WC-Co硬质合金断裂韧性测试方法与韧性评价研究

发布时间：2017-04-26 17:12

  本文关键词：WC-Co硬质合金断裂韧性测试方法与韧性评价研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硬质合金作为一种在工业上被广泛使用的重要工具材料，为提升其在复杂工况下的使用寿命和质量，准确测定其断裂韧性及合理评价韧性研究一直为硬质合金工作者所关注。本文作者选用株洲硬质合金集团有限公司提供的不同粘结剂(Co)含量及硬质相(WC)粒度的WC-Co硬质合金,利用以降K法及柔度法为基础的疲劳预裂SENB法对实验合金断裂韧性K_(Ic)值进行了测定，并与线切口SENB法K_(Ic)测定值对比。另外,研究了实验合金常规力学性能间相关性以及部分合金的低周（104次以内）冲击疲劳性能。最后分析了合金宏、微观断裂行为并讨论硬质合金的增韧机制及韧性评价方式。主要研究结论如下： 与不预制裂纹的线切口法相比，疲劳预裂SENB法测定K_(Ic)值与合金本征断裂韧性值吻合度高，偏差极小。线切口法由于切口根部曲率半径不够理想，而疲劳预裂SENB法克服了硬质合金预裂过程中突然失稳断裂的弱点，数据准确性好，是准确评价硬质合金断裂韧性较为理想的手段。 K_(Ic)测定值分析表明：当合金WC晶粒度一定时，全部实验合金的K_(Ic)均随Co含量增加而提高，其主要机理在于Co含量增加间接导致Co相平均自由程增大、断裂路径上多韧性带范围扩大以及Co相塑性流动效果增强，在Co含量较高的115~#、130~#合金断口上存在明显的韧性断裂韧窝花样。当合金Co含量一定时，6.5μmWC的208~#合金及1.8μmWC的108~#合金的K_(Ic)值分别为19.9MPa·m~(1/2)和13.1MPa·m~(1/2)，前者高于后者。另外，1.8μmWC的111~#、115~#合金的K_(Ic)值(15.6、17.0MPa·m~(1/2))也高于平均WC粒度为1.3μm的311~#、315~#合金的相应K_(Ic)值(10.0MPa·m~(1/2)、12.4MPa·m~(1/2))。粗晶粒WC主要以增加裂纹偏转和穿晶断裂能耗来提高合金断裂韧性。 在动态的恒定冲击加载条件下，合金WC晶粒一定时，全部实验合金的耐低周冲击疲劳性能也均随Co含量增加而上升，寿命随Co相增加而提高的原因除Co相平均自由程λ增加外，最关键的是Co相在硬质合金中所起的桥联增韧作用。合金Co含量相同时，208~#合金在相同冲击载荷下的低周冲击疲劳寿命要高于108~#合金，晶粒粗大引起的裂纹偏转及高能穿晶断裂是寿命增加的主因，但WC晶粒尺寸增加间接提高Co相平均自由程也对合金增韧做出贡献。而1.8μmWC的111~#合金低周冲击疲劳寿命低于1.3μm平均WC粒度且结构非均匀的311~#合金，这与K_(Ic)值对比情况相反，表明粗细粒度WC搭配硬质合金实际上具有良好的韧性。 仅使用σbb、αk、K_(Ic)来评价合金韧性好坏似乎是不够完善的，而低周冲击疲劳行为能够较为真实有效反映出粗晶低钴搭配，双晶结构对合金的韧性影响。因而低周冲击疲劳行为与σbb、αk、K_(Ic)等韧性指标相结合可能会给硬质合金韧性评价问题解决提供新的途径。
【关键词】：硬质合金 断裂韧性测试 WC晶粒度 Co含量 低周冲击疲劳 韧性评价
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG135.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-28
• 1.1 硬质合金概述11-17
• 1.1.1 硬质合金的类别11-13
• 1.1.2 硬质合金的性能、生产及应用13-16
• 1.1.3 硬质合金的发展方向16-17
• 1.2 硬质材料的韧性强化17-20
• 1.3 硬质合金的断裂韧性20-26
• 1.3.1 材料断裂韧性概述20-21
• 1.3.2 平面应力、应变状态下的断裂韧度和断裂判据21-22
• 1.3.3 硬质材料断裂韧性的常用测试方法22-24
• 1.3.4 硬质合金断裂韧性测试研究现状24-26
• 1.4 本论文的选题背景、研究目的与内容26-28
• 第2章 实验材料与实验内容28-33
• 2.1 实验合金的选用28
• 2.2 实验方法与测试分析28-33
• 2.2.1 抗弯强度测定28-29
• 2.2.2 冲击韧性测定29-30
• 2.2.3 维氏硬度测定30
• 2.2.4 低周冲击疲劳试验30-31
• 2.2.5 弹性模量与泊松比测定31
• 2.2.6 试样断口宏观与微观检测分析31-33
• 第3章 硬质合金的断裂韧性测试方法研究33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 硬质合金 K_(Ic)测试方法研究及理论基础33-47
• 3.2.1 实验试样的选择与加工制备34-36
• 3.2.2 预制疲劳裂纹过程36-40
• 3.2.3 疲劳裂纹试样静加载断裂40-42
• 3.2.4 实验合金 K_(Ic)值分析与微观断裂特征42-47
• 3.3 分析与讨论47-49
• 3.3.1 缺口半径对 K_(Ic)值的影响47-48
• 3.3.2 Co 含量及 WC 粒度对 K_(Ic)的影响48-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 硬质合金的韧性评价研究51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 硬质合金常规力学性能研究51-55
• 4.2.1 实验合金抗弯强度与冲击韧性52-54
• 4.2.2 实验合金硬度与断裂韧性54-55
• 4.3 硬质合金低周冲击疲劳研究55-66
• 4.3.1 低周冲击疲劳下硬质合金的寿命55-56
• 4.3.2 实验合金低周冲击试样断口宏观特征56-57
• 4.3.3 实验合金低周冲击疲劳性能与微观断口特征57-63
• 4.3.4 分析与讨论63-66
• 4.4 本章小结66-67
• 结论67-68
• 研究展望68-69
• 参考文献69-76
• 致谢76-77
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文目录77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄莉玲;张正富;周盛;;钻岩用硬质合金韧性和断裂机理的研究现状[J];材料导报;2008年S2期

2 白世鸿,乔生儒,舒武炳,李玫;陶瓷材料高温断裂韧性评价[J];材料工程;2000年11期

3 胡一文;司文捷;龚江宏;;SEVNB法测试陶瓷材料断裂韧性研究[J];稀有金属材料与工程;2011年S1期

4 刘寿荣，刘宜;硬质合金的硬度和矫顽力及其相互关系[J];稀有金属材料与工程;1995年05期

5 郭圣达;羊建高;陈颢;;粗晶粒WC-Co类硬质合金研究现状[J];粉末冶金工业;2011年04期

6 黄录官;;WC基钢结硬质合金的断裂韧性及其强韧化[J];粉末冶金技术;1986年01期

7 罗华辉;沈树亭;蔡怡勋;;V形缺口法硬质合金断裂韧性研究[J];粉末冶金技术;1989年03期

8 童国权，王尔德，何绍元;WC－20（Fe／Co／Ni）硬质合金断裂韧性的一种测定方法和断裂模式研究[J];粉末冶金技术;1995年01期

9 易勇,熊继,李懿,沈保罗;硬质合金抗弯强度及其分散性的研究[J];工具技术;2002年10期

10 刘寿荣,刘宜;硬质合金断裂韧性评估[J];机械工程材料;1997年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李微;喷射沉积SiCp/Al-Si复合材料的疲劳行为研究[D];湖南大学;2011年

  本文关键词：WC-Co硬质合金断裂韧性测试方法与韧性评价研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：328886