硬质合金的裂纹产生及扩展

1、一硬质合金刀具裂纹产生及扩展硬质合金的粘结相撕裂过程及两相界面撕裂过程粘结相撕裂过程示意图：两相界面撕裂示意图(b)为了能够的出规律性结论,本课题研究的还是该重点放在连续稳定切削的粘接破损机理, 所以在此简化工作环境有：切削力，切削温度在切削过程中是稳定的。对于裂纹扩展形式：为张开型（I型裂纹）：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作 用力方向张开，沿裂纹面扩展。例，轴的横向裂纹在轴向拉力或弯曲力作用下的扩展，容器 纵向裂纹在内压力作用下的扩展。对裂纹影响的因素简化为以下三个因素：热应力，由切削热造成的应力由于切削力造成的应力由于元素扩散而使得粘结相性能的变化研究裂纹时所需要采集的指标可以简化为

2、:切削温度切削力粘结相材料性能为切削温度应用热应力公式可以转化为应力形式，所以最后把研究指标再次简化可以简化 为：应力材料性能应力因素包括两方面：热应力公式：o= KaEAT/(l - y)式中:K为常数，a为热膨胀系数，E为弹性模量，V为温度差，丫为泊松系数。上面只是热应力公式的一种，热应力：由于温度改变时，物体由于外在约束以及内部各 部分之间的相互约束。在复合材料中还得加一种情况，温度不变时由于材料间的弹性模量不 同而产生的内部各部分之间的相互约束。结合实际情况来考虑，热应力可以分为整体和局部来考虑：整体：由于宏观热分布，刀具各部分温度不同而产生的应力分布。局部：由于弹性模量不同而引起局部

3、应力作用。其实现阶段我们研究的还是以局部为主，在温度稳定情况下，刀具上的温度场也是可以 确定的，所以在刀具上的宏观热应力也是定值，所以在研究局部的时，由宏观温度场所产生 的热应力为常数。Co的热膨胀系数为123X10 一 61/K,大于WC的3.84X10 一 61/K。切削过程中受切削力而产生的剪应力由于切削力而产生的应力场方法在此也不列出。裂纹扩展速率的计算：以Paris公式为基础而建立的扩展模型比较普遍。裂纹安全极限在假定温度及刀具受力稳定的情况下，即应力水平是稳定的，由Km平面应变断裂韧度 公式变形得到裂纹长度极限：硬质合金的断裂韧性与维氏硬度的关系：K I c-1 = 0.1222

4、69.97HVT。如果为了安全考虑，Y取最大值2,如果为了极限裂纹长度考虑“Y取最小值1。考虑如 何去测量Ky平面应变断裂韧度不和实际，只把它当做一个影响因子就来考虑就行，Kw的 影响因素在本课题考虑温度及材料特性(能够与扩散联系起来)通过裂纹极限长度公式,我们对硬质合金刀具粘接破损过程中每一次撕裂的深度有一个 推断。因为在粘结破损过程中硬质合金刀具裂纹扩展宏观上说，一开始是第一型张开性，而 到了后期，也就是出现撕裂后，其裂纹扩展为第三型撕裂型，所以现在先推断：撕裂的开始 即为裂纹失控的开始。材料性能的因素对于本次实验，主要还是研究硬质合金刀具粘结相在切削过程中由于扩散引起的刀具材 料结构、材

5、料性能变化对微裂纹的产生及扩展的影响。二元素扩散所引发的元素浓度变化对裂纹产生及扩展的影响1.裂纹的产生裂纹的产生是由于材料受力达到了材料的屈服极限,所以在裂纹的研究中对裂纹的起裂 没有太多的篇幅，而主要研究内容还是裂纹的扩展及裂纹扩展寿命。2 .对于裂纹扩展寿命基本公式进行剖析：Paris 公式基础型：da/dN=C(AK)m式中“裂纹长度N一一力循环次数da/dN 纹扩展速率C.m材料常数.环境因素如温度、湿度、介质、加载狩率等都隐含在常数之中可由实验数据拟合得到M一力强度因子幅式中/般为构件几何与裂纹尺寸的函数氏、心。裂纹处应力强度因子的最大值和最小值8为裂纹处应力幅值虽然(da/dN)代表的是裂纹扩展率，但是其自变量为N (应力循环次数)， 即研究动态循环载荷对裂纹扩展的影响。所以我们的目标是如何把这个公式变形 为静态载荷对裂纹扩展的影响。扩散接触面浓度分布分析由于材料结构在扩散接触面区域的变化比较大，而旦刀屑扩散接触面也是切削过程中温 度最高的地方之一，所以这都使得此区域的热应力分布相当的复杂，由区域间弹性模量差别