硬質(zhì)合金斷裂韌性評(píng)估

硬質(zhì)合金斷裂韌性評(píng)估作者：劉壽榮劉宜作者身份：作者單位：論文出外：不詳發(fā)表時(shí)間：20030101瀏覽次數(shù)：29論文字?jǐn)?shù)：1202.5論文內(nèi)容：為避開實(shí)施測量1的苛刻實(shí)驗(yàn)條件和節(jié)約資源，基于1同其他物理力學(xué)性能間的聯(lián)系,采用非破壞性替代性能的簡易試驗(yàn)評(píng)估硬質(zhì)合金1的工作，如Haerian用維氏硬度、作者用比矯頑磁力，評(píng)估WC-Co合金的1已有進(jìn)展。本文探討了WC-Co合金的1,和，之間的關(guān)系，為用無損地評(píng)估WC-Co合金的1提供依據(jù)。試驗(yàn)方法以符合工業(yè)生產(chǎn)的微細(xì)WC粉（FSSS粒度川m、總碳6.11%、游離碳為痕跡量）和還原Co粉（FSSS1.9Mm、含O2量0.05%）為原料，按常規(guī)粉末冶金工藝在H2氣保護(hù)下于1420?1500°C下保溫45min經(jīng)液相燒結(jié)制備WC-Co試樣。選擇不同Co配量(6%?20%)旨在改變?cè)嚇拥娘@微結(jié)構(gòu)參數(shù)以造成不同的物理力學(xué)性能(1、、，)。用D/MAX-RCX射線衍射儀(CuKa輻射，電壓50kV,電流180mA,DS1°,SS1°,RS0.3mm,石墨晶體單色器，連續(xù)掃描)測定物相后,通過比飽和磁化強(qiáng)度4n。測定合金含碳量以選取兩相高碳合金試樣。測定比矯頑磁力，后，采用不同粒度的鉆石粉逐級(jí)(由W10至W0.5)拋光試樣，測定294N載荷下的維氏硬度HV。結(jié)果與討論.，-關(guān)系通常稱成分處于WC+V兩相區(qū)高碳端(其粘結(jié)相Y固溶體中碳含量最高)的WC-Co硬質(zhì)合金為兩相高碳(H.C)合金。本工作測得兩相高碳WC-Co硬質(zhì)合金的比矯頑磁力,(A?m2/kg)同維氏硬度(kg/mm2)間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系為(圖1):=1.155+[(1897/)-3.312]-1(1)圖1說明，在粘結(jié)相(Y)中的碳含量一致的前提下,WC-Co合金的比矯頑磁力,與間并不存在簡單的線性關(guān)系。.1-關(guān)系文獻(xiàn)給出了兩相高碳WC-Co硬質(zhì)合金的斷裂韌性1(Mpa?m1/2)同比矯頑磁力,(A?m2/kg)間的關(guān)系(其線性相關(guān)系數(shù)為0.9971):1=31.31-27.11,(2)將(1)式代入(2)式得:-11=0.1222-69.97-1(3)(3)式說明，對(duì)于兩相高碳WC-Co合金，在其斷裂韌性的倒數(shù)和維氏硬度的倒數(shù)間存在某種簡單的線性關(guān)系(其線性相關(guān)系數(shù)為0.9836)。.1、和，間關(guān)系的物理基礎(chǔ)WC-Co硬質(zhì)合金的斷裂韌性、硬度和比矯頑磁力都是對(duì)合金顯微結(jié)構(gòu)非常敏感的物理量,它們同合金中WC晶粒度和Y相含量所決定的Y相平均自由程入有關(guān),合金中Y相成分(取決于合金的碳含量)影響合金的塑性變形約束，從而影響1、和,。這是導(dǎo)致1、和，三者密切相關(guān)的本質(zhì)原因。根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)，對(duì)于WC-Co合金,其臨界塑性區(qū)的尺寸(半徑+)是V相平均自由程人的函數(shù),且與臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子1有關(guān)系:+=TA(4)+=W(1/e)2(5)式中T與W為常數(shù),e為屈服應(yīng)力。沖擊斷口的SEM分析也證實(shí),WC-Co合金的塑性變形基本上局限于Y相夾層內(nèi),高鉆含量合金(如WC-20Co合金,其Y相平均自由程約為0.3川m)試樣中塑性變形區(qū)的尺寸(約與Y相層厚相當(dāng))遠(yuǎn)大于低鉆(如WC-8Co合金，其入約為0.1叩m)合金試樣中的塑性變形區(qū)尺寸，見圖2。Viswanadham和Venables證實(shí)e與間的關(guān)系:e=?(為常數(shù))(6)并采用人和間的關(guān)系為：=0+?人-1/2(7)式中為常數(shù),0為V相的原始硬度。由(4)、(5)、(6)式并考慮單位換算后有:圖2WC-20Co合金(左)與WC-8Co合金沖擊斷口(右)SEM形貌a=(w/T) ? (1/)2 ? 10-8(8)將(8)式代入(7)式得:1-1=[3.162/(?)]?(W/T)1/2?(1-0/)?10-6(9)式中1——Mpa?m1/2; ——kg/mm2;A——pm。(9)式系數(shù)的估算:對(duì)于WC-Co系合金,二0.1,0=440kg/mm2,W=1/6n(平面應(yīng)變)，考慮到WC-Co系合金的塑性變形主要發(fā)生在Y相內(nèi)，可取T=1。以Ingelstrom和Nordberg的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(細(xì)晶WC-6Co合金樣品)的值1700kg/mm2和1值10.0Mpam1/2代入(9)式得=53.97kg/mm3/2。如此,(9)式可記為1-1=0.1349-59.36-1(10)關(guān)系式(9)、(10)的形式與(3)式完全一致，有關(guān)系數(shù)也較接近。說明(3)式所反映的WC-Co合金的1與間的關(guān)系是合理的。同時(shí)，也間接證明了(1)式反映的實(shí)驗(yàn)規(guī)律是正確的。⑶式和(10)式中系數(shù)的差別是因推導(dǎo)過程中采用了關(guān)于常數(shù)、和W的近似假設(shè)。.WC-Co合金1的評(píng)估關(guān)系式(2)和(3)式是由兩相高碳WC-Co合金試樣得到的結(jié)果，適用于各種Co含量，但當(dāng)合金的碳含量發(fā)生變化時(shí)，其中的有關(guān)系數(shù)將隨之相應(yīng)改變。比飽和磁化強(qiáng)度4n。(A?m2/kg)是與合金成分(Co含量和碳含量)非常敏感但與其顯微結(jié)構(gòu)不敏感的物理量，在生產(chǎn)工藝相對(duì)穩(wěn)定的情況下,可用以測定一定Co含量下的WC-Co合金的碳含量。如此,欲以進(jìn)行1的無損評(píng)估,需首先制定不同碳含量(在一定碳含量范圍內(nèi))的相應(yīng)1-關(guān)系式。具體實(shí)施時(shí)，可對(duì)照由磁性法測得的合金碳含量的相應(yīng)1-關(guān)系式評(píng)估1。如,人造金剛石生產(chǎn)專用WC-Co類合金頂錘的質(zhì)量監(jiān)控即可照此進(jìn)行。結(jié)論(1)兩相高碳WC-Co硬質(zhì)合金的斷裂韌性1(Mpa?m1/2)、維氏硬度(kg/mm2)和比矯頑磁力,(A*m2/kg)間的關(guān)系為:1-1=0.1222-69.97-1,=1.155+[(