机械强度

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Micro defects in material influences carbide's strength

一般来说,体积大,出现大缺陷的概率就高。

所有材料都存在一些缺陷,如孔隙、夹杂物和微裂纹。这些缺陷会导致材料强度降低。就韧性材料(铜、低碳钢等)而言,缺陷频率和平均尺寸是重要因素;而对于脆性材料(如淬硬钢和硬质合金),超过一定尺寸的缺陷频率会限制强度。因此,后一种现象使得机械强度与材料体积有关,因为发现大缺陷的概率随着材料体积的增加而增加。

 

横向断裂强度

 

Transverse rupture strength of cemented carbide

 

横向断裂强度(Rbm)是根据表面区域的断裂应力确定的Rbm=3FLk/2bh,其中 F=最大断裂荷载,k=倒角修正系数(通常为 1.00-1.02)。

横向断裂强度(TRS)或弯曲强度测试是确定硬质合金部件和工具(如硬质合金轧辊)中使用的硬质合金机械强度的最简单、最常用的方法。根据标准化方法EN 23 327(ISO 3327),将具有倒角矩形横截面的指定长度试样放在两个支架上,并集中加载,直至断裂。TRS 取几个观察值的中值。当钴含量约为15%(按重量计)且碳化钨晶粒尺寸为中粗时,TRS达到最大值。

硬质合金旋转工具制造行业(即硬质合金轧辊或硬质合金旋转切刀)采用了一种经过修改的TRS测试方法,该方法更适用于硬质合金工具的几何轮廓,并允许快速测试程序。在该测试中,使用的是根据EN 23 327 (ISO 3327) 修改的标准测试样本。它包括一个直径为Ø3.25 x 38mm的圆柱形试样。这一修改后的测试已被采纳为行业标准,现被建议将其纳入ISO标准。通过使用这种圆柱形试样(即硬质合金轧辊或硬质合金旋转切刀),可以避免矩形标准试样的边缘效应。

因此,该试验获得的数据显示 TRS 值高于矩形试件的 TRS 值。通常情况下,从圆柱形试样获得的 TRS 值要比正方形试样高出约 20%。因此,在比较数据时必须谨慎。

横向断裂强度随温度升高而降低。在长时间载荷和高温条件下,硬质合金将表现出蠕变行为。

硬质合金轧辊的机械强度

Relative transverse rupture strength of cemented carbide as a function of defect volume Relative transverse rupture strength of cemented carbide by temperature Transverse rupture strength of different grades of cemented carbide

 

抗压强度

 

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硬质合金最重要的特性之一是在单轴载荷下具有极高的抗压强度

EN 24 506(ISO 4506)规定了一种合适的抗压强度测定方法。要获得硬质合金的精确值,必须使用改进的试样几何形状,以克服与简单圆柱形试样相关的边缘和接触效应。

施加载荷时,首先会产生弹性变形,但在断裂之前,也会产生一定量的塑性变形。

抗压强度随粘结剂含量和晶粒尺寸的减小而增加。碳化钨晶粒较小、粘结剂含量较低的硬质合金牌号的抗压强度通常接近7000 N/mm2

抗压强度随温度升高而降低。塑性变形的比例随温度升高而急剧增加,导致试样在断裂前呈筒状,从而使结果不确定。

Compressive strenght of different grades of Hyperion's carbide Relative compressive strength of cemented carbide by temperature

 

疲劳强度

 

Fatigue strenght of different grades of Hyperion's carbide

不同硬质合金压缩疲劳试验的沃勒曲线。载荷下限为 250 N/mm2

在脉动压缩载荷下,硬质合金在2×106次循环时的疲劳强度通常为静态压缩强度的65%-85%。与钢和其他金属一样,目前还没有发现与无限寿命相对应的疲劳强度极限。疲劳强度随着碳化钨晶粒尺寸的减小和粘结剂含量的减少而增加。