什麽是硬質合金的斷裂韌性?

作爲難熔金屬鎢(W)的一種典型下游産品,硬質合金(tungsten carbide/cemented carbide)除了具有高密度、大硬度、高强度和優异紅硬性的特點之外,還有良好的斷裂韌性。

中鎢在綫硬質合金棒圖片

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硬質合金的斷裂韌性(Fracture Toughness)是含有臨界尺寸缺陷的合金的强度測量尺度,是合金材料阻止裂紋擴展的能力,是材料抵抗脆性破壞的韌性參數,是强度和塑性的綜合表現,反映材料塑性變形和斷裂全過程中吸收能量的能力。斷裂韌性值可用應力强度因子K、能量釋放率g、裂紋尖端張開位移CTOD和J積分等描述裂紋尖端的力學狀態的單一參量來表示。

硬質合金的斷裂韌性是材料固有的特性,只與材料本身、熱處理及加工工藝有關,與裂紋本身的大小、形狀及外加應力大小無關。一般來說,斷裂韌性值越大,裂紋越難擴大;合金的斷裂韌性值隨著鈷含量的增加而變大、隨著碳化鎢顆粒度的减小而變小。另外,當裂紋尺寸一定(給定外力)時,材料的斷裂韌性值越大(若材料的斷裂韌性值越高),其裂紋失穩擴展所需的臨界應力就愈大。

中鎢在綫硬質合金密封圓環圖片

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材料裂紋萌生的原因:梯度結構材料中,裂紋在垂直于梯度方向上萌生,與均質材料中裂紋的萌生相似,也是裂紋尖端剪應力産生的結果。在幾何形狀和應力一定的條件下,梯度材料産生的裂紋需要更高的剪應力,這也就是說在其他因素都相同(彈性模量不同)的情况下,梯度材料的抗裂紋萌生能力比均質材料的更强。裂紋的萌生主要與材料性能和梯度結構有關。

研究表明,梯度結構合金材料的斷裂較複雜,與空間位置有關:當裂紋從富陶瓷區向富金屬區擴展時,梯度結構材料的斷裂韌性會顯著增加。

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