什么是硬质合金的断裂韧性?

作为难熔金属钨(W)的一种典型下游产品,硬质合金(tungsten carbide/cemented carbide)除了具有高密度、大硬度、高强度和优异红硬性的特点之外,还有良好的断裂韧性。

中钨在线硬质合金密封圆环图片

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硬质合金的断裂韧性(Fracture Toughness)是含有临界尺寸缺陷的合金的强度测量尺度,是合金材料阻止裂纹扩展的能力,是材料抵抗脆性破坏的韧性参数,是强度和塑性的综合表现,反映材料塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力。断裂韧性值可用应力强度因子K、能量释放率g、裂纹尖端张开位移CTOD和J积分等描述裂纹尖端的力学状态的单一参量来表示。

硬质合金的断裂韧性是材料固有的特性,只与材料本身、热处理及加工工艺有关,与裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。一般来说,断裂韧性值越大,裂纹越难扩大;合金的断裂韧性值随着钴含量的增加而变大、随着碳化钨颗粒度的减小而变小。另外,当裂纹尺寸一定(给定外力)时,材料的断裂韧性值越大(若材料的断裂韧性值越高),其裂纹失稳扩展所需的临界应力就愈大。

中钨在线硬质合金棒图片

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材料裂纹萌生的原因:梯度结构材料中,裂纹在垂直于梯度方向上萌生,与均质材料中裂纹的萌生相似,也是裂纹尖端剪应力产生的结果。在几何形状和应力一定的条件下,梯度材料产生的裂纹需要更高的剪应力,这也就是说在其他因素都相同(弹性模量不同)的情况下,梯度材料的抗裂纹萌生能力比均质材料的更强。裂纹的萌生主要与材料性能和梯度结构有关。

研究表明,梯度结构合金材料的断裂较复杂,与空间位置有关:当裂纹从富陶瓷区向富金属区扩展时,梯度结构材料的断裂韧性会显著增加。

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