Механические свойства твердых сплавов

 

Модуль упругости твердых сплавов (WC-Cо) - индикация линейного поведения этих материалов. Это главным образом определено величинами и фаз твердого сплава и их объемными компонентами fWC и fCo; которое зависит только от ограниченной степени распространения фаз (структур). Прочность, поведение розлома, и твердость; с другой стороны, повлияют в значительной степени от геометрического размещения элементов структуры.

Стуруктура твердого сплава WC-Co может быть охарактиризована средним линейным размером зерна lWC и средней толщиной интерметаллических слоев кобальта pCo; это также называется длиной свободного пробега или средним растоянием (секция 7.3.4). Применимо следующие равенство:

 

(1)

 

Структурные величины и вязкость разрушения K1С твердых сплавов WC-Cо (в пределах от 7 до 20 MPa*m1/2) и энергия области разрыва G1С, связаны следующим выражением:

 

 (2)

 

Эта величина была выведена эмпирически. Принимая во внимание [11], в заключении можно увидеть, что увеличения энергии области разрыва, поскольку соотношение объема связки и WC, размер зерна увеличивается. Это имеет смысл, потому что на энергию сдвига повлияют значительно работа пласичности, в связки. Твердость зависит от того же самого параметра P2Со/1WC и выходит обратная зависимость [16].

 

 (3)

 

Это означает, это в любой данной составной твердости системы и вязкости разрушения может только быть оптимизировано за счет друг друга (рис. 17-10).

Изгибающееся сопротивление разрыву твердых сплавов связано с процессом зарождения трещин и распространения. В соответствии с [17], это следует выражение:

 

 (4)

 

где материальный постоянный m. – параметр Вейбула (секция 7.3), (lWC) - зернистость - зависимый предел прочности WC и g(fwc) описывает локальное увеличение в напряжений в зерне WC. Градус скелетного формирования (смежность) c, твердой материальной фазы (секция 7.3.4) может быть грубо получена, если ρCo < p*Co и fwc >fCo то

 

 (5)

 

В идентичной зернистости WC, кроме в очень высоком содержании кобальта (горизонтальные линии константы WC зернистость lWC на рисунке 17-11), изгибающееся сопротивление разрыву увеличивается с увеличивающимся содержанием кобальта. J.Gurland показал, что некоторая зернистость lwc, существует для каждого содержания металла-связки, в котором изгибающееся сопротивление разрыву, достигает максимума. Критическая величина p* толщины слоя металла-связки - p*Co + 0.4 μm для кобальта (линии постоянного содержания кобальта fCo ниже 45 ° на рисунке 17-11). В "пластичной зоне" (pCo > p*Co), изгибающееся сопротивление разрыву увеличивается с увеличением дисперсии фазы WC. Это может быть благодаря обоим дисперсионному твердению металла-связки или к увеличению в силе WC зерна с уменьшающейся зернистостью lwc. (p2Co/lwc) уменьшается (см. уравнения (1) и (2)) и твердость увеличивается, однако, уменьшается вязкость разрушения твердого сплава. Если, наконец, нижний предел критической толщины слоя p*Co достигнут (потому что WC зернистость стала меньшей), тонкие слои металла-связки больше не могут стабилизировать трещину пластической деформацией (область хрупкого разрушения).

Соотношение границ зерна WC-WC на полной поверхности WC фаз называется смежность c. Это быстро стало главными слабыми точками на зарождении трещин;так как это увеличение, уменьшает сопротивления разрыву на изгиб. Это означает, это в области хрупкого разрушения, сопротивление разрыву на изгиб и вязкость разрушения изменяется подобные тем же образом. Только, когда эти предварительные условия выполнены, то изгибающееся сопротивление разрыву может быть названо "вязкостью", как и часто названо в изданной литературной и коммерческой практике.

Дополнительные факторы (дефекты) типа пор, вложений, бороздок, и неоднородного распространения структурных компонентов, также влияют на прочность твердых сплавов и вызывают широкие вариации в свойствах. Влияние этих факторов особенно, поведение усталости, в течение динамической нагрузки (секция 7.3). Понижение числа циклов напряжения, чтобы раздробить N, связано с изменением в статическом сопротивлении разрыву изгиба следующим соотношением:

(6)

 

Твердые сплавы имеют невыгодную величину , благодаря высоким соотношениям хрупких фракций в течение распространения усталостной трещины.

Зависимости, обсужденные выше, применимы к комнатной температуре и могут даже полностью изменяться с увеличением температуры. Например, в температурах > 8000 C, самое лучшее зерно твердого сплава WC имеет более низкую ползучепрочность чем твердый сплав с грубым зерном WC (рис. 17-11). Это - несмотря на их высокую твердостьпри комнатной температуре. Вышеупомянутый соотношений не могут применяться безоговорочно, если возникают дополнительные или новые фазы, как имеет место с твердыми сплавами TiC (TaC)-WC-Co. Прибавляя TiC, твердость увеличена за счет изгибающегося сопротивления разрыву, благодаря к связанному упрочнению твердого раствора. Это иногда также увеличивает теплопрочность стержневой смеси WC- TiC (TaC), твердый раствор по сравнению с WC и прежде всего с TiC (рис. 17-12 и 17-4). Это особенно уместно в более высокотемпературных режимах резанья, произведенных в течение обработки материалов, производящих длинной станочной стружке. Это дополнено изменениями в трении и диффузии между твердым сплавом и материалом, для обработки на станке. Прибавления TaC также отщеплять "формирование ребра трещины " на режущей кромке твердого сплава, это происходит благодаря повторенным температурным изменениям, особенно в течение фрезерования.

Твердые сплавы, которые главным образом используются для более высоких скоростей резания (основанные на TiC, TiN, TiCN или (Ti, Мо) (C, N) как твердые материалы) имеет более низкую теплопрочность стержневой смеси и ползучепрочность, чем эквивалент основаных на WC твердых сплавах [11], но показывает что приведенный износ в течение механической обработки, из-за их увеличенной химической стойкости против стали [18], и подобен покрытому твердому сплаву (секция 2.5).