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硬質(zhì)合金的疲勞與斷裂
專欄：公司新聞
發(fā)布日期：2012-12-24
閱讀量：2833
作者：佚名
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        疲勞與斷裂是硬質(zhì)合金的性能表現(xiàn)之一。當(dāng)用做采礦和金屬的切割時(shí)，硬質(zhì)合金通常處于復(fù)雜的應(yīng)力加載狀態(tài)，并由于磨損和疲勞過程而會(huì)導(dǎo)致材料的破壞。19世紀(jì)40年代早期，發(fā)現(xiàn)了疲勞行為對(duì)循環(huán)力加載下的強(qiáng)度降低敏感，有關(guān)硬質(zhì)合金的疲勞行為研究在最近20年得到廣泛關(guān)注。
      研究主要分兩類：一種研究全壽命，即對(duì)原本沒有裂紋的樣品施加一定頻率的循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變，使樣品達(dá)到疲勞破壞的應(yīng)力或者應(yīng)變的次數(shù)；另一種是研究缺陷抗力，將疲勞壽命定義為使樣品的主裂紋尺寸由開始增加到某個(gè)特定值的疲勞周期或疲勞時(shí)間。對(duì)后一種研究比較多，線彈性斷裂力學(xué)(LEFM)對(duì)研究硬質(zhì)合金的斷裂行為十分有用。在線彈性斷裂力學(xué)中，初始缺陷的不穩(wěn)定增殖導(dǎo)致了脆性材料的斷裂。由于硬質(zhì)合金通常都很硬，可以阻止疲勞裂紋的產(chǎn)生，并且硬質(zhì)合金總是有一些缺陷，如殘余孔、雜質(zhì)和不規(guī)則形狀的大顆粒WC(碳化鎢)，通過研究裂紋生長抗力來估計(jì)硬質(zhì)合金的疲勞壽命將更加合理。
      斷裂韌性是硬質(zhì)合金一項(xiàng)重要的力學(xué)性能，對(duì)硬質(zhì)合金斷裂韌性的研究有助于疲勞行為的測(cè)定。但是，對(duì)WC-Co(鎢鈷)硬質(zhì)合金而言，在靜態(tài)和循環(huán)加載狀態(tài)下的斷裂是不同的，因?yàn)镃o的斷裂機(jī)制不同。在靜態(tài)加載狀態(tài)下，Co能夠發(fā)生塑性變形，是韌性相，而在循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下，Co發(fā)生馬氏體相變，而被稱為斷裂敏感源。
      與斷裂韌性相似，硬質(zhì)合金的疲勞強(qiáng)度也取決于微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。斷裂強(qiáng)度隨著Co平均自由程、WC晶粒尺寸、Co含量和碳含量的減小而增加，隨著固溶體立方相Co含量的增加而增加。在疲勞過程中，粘結(jié)相中Co的相轉(zhuǎn)變是一種很重要的破壞機(jī)制。在循環(huán)加載過程中的大量累計(jì)變形和或高應(yīng)力促使立方相向六方相結(jié)果轉(zhuǎn)變。這種相轉(zhuǎn)變的結(jié)果為裂紋尖端后面的延性韌帶減少，從而使裂紋尖端的保護(hù)效應(yīng)削弱。這是硬質(zhì)合金在循環(huán)加載下有強(qiáng)烈的疲勞壽命效應(yīng)，而壽命取決于應(yīng)力的頻率。
      由于微觀結(jié)果的復(fù)雜本質(zhì)，硬質(zhì)合金的疲勞行為依舊有很多不確定因素。硬質(zhì)合金材料特性之中，各種斷裂力學(xué)因子和微觀結(jié)果參數(shù)都對(duì)硬質(zhì)合金的疲勞行為有影響，應(yīng)力強(qiáng)度因子和粘結(jié)相的平均自由程的影響最為重要。
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