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ISO 28080:2021 — 硬质合金 — 硬质合金磨损试验
技术文章
1. ISO 28080:2021 标准概述
ISO 28080:2021 规定了用于测定硬质合金耐磨性能的通用试验方法。硬质合金是由硬质碳化物颗粒（典型为碳化钨 WC）在金属基体（通常为钴 Co）中结合而成的复合材料。该标准为旋转轮磨损试验提供了全面框架，整合了 ASTM G65（干砂/橡胶轮）、ASTM B611（钢轮/高应力）和 ASTM G105（湿砂/橡胶轮）等成熟 ASTM 方法的关键特征。该标准由 ISO/TC 119 粉末冶金技术委员会 SC 4 硬质合金取样和试验方法分委员会与 CEN 合作制定。
旋转轮磨损试验是评估碳化钨/钴硬质合金在采矿、钻探、物料搬运和矿物加工等苛刻工业应用中耐磨性最广泛使用的方法之一。标准化测试使工程师能够比较材料、预测使用寿命并针对特定操作条件优化成分。本第二版在 2011 版基础上进行了技术修订，更新了规范性引用文件，重组了条款，并增加了氯丁二烯橡胶作为可接受的轮缘材料。
旋转轮磨损试验是评估碳化钨/钴硬质合金在工业应用中耐磨性最广泛使用的方法之一。
2. 试验原理、变体与关键装置组件
基本原理是将旋转轮压向试件，在轮与试件之间的接触界面引入磨料。两种主要试验系统变体：变体1将水平试件压入轮顶，变体2将试件垂直固定在轮缘侧。ASTM G65 和 B611 方法是变体2的典型代表。轮子可为 AISI 1020 级实心钢（高应力试验）或具有氯丁基橡胶或氯丁二烯橡胶轮缘（低应力试验）。
| 参数 | 典型条件 | 说明 |
|---|---|---|
| 试验载荷 | 130 N | 通过杠杆臂施加静重载荷 |
| 轮周速度 | 1 m/s | 电机需足够功率以保持速度稳定 |
| 磨料流量 | 150 g/min | 关键参数，需仔细校准 |
| 试验时长 | 20 min | 单步或多步均可 |
| 轮径（ASTM G65） | 228.6 mm | 橡胶轮缘厚度 12.7 mm |
| 轮径（ASTM B611） | 最大 169 mm | 钢轮，直径减小 4 mm 时更换 |
设备包括磨料供给机构（振动给料、螺旋给料或转盘给料）、干式试验用真空抽吸系统收集潜在有害细屑，以及用于测量摩擦力、法向力和磨损深度的可选仪器系统。
磨损试验结果严重依赖于磨料的形状、粒度和分布。为获得可比较的结果，应在试验中使用相同磨料，理想情况下从同一供应商采购。
3. 试验程序、试样制备与结果表达
试件在丙酮中超声波清洗 10 分钟。质量测量精度 0.1 mg，密度按 ISO 3369 测定。表面光洁度显著影响初始磨损率：制备产生的弱化表面可增加初始磨损，残余压应力可减少初始磨损。随着这些表面层被磨掉，磨损率趋近于材料正常值。
试验可作为单次长时步骤或中断式多步步骤进行，后者有助于检测因表面损伤导致的磨损行为转变。但中断试验可能因清洗和重新定位过程中的表面干扰而给出不同结果。每种材料至少进行两次重复试验。磨损失体积 V 由质量损失 M 和密度 rho 通过公式 V = M/rho 计算。多步试验使用回归分析处理数据线性部分以确定磨损率。
工程设计启示
理解微观结构与耐磨性之间的关系对设计用于磨蚀环境的硬质合金部件至关重要。较高硬度（HV30）的 WC/Co 硬质合金通常表现出较低体积损失。氧化铝磨料比硅砂产生更剧烈的磨损。钢轮与橡胶轮的选择允许模拟不同接触力学。实验室间比对显示良好重复性。
ASTM B611 试验的实验室间比对显示，每种材料两次结果之间的平均差异仅为 5%，表明良好重复性。
4. 常见问题
问：钢轮和橡胶轮试验有什么区别？
答：钢轮试验模拟高应力磨蚀，磨料被压碎。橡胶轮试验模拟低应力三体磨蚀，磨料在弹性轮缘与试件之间滚动。
答：钢轮试验模拟高应力磨蚀，磨料被压碎。橡胶轮试验模拟低应力三体磨蚀，磨料在弹性轮缘与试件之间滚动。
问：为什么磨料含水率很重要？
答：含水率应低于 1%。潮湿磨料会堵塞系统并改变磨损机制，导致结果不可重复。
答：含水率应低于 1%。潮湿磨料会堵塞系统并改变磨损机制，导致结果不可重复。
问：需要多少次重复试验？
答：每种材料在相同条件下至少两次重复试验，以评估变异性和统计置信度。
答：每种材料在相同条件下至少两次重复试验，以评估变异性和统计置信度。
问：涂层样品能否测试？
答：可以，但需调整时长确保磨损仅在涂层内，并通过试验后检查验证。
答：可以，但需调整时长确保磨损仅在涂层内，并通过试验后检查验证。
