固液比不當(dāng)都將會(huì)產(chǎn)生A類(lèi)孔隙。

圖2 拍攝A類(lèi)孔隙金相圖片F(xiàn)ig.2 Metallographic images of class A porosity

2.1.2 B類(lèi)孔隙的形成原因

通常把小于或者等于25 μm的孔隙標(biāo)定義為B類(lèi)孔隙，試樣的磨面放大100倍與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行對(duì)比，分為 B02、B04、B06、B08四級(jí)及未發(fā)現(xiàn)孔隙稱(chēng)為B00。

圖3為B類(lèi)孔隙度在100倍下的標(biāo)準(zhǔn)圖片，圖4為放大100倍拍攝合金中存在的B類(lèi)孔隙度。

形成B類(lèi)孔隙的主要原因有（1）燒結(jié)工藝：包括欠燒、過(guò)燒及燒結(jié)工藝不當(dāng)；（2）壓坯的壓實(shí)密度低；（3）原料雜質(zhì)元素高，物料氧化、臟化；（4）摻成型劑不均勻；（5）原料中氧化物的雜質(zhì)含量過(guò)高，被氧化或還原成圓形或者斜形的孔洞，較大的空洞稱(chēng)之為鼓泡，即主要的氧化物為（TiO2、SO2、Al2O3、MgO、Co2O3、WO2、WO3等）；（6） 燒結(jié)收縮不均勻；（7）混料：包括鈷片、硬質(zhì)合金磨球碎屑。

2.1.3 C類(lèi)孔隙的形成原因

在硬質(zhì)合金中，石墨以點(diǎn)狀均勻分布在整個(gè)磨片上或以小孔聚集狀出現(xiàn)，如果合金從外部滲碳，石墨夾雜可能出現(xiàn)在磨片的邊緣。

石墨夾雜又稱(chēng)“游離碳”實(shí)際上是一種孔隙，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分為 C02、C04、C06、C08四級(jí)，未發(fā)現(xiàn)游離碳稱(chēng)為C00。

在放大100倍顯微鏡下，檢查未浸蝕磨片的整個(gè)磨面后，選取石墨夾雜最多的視場(chǎng)與已知石墨含量的標(biāo)準(zhǔn)顯微照片進(jìn)行比較，以評(píng)定磨片的石墨夾雜含量，報(bào)出石墨夾雜級(jí)別。

圖3 B類(lèi)孔隙標(biāo)準(zhǔn)金相圖片F(xiàn)ig.3 Metallographic images of class B standard porosity

圖4 拍攝B類(lèi)孔隙金相圖片F(xiàn)ig.4 Metallographic images of class B porosity

圖5 為C類(lèi)孔隙度在100倍下的標(biāo)準(zhǔn)圖片，圖6、圖7為100倍拍攝合金中存在的C類(lèi)孔隙。

形成C類(lèi)孔隙的主要原因有[11]（1）原材料：WC和其他碳化物碳量比實(shí)際碳量高，WC和其他碳化物碳量分析偏低，黏結(jié)金屬粉末含氧量低；（2）濕磨混料：濕磨介質(zhì)含有某些不能在干燥中蒸發(fā)又不能在脫增塑劑過(guò)程降解排除的碳-氫化合物和過(guò)多不能揮發(fā)的成型劑、增塑劑的影響；（3）摻膠：摻膠量過(guò)多，不均勻；（4）壓制成型：壓坯密度提高，壓坯壁厚增大；（5）燒結(jié)過(guò)程：真空爐脫增塑劑升溫速率快、爐內(nèi)壓力高、裝爐量大、舟皿距離小，氫氣爐脫增塑劑爐溫曲線(xiàn)陡、推舟速度快、填料粒度細(xì)；（6）預(yù)燒及燒結(jié)工藝失控：真空、壓力燒結(jié)舟皿等石墨件揮發(fā)量大、涂料滲碳性能強(qiáng)；（7）氫氣燒結(jié)填料含碳量高、舟皿揮發(fā)量大、產(chǎn)品裝舟太靠近舟皿。

圖5 C類(lèi)孔隙標(biāo)準(zhǔn)金相圖片F(xiàn)ig.5 Metallographic images of class C standard porosity

圖6 拍攝C類(lèi)孔隙金相圖片F(xiàn)ig.6 Metallographic images of class C porosity

圖7 拍攝C類(lèi)孔隙金相圖片F(xiàn)ig.7 Metallographic images of class C porosity

2.2 η相（脫碳相）形成原因

當(dāng)合金碳含量不足時(shí)就會(huì)產(chǎn)生η1相，在未浸蝕磨片上，η1相是發(fā)亮的，用10%濃度的赤血鹽堿性溶液腐蝕2～3 s后，η1相呈紅橙色，腐蝕時(shí)間加長(zhǎng)，則呈棕紅色，最后變成黑色。

脫碳相分為 η1、η2和 η3三種。η1相與 WC+γ 二相區(qū)相連，有較寬的均質(zhì)區(qū)，通常把η1相稱(chēng)作η相。η1相為面心立方晶格，相成分為Co3W3C、Co2W4C、Co3W6C。通常按Co3W3C計(jì)算，含碳量為1.6%，Co24%，W73.4%，維氏硬度為1 050 kg/mm2，非磁性，是一種穩(wěn)定化合物，在1 100℃仍不分解，性脆、塑性差，與WC潤(rùn)濕性差。η相的形成消耗了γ相中的W和C溶質(zhì)，將促使與γ相毗鄰的WC晶粒向γ相中補(bǔ)充，以維持η相晶粒的長(zhǎng)大，當(dāng)W和C濃度達(dá)熱力學(xué)平衡時(shí)則停止生長(zhǎng)。由于η相的形成受γ液相流動(dòng)的影響，通常具有不同的形狀特征。細(xì)小的η1相呈樹(shù)枝狀和圓球狀，粗大的η1相呈竹葉、菜花、長(zhǎng)條和團(tuán)塊狀[3，10]。

圖8為標(biāo)準(zhǔn)η相金相圖片，圖9為拍攝η相金相圖片。形成η相的主要原因有[11-12]（1）原材料：WC碳量和其他碳化物碳量分析偏低，黏結(jié)金屬粉末氧含量高，其他碳化物碳量低；（2）濕磨混料：濕磨介質(zhì)含水高，濕磨強(qiáng)度高，濕磨溫度高；（3）料漿干燥：料槳真空干燥壓力高、溫度高，卸料溫度高、干燥不充分，料漿噴霧干燥溫度高、出料口溫度高，振動(dòng)干燥拔管時(shí)間長(zhǎng)、卸料溫度高、干燥不充分；（4）成型劑：增塑劑的（種類(lèi)、產(chǎn)地、分子量、保存條件）影響；（5）均勻化處理?yè)侥z：提高篩目數(shù)，延長(zhǎng)均勻化時(shí)間；（6）制粒：加溫溫度高；（7）混合料貯存：環(huán)境濕度和溫度高，保存時(shí)間長(zhǎng)；（8）壓制成型：壓坯保存時(shí)間長(zhǎng)；（9）壓坯干燥：干燥溫度高，干燥時(shí)間長(zhǎng)；（10）燒結(jié)過(guò)程：真空爐脫增塑劑爐子泄漏率高、載氣濕度大、載氣流速大、卸料溫度高，氫氣爐脫增塑劑填料粒度粗、氫氣露點(diǎn)高、氫氣流量大；（11）預(yù)燒及燒結(jié)工藝失控：真空、壓力燒結(jié)爐子泄漏率高、氣體濕度大；氫氣燒結(jié)氣體濕度大，氣體流量大、填料粗、舟皿濕度大。

2.3 分層形成原因

在100倍顯微鏡上觀(guān)察未浸蝕的磨面，試樣磨面上與邊緣平行或與棱角呈45度處，有深入合金內(nèi)，邊界圓滑，連續(xù)或斷續(xù)的裂痕，此現(xiàn)象稱(chēng)為分層。檢測(cè)時(shí)，報(bào)其總累積長(zhǎng)度，并注明其部位。一定要判斷孔洞是否在分層裂縫的走向線(xiàn)上，如不在，則判斷為孔洞。

圖10為分層的標(biāo)準(zhǔn)金相圖片，圖11為拍攝分層的金相圖片。形成分層的主要原因有[13]：（1）混合料鈷含量低，氧含量高；（2）碳化物硬度高；（3）粉末或物料粒太細(xì)；（4）成型劑太少或分布不均勻；（5）混合料過(guò)濕或過(guò)干；（6）壓制壓力過(guò)大，速度快；（7）單重過(guò)大；（8）壓塊形狀復(fù)雜；（9）模具光潔度太差；（10）臺(tái)面不平；（11）上下沖頭不平；（12）摻成型劑溫度過(guò)高。提高壓塊強(qiáng)度，減少壓塊內(nèi)應(yīng)力和彈性后效是解決分層的有效方法。

圖11 拍攝分層的金相圖片F(xiàn)ig.11 Metallographic images of layered

2.4 未壓好形成原因

在100倍顯微鏡上觀(guān)察未浸蝕的磨面，發(fā)現(xiàn)沿邊角部分的大裂縫，沿著制品的邊緣或者對(duì)角狀似斷續(xù)延伸，用目鏡測(cè)微尺測(cè)量其長(zhǎng)度。如果在磨面上的某個(gè)部位發(fā)現(xiàn)孔隙集中，且呈三角形或其他不規(guī)則形狀，則判為未壓好。試樣磨面上，有邊緣光滑大小不等孔洞或B類(lèi)孔隙聚集于某個(gè)部位，主要集中于合金刀尖部位，孔洞多呈飛鳥(niǎo)形狀或三角形。

圖12為未壓好的標(biāo)準(zhǔn)金相圖片，圖13為拍攝未壓好的金相圖片。形成未壓好的主要原因有[14]：（1）壓制壓力不夠；（2）混合料太硬；（3）混合粒過(guò)粗；（4）物料松裝太大；（5）料粒在模腔中分布不均勻；（6）單重偏低；（7）磨具收縮系數(shù)過(guò)大。

圖12 未壓好的標(biāo)準(zhǔn)圖片F(xiàn)ig.12 Metallographic images of uncompressed standard

2.5 污垢形成原因

試樣經(jīng)拋光后在100倍下觀(guān)察，尺寸大于或等于40 μm，形狀不規(guī)則但邊緣清晰的黑色孔洞稱(chēng)為污垢。是在混料和壓制工序中帶入的灰塵或其他臟物，于燒結(jié)后收縮留下的縮孔。試樣拋光面上所有的污垢總長(zhǎng)度稱(chēng)為污垢度。每一個(gè)污垢均應(yīng)測(cè)量其最大長(zhǎng)度的尺寸。

圖14為污垢的標(biāo)準(zhǔn)金相圖片，圖15為拍攝污垢的金相圖片。形成污垢的主要原因有：（1）原材料的臟化；（2）混合料中混入土、沙子、金屬異物等雜質(zhì)；（3）壓制工序中帶入的灰塵或其他臟物；（4）生產(chǎn)過(guò)程中車(chē)間的結(jié)晶度不高，混入的異物；（5）生產(chǎn)過(guò)程中由于工人操作不當(dāng)，將異物引入；（6）生產(chǎn)過(guò)程中由設(shè)備引入的雜質(zhì)異物；（7）金相制樣操作不當(dāng)，表面引入異物。

圖13 拍攝未壓好的金相圖片F(xiàn)ig.13 Metallographic images of photographing uncompressed

圖14 污垢的標(biāo)準(zhǔn)金相圖Fig.14 Metallographic images of dirt standard

圖15 拍攝污垢的金相圖片F(xiàn)ig.15 Metallographic images of dirt

2.6 裂紋形成原因

試樣經(jīng)拋光后在100倍下觀(guān)察，在試樣磨面上，邊緣部位有端頭稍粗，深入合金內(nèi)端越來(lái)越細(xì)，邊緣光滑的細(xì)長(zhǎng)裂痕，高倍顯微鏡下穿過(guò)晶粒度延伸，此現(xiàn)象稱(chēng)為裂紋。檢測(cè)時(shí)，報(bào)出有裂紋的長(zhǎng)度及多少微米。

圖16為裂紋的標(biāo)準(zhǔn)金相圖片，圖17為拍攝裂紋的金相圖片。形成裂紋的主要原因有[10，14]：（1）保壓時(shí)間短，加壓速度快及單次加壓；（2）壓力過(guò)大及單重增加；（3）不合理的模具設(shè)計(jì)及減少模具厚度；（4）脫模速度降低；（5）成型劑用量減少；（6）物料松裝密度低，模腔內(nèi)部分布不均勻；（7）物料不均勻。由于壓塊內(nèi)部的拉伸應(yīng)力大于壓塊的抗張強(qiáng)度，壓塊內(nèi)部拉伸應(yīng)力來(lái)自于彈性?xún)?nèi)應(yīng)力，減少壓塊內(nèi)應(yīng)力和彈性后效是解決分層的有效方法。

圖16 裂紋的標(biāo)準(zhǔn)金相圖片F(xiàn)ig.16 Standard metallographic images of crack

圖17 拍攝裂紋的金相圖片F(xiàn)ig.17 Metallographic images of crack

2.7 臟化形成原因

試樣經(jīng)拋光后在100倍下觀(guān)察，在試樣磨面上，在試樣的中心部位呈黑色的不規(guī)則圓點(diǎn)，稱(chēng)為臟化。

圖18為臟化的標(biāo)準(zhǔn)金相圖片，圖19為拍攝臟化的金相圖片。形成臟化的主要原因有[15-16]：（1）氧化塊料、氧化顆粒料、廢壓坯；（2）金屬雜質(zhì)：篩網(wǎng)屑、鈷屑；（3）非金屬雜質(zhì)：陶瓷片、玻璃片、裝舟填料、灰塵、毛刷屑等；（4）成型劑：未去除的機(jī)械雜質(zhì)，未過(guò)濾的凝膠，不均勻的成型劑、老化的成型劑等；（5）自然界的花粉及空氣中各種灰分；（6）操作工人人體灰分（頭發(fā)、皮屑）的落入；（7）燒結(jié)前的存放和運(yùn)輸過(guò)程中引入雜質(zhì)；（8）裝料、卸料操作不當(dāng)或工器具沒(méi)有有效清理。

圖18 臟化的標(biāo)準(zhǔn)金相圖片F(xiàn)ig.18 Standard metallographic images of the dirty

圖19 拍攝臟化的金相圖片F(xiàn)ig.19 Metallographic images of dirty

2.8 個(gè)別異常長(zhǎng)大形成原因

個(gè)別異常長(zhǎng)大也稱(chēng)為少數(shù)粗晶：1 500倍下觀(guān)察多個(gè)視場(chǎng)，有3個(gè)及3個(gè)以上視場(chǎng)內(nèi)，有1～2個(gè)大于平均晶粒度10倍的粗大晶粒。

圖20為拍攝個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大的金相圖片。形成個(gè)別異常長(zhǎng)大主要的原因有[17-18]：（1）原材料中個(gè)別異常粗大的WC晶粒；（2）球磨過(guò)程中合金球碎屑掉入；（3）晶粒較細(xì)混料過(guò)程中抑制劑局部不均勻；（4）混料過(guò)程中黏結(jié)相混合不均勻，含量低；（5）球磨過(guò)程中混料不均勻，局部小顆粒過(guò)多；（6）混料過(guò)程中堿土金屬的混入；（7）混合料中局部碳含量偏高；（8）燒結(jié)過(guò)程中物料局部與炭黑或涂料接觸。

圖20 拍攝個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大的金相圖片F(xiàn)ig.20 Metallographic images of individual crystal grains growing abnormally

2.9 較多粗晶形成原因

較多粗晶：1 500倍下觀(guān)察多個(gè)視場(chǎng)，有3個(gè)及3個(gè)以上視場(chǎng)內(nèi)，有3個(gè)及3個(gè)以上大于平均晶粒度10倍的粗大晶粒。

圖21為拍攝較多粗晶的金相圖片。形成較多粗晶的主要原因有[17-18]：（1）混合料WC粒度和Co粉粒度不均勻；（2）混合料粒度細(xì)小，粒度分布不均勻，粒度搭配不合適；（3）混合料中碳含量不均勻，物料氧化；（4）濕磨時(shí)間長(zhǎng)，球料比搭配不當(dāng)，粒度粗細(xì)不均勻；（5）球磨過(guò)程中球磨球大量磨損；（6）抑制劑添加量少，分布不均勻，種類(lèi)、配比不合理；（7）熱電偶位置偏差，燒結(jié)溫度局部過(guò)高，保溫時(shí)間長(zhǎng)，燒結(jié)過(guò)程氣氛不均勻；（8）操作過(guò)程中落入灰塵、物料的臟化等。

圖21 拍攝較多粗晶的金相圖片F(xiàn)ig.21 Metallographic images of the more coarse-grained

2.10 WC聚集形成原因

在1 500倍下觀(guān)察10個(gè)視場(chǎng)，有1～2視場(chǎng)內(nèi)，某一局部有5個(gè)及5個(gè)以上粗大WC大于平均晶粒度5倍以上的晶粒聚集在一起，則稱(chēng)為粗大WC聚集。

圖22為拍攝WC聚集的金相圖片，形成WC聚集主要原因有：（1）原材料及混合料WC晶粒不均勻；（2）混合料中粘結(jié)相的分布不均勻；（3）混合料中碳含量分布不均勻或混料；（4）燒結(jié)硬質(zhì)合金中形成鈷池；（5）燒結(jié)溫度、氣氛不均勻；（6）壓制品未壓致密，孔隙大、裂紋長(zhǎng)；（7）壓制品表面氧化、臟化、灰塵及接觸水等。

圖22 拍攝WC聚集的金相圖片F(xiàn)ig.22 Metallographic images of WC gathering

2.11 鈷池形成原因

鈷池：有鈷的聚集體，其厚度是鈷相平均厚度的5倍及5倍以上，有4～6個(gè)鈷的聚集體。輕微鈷池：1 500倍下觀(guān)察多個(gè)視場(chǎng)，有3個(gè)及3個(gè)以上視場(chǎng)，有1～3個(gè)鈷的聚集體。嚴(yán)重鈷池：觀(guān)察多個(gè)視場(chǎng)，每個(gè)視場(chǎng)均有7個(gè)及7個(gè)以上鈷的聚集體。測(cè)定步驟：未腐蝕的磨面，在1 500倍下，觀(guān)察試樣對(duì)角線(xiàn)上5個(gè)視場(chǎng)，看是否有鈷池現(xiàn)象。

圖23為拍攝鈷池的金相圖片，形成鈷池的主要原因有[19-20]：（1）原始鈷粉的粒度不均勻及混合料濕磨不均勻；（2）原料鈷粉的純度低，特別是夾有粗大的鈷粒子；（3）鈷相晶體結(jié)構(gòu)為面心立方體，形貌為枝狀；（4）合金碳含量偏高，燒結(jié)溫度偏高；（5）燒結(jié)溫度過(guò)低，材料成型密度不夠或燒結(jié)單向加壓（HIP）處理時(shí)孔隙被鈷所填充。

圖23 拍攝鈷池的金相圖片F(xiàn)ig.23 Metallographic images of cobalt pool

2.12 混料形成原因

1 500倍觀(guān)察10個(gè)視場(chǎng)中，有這樣1個(gè)視場(chǎng)內(nèi)局部有一種晶粒度的聚集體稱(chēng)輕微混料。有2個(gè)及2個(gè)以上這樣的視場(chǎng)稱(chēng)混料。

圖24 拍攝混料的金相圖片F(xiàn)ig.24 Metallographic images of the mix

圖24為拍攝混料的金相圖片，形成混料的原因主要有：（1）球磨時(shí)球磨機(jī)未清理干凈混料；（2）球磨球與球磨料晶粒度不同，球磨時(shí)磨損嚴(yán)重；（3）壓制前混合料中混入鋁、磷、硅、硼等堿土元素。

2.13 欠燒形成原因

試樣磨面或磨面心部經(jīng)正常磨制操作，仍難以達(dá)到鏡面光亮度，目測(cè)為灰色，在低倍顯微鏡下有密集的、大面積的、略帶圓形的極小孔洞（通常小于5～10 mm），在高倍顯微鏡下孔洞邊界圓滑，略顯菱角形的孔洞，此現(xiàn)象稱(chēng)為欠燒。

圖25為拍攝欠燒的金相圖片，形成欠燒的主要原因有[3，10]：（1）坯料：燒結(jié)坯料本身碳含量低，提高液相燒結(jié)形成溫度；（2）原材料粒度：原始粉末中粒度大，提高燒結(jié)溫度；（3）實(shí)際配料中的鈷含量低；（4）燒結(jié)工藝不合理：保溫、保壓時(shí)間短，燒結(jié)溫度低；（5）設(shè)備：燒結(jié)爐熱電偶位置偏移或損壞，測(cè)試溫度高于實(shí)際溫度。

圖25 拍攝欠燒的金相圖片F(xiàn)ig.25 Metallographic images of the under-sintering

2.14 YG合金WC晶粒度的影響因素

試樣擦拭干凈后，將磨光面的一半浸入20%的赤血鹽和20%氫氧化鈉等體積混合液中，浸蝕2～3 min，WC晶粒邊界便顯露出來(lái)。浸蝕后的磨片用自來(lái)水沖洗干凈，用濾紙擦干。

圖26 標(biāo)準(zhǔn)YG合金WC平均晶粒的金相照片F(xiàn)ig.26 Metallographic images of the WC average grain of standard YG alloy

WC相粒度在1 500倍下，觀(guān)察3～5個(gè)視場(chǎng)，選擇有代表性的視場(chǎng)與已知的WC相粒度的標(biāo)準(zhǔn)照片對(duì)比判定。

圖26為標(biāo)準(zhǔn)YG合金WC平均晶粒的金相圖片，圖27為拍攝YG合金W C平均晶粒的金相圖片，影響YG合金WC晶粒度的主要因素有[21]：（1）原始WC和Co的晶粒度；（2）燒結(jié)溫度，燒結(jié)時(shí)間，保溫時(shí)間；（3）混合料的粒度及球磨時(shí)間；（4）混合料的碳化量，混合料 Co含量；（5）WC/WC 鄰接度；（6）Co相平均自有程；（7）抑制劑的種類(lèi)、添加量、分散程度。

圖27 拍攝YG合金的WC平均晶粒的金相照片F(xiàn)ig.27 Metallographic images of the WC average grain of YG alloy

3 結(jié)語(yǔ)

金相作為硬質(zhì)合金分析測(cè)試的常規(guī)檢測(cè)方法，在生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)過(guò)程中判定合金組織結(jié)構(gòu)缺陷性能，可輔助硬質(zhì)合金的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)。

研究將生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累的大量YG類(lèi)硬質(zhì)合金的金相缺陷照片及金相分析照片匯總，針對(duì)金相在硬質(zhì)合金中的應(yīng)用進(jìn)行分類(lèi)，匯集各種硬質(zhì)合金缺陷的金相照片，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)金相圖片和實(shí)際拍攝金相圖片進(jìn)行對(duì)比，可更加直觀(guān)了解硬質(zhì)合金的缺陷。同時(shí)，將引起硬質(zhì)合金的各種缺陷主要原因進(jìn)行分類(lèi)總結(jié)，結(jié)合金相圖片，使生產(chǎn)、研發(fā)人員能夠快速、準(zhǔn)確的判定硬質(zhì)合金的缺陷類(lèi)型及原因，找到解決硬質(zhì)合金缺陷的辦法，從而進(jìn)一步提高YG類(lèi)硬質(zhì)合金的性能。