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硬质合金的疲劳与断裂
专栏:公司新闻
发布日期:2012-12-24
阅读量:721
作者:佚名
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        疲劳与断裂是硬质合金的性能表现之一。当用做采矿和金属的切割时,硬质合金通常处于复杂的应力加载状态,并由于磨损和疲劳过程而会导致材料的破坏。19世纪40年代早期,发现了疲劳行为对循环力加载下的强度降低敏感,有关硬质合金的疲劳行为研究在最近20年得到广泛关注。
      研究主要分两类:一种研究全寿命,即对原本没有裂纹的样品施加一定频率的循环应力或应变,使样品达到疲劳破坏的应力或者应变的次数;另一种是研究缺陷抗力,将疲劳寿命定义为使样品的主裂纹尺寸由开始增加到某个特定值的疲劳周期或疲劳时间。对后一种研究比较多,线弹性断裂力学(LEFM)对研究硬质合金的断裂行为十分有用。在线弹性断裂力学中,初始缺陷的不稳定增殖导致了脆性材料的断裂。由于硬质合金通常都很硬,可以阻止疲劳裂纹的产生,并且硬质合金总是有一些缺陷,如残余孔、杂质和不规则形状的大颗粒WC(碳化钨),通过研究裂纹生长抗力来估计硬质合金的疲劳寿命将更加合理。
      断裂韧性是硬质合金一项重要的力学性能,对硬质合金断裂韧性的研究有助于疲劳行为的测定。但是,对WC-Co(钨钴)硬质合金而言,在静态和循环加载状态下的断裂是不同的,因为Co的断裂机制不同。在静态加载状态下,Co能够发生塑性变形,是韧性相,而在循环应力状态下,Co发生马氏体相变,而被称为断裂敏感源。
      与断裂韧性相似,硬质合金的疲劳强度也取决于微观结构参数。断裂强度随着Co平均自由程、WC晶粒尺寸、Co含量和碳含量的减小而增加,随着固溶体立方相Co含量的增加而增加。在疲劳过程中,粘结相中Co的相转变是一种很重要的破坏机制。在循环加载过程中的大量累计变形和或高应力促使立方相向六方相结果转变。这种相转变的结果为裂纹尖端后面的延性韧带减少,从而使裂纹尖端的保护效应削弱。这是硬质合金在循环加载下有强烈的疲劳寿命效应,而寿命取决于应力的频率。
      由于微观结果的复杂本质,硬质合金的疲劳行为依旧有很多不确定因素。硬质合金材料特性之中,各种断裂力学因子和微观结果参数都对硬质合金的疲劳行为有影响,应力强度因子和粘结相的平均自由程的影响最为重要。
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