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GB/T 33819-2017 相关标准英文版PDF, 自动发货

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GB/T 33819-2017 150 GB/T 33819-2017 3秒自动 硬质合金　巴氏韧性试验
   
基本信息
标准编号 GB/T 33819-2017 (GB/T33819-2017)
中文名称 硬质合金　巴氏韧性试验
英文名称 Hard metal -- Palmqvist toughness test
行业 国家标准 (推荐)
中标分类 H16
国际标准分类 77.160
字数估计 12,194
发布日期 2017-05-31
实施日期 2017-12-01
引用标准 ISO 3878
采用标准 ISO 28079-2009, IDT
发布机构 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
范围 本标准规定了常温下采用压痕法测试硬质合金和金属陶瓷巴氏韧性的方法。本标准适用于测试金属结合的碳化物和碳氮化物(常被称为硬质合金或金属陶瓷)的巴氏韧性，巴氏韧性通过测试维氏硬度压痕各个顶角发散出的裂纹总长度计算得到。本标准所提出的试验过程通常在常温下进行，如有约定可扩展至高温或低温下测试。本标准提出的测试过程用在常规实验室空气环境中进行;不用在腐蚀性环境(例如强酸或海水环境)中进行。

GB/T 33819-2017 ICS 77.160 H16 中华人民共和国国家标准 硬质合金 巴氏韧性试验 (ISO 28079:2009,IDT) 2017-05-31发布 2017-12-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布 前言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用ISO 28079:2009《硬质合金 巴氏韧性试验》。 为便于使用,本标准对ISO 28079:2009进行了下列编辑性修改: ---为了便于使用,第3章中HV(P)增加了N/mm2 作为单位; ---将6.2中W,更正为WG; ---增加了附录A的注释。 本标准由中国有色金属工业协会提出。 本标准由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC243)归口。 本标准起草单位:厦门钨业股份有限公司(技术中心)、厦门金鹭特种合金有限公司、南昌硬质合金 有限责任公司。 本标准主要起草人:陈栋玭、朱桂容、聂洪波、张守全、孙晓昱、张宇奇。 硬质合金 巴氏韧性试验 1 范围 本标准规定了常温下采用压痕法测试硬质合金和金属陶瓷巴氏韧性的方法。 本标准适用于测试金属结合的碳化物和碳氮化物(常被称为硬质合金或金属陶瓷)的巴氏韧性,巴 氏韧性通过测试维氏硬度压痕各个顶角发散出的裂纹总长度计算得到。本标准所提出的试验过程通常 在常温下进行,如有约定可扩展至高温或低温下测试。本标准提出的测试过程用在常规实验室空气环 境中进行;不用在腐蚀性环境(例如强酸或海水环境)中进行。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 ISO 3878 硬质合金 维氏硬度试验方法(Hardmetals-Vickershardnesstest) 下列符号和单位适用于本文件。 A:常数0.0028。 d:压痕对角线平均值,mm。 d1,d2:单个压痕对角线值,mm。 E:杨氏模量,N/mm2。 F:压痕载荷(韧性计算),N。 G:应变能释放率,J/m2。 H:硬度,kgf/mm2。 HV(P):载荷P(kgf)下的维氏硬度,kgf/mm2 或N/mm2。 Kic:平面应变断裂韧性,MN/m3/2。 ln:压痕顶角处裂纹长度,mm。 P:压痕载荷(维氏硬度方法),kgf。 T:总裂纹长度,mm。 tn:顶点到顶点的裂纹长度,mm。 WG:巴氏韧性,N/mm或J/m2,1N/mm=1000J/m2。 WK:巴氏断裂韧性,MN/m3/2。 ν:泊松比。 4 试样及试样制备 4.1 试样尺寸及取样 本标准对试样的外形无特殊要求,只要能够在试样上制备出满足压痕测试的平整且平行的一组试 样面(测试面及其背面)。加压热镶嵌能够制得平行的平面,而冷镶嵌不能够制得平行平面。 用金刚石切割机或电火花切割设备容易获得平行的试样面。切割后的试样表面应加以抛光。建议 在最终抛光前应去除0.2mm厚度的材料,以确保测试面具有代表性。例如,硬质合金维氏硬度测试标 准(见ISO 3878)规定去除0.2mm。 注:在 M.Heinonen(UNMIST)[19]文献中推荐试件的尺寸厚度至少是裂纹长度的10倍。由于试样的应力状态取决 于支撑压痕及其裂纹的材料量,过薄的试样可能无法给出有代表性的结果。采用热固性树脂镶嵌试样,可以方 便而直接地制作平整且平行的测试面。然而,缺点在于因随后需要进行退火处理(通常在真空中800℃热处理 1h)以消除表面残余应力,进退火炉前需从树脂中取出试样。 4.2 试样表面制备 试样表面的平整是压痕形状规则的基本要求。在测试时,可通过测量维氏压痕对角线长度来确认 试样表面的平整度。如果压痕的两对角线长度差异超过1%,则表明试样表面不平整,该测试结果 无效。 鉴于碳化硅砂轮会引入更大的残余应力,本方法要求采用金属粘结型40μm粒度金刚石砂轮,在 有磨削液情况下对试样表面进行磨削加工。然后对磨削平面进行抛光处理,建议至少采用三个磨料粒 级进行抛光,先用最小粒度为30μm金刚石磨料,随后用6μm和1μm进行抛光,最后阶段需要采用无 绒布。 注:如果最后的抛光阶段时间足够长,能够去除平磨中所有的损伤,这个工序就可以制备出无应力的表面。然而, 由于没有大量的仅抛光与抛光后退火的试样测试数据结果相比较,很难证明以上的情况。 4.3 试样表面条件 稳定的测试结果要求试样表面无残余应力(见参考文献[8])。抛光去应力的方法需要繁琐的系统 性测量以确保试样表面不受应力的影响,在实际操作中几乎不可行。通常,将试样的表面抛光至满足微 观结构金相观察,然后按照Exner的研究结果[8]在800℃真空退火1h即可去除残余应力。如果在没 有退火的抛光表面进行测试,应当在测试报告中注明。 注:近些年开发的具有更细的 WC粒度(在抛光腐蚀试样面上通过直线截距法测量粒度小于0.8μm)的新材料很可 能存在更高的残余应力。消除这些材料残余应力可能需要更长的退火时间,或者更高的退火温度。采用更高 的退火温度可能是更好的选择,但需要进一步研究验证。退火步骤增加了试样表面制备过程的复杂性,但是它 确保了表面不存在残余应力。 5 仪器 5.1 概述 试样进行压痕试验所使用的测试设备应按照国家标准进行校准。应定期检查压痕的形状,以判断 压头是否存在损伤。可以在硬度计附带的显微镜中测量对角线和裂纹长度,也可以使用独立的显微镜 对这些尺寸进行测量,但应采用相应标准对测量装置进行校正。 5.2 压痕 压痕的测试方法及测试设备应与ISO 3878的要求一致。金刚石压头应采用标准样。 5.3 压痕和裂纹测量 用已计量的显微镜测量压痕对角线和裂纹长度。也可以将图像投影到屏幕上,按照相关标准采用 镜台测微尺进行校正。 6 测试步骤和测试条件 6.1 压痕制取 采用静载荷硬度计制取压痕,所用硬度计应每年最少校正一次。本标准推荐采用维氏金刚石压头 在单一载荷(而非系列载荷)下制得压痕。制取压痕的载荷应为30kgf,当在此载荷下无可见裂纹,则可 将载荷增加为100kgf。有时,在100kgf载荷下仍无可见裂纹,除非有更深入的研究验证,本标准建议 加载超过100kgf的测量结果无效。测量时应首先制取两个压痕,比较两者计算的韧性值,如果按照程 序,符合测量的不确定度(见第8章),则认为这两个测试结果可接受。如果两者之间的差值超过不确定 度,则应加测第三个压痕,并且测试结果用带有标准偏差的平均值表示。如果两个测试值在测量不确定 性内,则结果用不带标准偏差的平均值表示。 另外,也可采用一系列的载荷制取压痕,通过绘制载荷与压痕总长度关系曲线,计算材料的韧性。 如果用这种方法获取WG 值和WK 值,应在测试报告中注明。 6.2 压痕和裂纹长度测量 本标准建议采用光学测量压痕的对角线及裂纹长度(如图1所示),放大倍率应至少为500倍,且测 量时所用的每个放大倍率均经过校正。 如果有合适的显微镜,可以把压痕和裂纹拍摄图片或将其图像投影到测量屏上。测量并记录两个 压痕对角线长度。在放大500倍下,如果两对角线长度差超过2mm,则表明试样不够平整,需要重新 进行试验。 本方法推荐两种测量裂纹长度的方法。测试结果与裂纹长度测量方法无关(见参考文献[28]),以 下两种方法均可使用。 a) 方法A: 分别测量两个对角线方向上从一个裂纹末端到另一段裂纹末端的距离,总裂纹长度为这两个 值之和减去压痕对角线长度之和(见图1)。 注:如果放大倍数是500倍,这个方法是不可行的,因为一个裂纹末端到另一段裂纹末端的距离通常太长, 一个视野内不能完全呈现。 b) 方法B: 在500倍下,测量压痕的每个顶点到其裂纹末端的距离,获得每一条裂纹的长度。将裂纹长度 相加就可获得总裂纹长度。如果裂纹的起点与压痕顶点未重合,则需沿着压痕的边缘从裂纹 起始的地方测量裂纹长度。 图1 巴氏压痕法表征示意图 硬度: H = 1.8544×P (d1+d2)× êê úú (1) 压痕加载P 通常为30kgf。 以下为计算裂纹长度ln和韧性WG 的可选方法(如图1所示)。 1) 可选方法1: i) 测量裂纹末端之间的距离: t1=l1+l2+d1 (2) t2=l3+l4+d2 (3) i) 测量压痕对角线长度d1 和d2; ii) 巴氏韧性计算公式: WG= (t1-d1)+(t2-d2) (4) 2) 可选方法2: i) 测量从压痕顶角到其裂纹末端的裂纹长度l1~l4: T=l1+l2+l3+l4 (5) 或T=(t1-d1)+(t2-d2) (6) i) 巴氏韧性计算公式: WG= (7) 6.3 测试有效性 如果从压痕顶角发散出的裂纹不止一条,应舍去该压痕,且测试无效。 如果裂纹总长度少于40μm,可认为该测试结果存在较大的不确定性,在试验报告里应特别注明。 注:对于30kgf的加载,硬度1000HV30的材料对应韧性值WG 为7360N/m(或WK 约为25MN/m3/2)。这些硬 度为1000HV30的材料可能存在粗晶微观结构,即压痕每个顶角的单独裂纹长度不超过1个或2个晶粒粒径。 裂纹太短而无法保证该裂纹值取样结果在硬质合金试样整个体积上具有代表性。 在30kgf的载荷下,如果两压痕对角线长度差超过4μm(4μm在500倍的放大倍数下为2mm), 则表明该试样表面不够平整,测试无效。 7 分析 7.1 维氏硬度 取两个对角线读数的平均值除以该放大倍数下的校准值,转换为d。硬质合金维氏硬度 HV的计 算公式如下: HV= 1.8544×P d2 (8) 30kgf、100kgf载荷的维氏硬度值分别表示为HV30、HV100。 注:各种硬度标准正转化为N/mm2而非kgf/mm2。目前,维氏硬度测试的国际标准方法(ISO 6507-1)用kgf表示, 所以这个惯例被保留在本标准中。 硬度值只保留至整数位,例如:大于1000HV为4位有效数字;小于1000HV为3位有效数字。 7.2 韧性 可以计算两种不同的韧性值,即巴氏韧性WG 和巴氏断裂韧性WK。 以下为巴氏韧性计算公式,方法A(单一压痕载荷): WG= (9) 以下为巴氏断裂韧性计算公式,方法B(多载荷值): WK=A HV× WG (10) 对于方法B(多载荷值),比值F/T 是裂纹总长度和加载值拟合直线斜率的倒数。HV单位为 N/mm2并且A 值为0.0028。 如果制备了两个压痕或试样,计算两个值并报出其平均值;如果获得三个或者更多压痕或试样,取 其平均值以及标准偏差。结果应保留三位有效数字。 8 测量不确定度 巴氏测试方法区分各种材料韧性的能力,取决于材料的硬度。对于硬度为2000HV,不确定度为 ±10N/mm;对于硬度为1500HV,不确定度为±110N/mm;对于硬度为1250HV,不确定度为 ±550N/mm。 9 试验报告 试验报告应包括以下内容: a) 本标准编号; b) 材料的类型和条件; c) 试样的标识; d) 试样的取样位置和方向; e) 表面制备方法; f) 压痕载荷; g) 分析方法; h) 表格形式或者生成计算机文件形式的结果; i) 有效性评定; j) 不在本标准规定之内的各种操作; k) 影响实验结果的各种细节。 附 录 A1) (资料性附录) 硬质合金巴氏韧性试验报告形式 A.1 概要 1) 附录A为测试报告模板,在我国实用性不强。实际出具报告时,可根据实际情况决定是否使用附录 A的报告 形式。 硬质合金巴氏韧性试验的报告形式见A.2。报告中已包含典型的给出内容。 A.2 报告形式 表A.1 材料 涉及 描述 注释 材料 来源 Marshals硬质合金 标识 MHM15C 组分 WC/6%Co 矫顽磁力 50kAm-1 磁矩 0.80μTm3·kg-1 形状 长方条 热处理/加工 烧结态 试样信息 尺寸 40×5×20mm 抛光面积 40×20mm 规范 应用标准 GB/T 33819 表A.2 测试组织 单位: 国家物理实验室 表A.3 压痕参数 涉及 描述 注释 表面制备 仅抛光 或抛光及退火 抛光且真空下800℃退火处理1h 表A.3(续) 涉及 描述 注释 测试步骤 方法1:单压痕载荷 30kgf 方法2:多压痕载荷 不使用 压痕数量 3 环境 室温,空气 裂纹长度测试方法 光学,×515倍(已标定) 压痕对角线测量方法 光学,×515倍(已标定) 测试有效性 压痕形状规则性 符合,测试有效 裂纹长度大于40μm 符合,测试有效 多个顶角裂纹 否,测试有效 表A.4 结果与分析(数据用表格) 单个记录a 试样标识 压痕对角线b d1 μm d2 μm 平均 μm 硬度 HV30 裂纹总 长度b μm 巴氏韧性b WG N·mm-1 WK MN·m-3/2 MHM15Ca1 204 204 204 1337 162 1820 13.7 MHM15Ca2 203 203 203 1350 168 1750 13.5 MHM15Ca3 206 204 205 1324 155 1900 13.9 MHM15Cb1 203 205 204 1337 132 2230 15.1 MHM15Cb2 206 204 205 1324 143 2060 14.5 MHM15Cb3 204 204 204 1337 128 2300 15.4 MHM15Cc1 204 204 204 1357 160 1840 13.8 MHM15Cc2 203 205 204 1357 142 2070 14.6 MHM15Cc3 203 203 203 1350 138 2130 14.9 a 对于3个试样,3次测量/试样。 b 3个有效数字。 表A.5 平均值 试样代码 硬度平均值 HV30 巴氏韧性a WG N·mm-1 WK MN·m-3/2 MHM15C 1333 2010 ±190 14.4 ±0.70 a 如果s(标准偏差)适当,采用3个有效数字。 参 考 文 献 [1] ISO 3252 Powdermetalurgy-Vocabular......