硬质合金应力产生及其因素

硬质合金应力产生及其因素２．１硬质合金残余应力产生与分布对硬质合金中残余应力的研究已进行了３０多年，至今仍不够充分。之所以丌展此项研究，是因为硬质合金残余应力大大影响着硬质合会工具的使用寿命Ｍ这旱对硬质合会残余应力产生的原因作一简单介绍。硬质合会残余应力产生的主要原因为生产与使用过程中的热影响及加工后的机械应力。以硬质合会最常见的ｗｃ—ｃｏ类硬质合会（ＹＧ合金）来分析，它由碳化钨和钴粉末混合、成型，劳于１４００℃左右温度下烧结而成。ＹＧ合＝｛；；＝烧结后的丁Ｆ常组织主要为两相，即出碳化钨相晶粒及钨和碳在钴中的固溶体（钴的粘结相，简称钴相或粘结相）组成。但是，由于钴的线性热膨胀系数（１４．２×１０…Ｋ）是碳化钨（４．４×１０‘‖）的三倍多■而钴相绝大部分是钴，在２第一章绪论这旱可以近似地认为钴相的线性热膨胀系数是碳化钨的三倍。所以，幽烧结温度冷却时，合命中将存在残余应力。加热实验发现，９００℃下的硬质合｛；；＝仍存在残余应力，而不少人认为硬质合金残余应力是出现在高温阶段ｉ”’８】。我们从ＷＣ．Ｃｏ相图分析，认为当合金由烧结温度冷却至１３４０。Ｃ以下时，ｃｏ相由液相变为固相，从此时开始，由于钴相的线性热膨胀系数比碳化钨大，钴相的收缩量大于碳化钨，即钴相开始压迫碳化钨，随着冷却，压迫越来越大，由此在室温下合金中将产生相当大的残余应力。当这种残余应力达到Ｃｏ相的屈服极限时，Ｃｏ相屈服，应力得到松弛。１．１．２．２残余应力影响因素影响硬质合金残余应力主要因素为：１．组元热膨胀系数的差异：前面已有表述；２．硬质合金组织分布均匀性：硬质合金组织分布均匀性会影响应力的分布状态，使得裂变效应可能发生在硬质相和粘结相交界处；３．杂质因素等：混料或压制过程中混入灰尘或杂质，在烧结时造成较大的尖角和孔洞，会割裂基体，引起应力集中，大幅度降低硬质合金的性能。通常，碳化钨中产生残余压应力，钻相中产生拉应力。硬质合会残余应力的分布主要因组元热膨胀系数的不同随合会含钴量的变化而变化，当硬质合金中的钻合量增加时，ＷＣ相的压应力（意味着对ｃｏ相的拉应力）增大，当含钴量超过一定数值时（ＹＧ合金约为１２％左右），ｗＣ相的压应力反而随其含钴量的升高而降低ｌ卜川。对同一牌号的合金来说，烧结后冷却速度的增加将导致ｃｏ相和ｗｃ相的应力明显增长。硬质合金残余应力影响着材料的性能与使用寿命，此应力通常存在于合金的内部和表面。自贡硬质合金厂栗大林【ｌ２】在观察烧结后硬质合余横向断裂断目的实验中，发现试样的断裂源９０％ｐＡ上发生在试样的表面（包括棱角１。当然，一方面是因为在烧结态的硬质合金自由表面聚集着各种杂质和缺陷；另一方面，在制样过程中的种种随机因素，也会造成合金表面棱角缺陷。由于烧结环境以及后期的冷却等因素的影响，硬质合金表面与内部状态会有一些不同，例如粘结相量、碳量、粘结相粒度等。因此，对于硬质合会这种表面状态异常敏感的脆性材料，表面应力状态会明显地影响着合余的性能。山于ｗＣ晶粒和ｃｏ相的晶粒非常细（零点几至几微米），本文不去研究合会表层个别或局部小区域ＷＣ晶粒与ｃｏ相之问、ＷＣ晶粒之间以及Ｃｏ相品粒之削的残余应第一章绪论力状态，而主要研究了硬质合金表面宏观的综合残余应力状态