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                什么是硬質合金斷裂韌性?

                2021-10-25

                什么是硬質合金斷裂韌性?我們從宏觀梯度結構材料的性能方面著手來了解下。

                斷裂韌性(fracture toughness)指材料阻止宏觀裂紋失穩擴展能力的度量,也是材料抵抗脆性破壞的韌性參數。通常斷裂韌性定義為應力強度因子的臨界值,常用斷裂前材料吸收的能量或外界對材料所做的功表示。它和裂紋本身的大小、形狀及外加應力大小無關,是材料固有的特性,只與材料本身、熱處理及加工工藝有關。

                梯度結構材料中的彈性模量連續變化,斷裂機制可以用線彈性斷裂的應力強度因子進行表述。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產生的結果,具有*確的應力強度因子。在給定的幾何狀態和應力條件下,梯度結果材料產生裂紋需要更高的剪應力,因此在其他各方面都相同(彈性模量不同)的條件下,梯度結構材料比均質材料抗裂紋萌生的能力要強。裂紋萌生驅動力的不同主要與材料性能和梯度結構有關。

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                硬質合金的斷裂韌性也稱為壓力強度飽和系數(Kic),是作為測定損壞硬質合金必須具備的能量及沖擊負荷等使用至今的一種指標。其測試方法是通過施加外力使樣品發生裂紋和斷裂,從裂紋擴展至斷裂所需要的能量值當作斷裂韌性。斷裂韌性代表柔韌,數值越大,裂紋越難擴大。如圖所示,隨著鈷含量增加斷裂韌性變大、隨著碳化鎢顆粒度減小而變小。

                梯度結構材料與均質材料裂紋的一個重要差別是前者的斷裂阻力和損傷容限都隨空間位置的變化而變化。在相同的負荷條件下,同樣的試樣及裂紋幾何尺寸分析梯度結構材料的斷裂比均質材料要復雜。相關研究提出用混合定律來描述金屬陶瓷梯度結構材料的斷裂韌性。一般來說,大部分梯度結構材料是多相符合材料,可以用第二相粒子嵌在基體中的模型來描述。目前的梯度結構硬質合金材料也成為研究方向。

                根據相關實驗表明材料的斷裂韌性與空間位置有關。當裂紋從富陶瓷區向富金屬區擴展時,由于金屬的斷裂韌性優于陶瓷的斷裂韌性,因此梯度結構材料的斷裂韌性顯著增加。金屬塊體的斷裂韌性比在脆性基體中分布的金屬顆粒的斷裂韌性要高。

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