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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：2865
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，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特定值的疲勞周期或疲勞時間。對后一種研究比較多，線彈性斷裂力學(xué)(LEFM)對研究硬質(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)合金一項重要的力學(xué)性能，對硬質(zhì)合金斷裂韌性的研究有助于疲勞行為的測定。但是，對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，因為Co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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