影响硬质合金断裂韧性的因素

硬质合金是由难熔金属硬质化合物如碳化钨粉末、碳化钽和粘结金属如钴、镍、铁等元素通过粉末冶金工艺、注射成型技术或3D打印工艺制成的一种合金材料，具有出色的物理和化学性能，比如较好的断裂韧性、较大的硬度、优良的耐热性等。

硬质合金断裂韧性是指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，是材料固有的特性，只与材料本身、生产工艺和后处理有关，与裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。具有来说，影响合金断裂韧性的因素有以下几个方面：

1.化学成分

硬质合金的断裂韧性除了与硬质相和粘结相的数量、种类和含量有关之外，还与原料的纯度、粒度和粒度分布等因素有关。

一般来说，粘结相如金属钴的含量越大，合金的断裂韧性越好，反之则越差，但需要注意的是，即使硬质相含量很高，断裂韧性值也是在一定范围内波动；在原料配比和生产工艺等因素相同的条件下，碳化钨粒度越大，合金的断裂韧性越好，反之则越差。

总的来说，高钴粗晶的合金的断裂韧性值较大，断裂韧性较好；低钴细晶的合金的断裂韧性值较小，断裂韧性较差。注：合金中硬质相贡献耐磨性，粘结相贡献韧性。

2.内部结构

硬质合金的结构包括不均匀结构和均匀结构，其中不均匀结构有包括蜂窝结构、梯度结构等。

与均匀结构合金相比，不均匀结构合金的断裂韧性更好。蜂窝结构硬质合金兼有良好的韧性和耐磨性；梯度结构硬质合金的断裂较复杂，与空间位置有关：当裂纹从富陶瓷区向富金属区扩展时，材料的断裂韧性会显著增加。

3.生产工艺

硬质合金的生产工艺主要包括粉末冶金工艺、注射成型技术或3D打印工艺。不论是哪一种生产工艺，碳化钨粉末的特性尤为重要，特别是它的颗粒大小。碳化钨粉末的粒度大小主要取决于原始钨粉的颗粒大小以及渗碳温度和时间。通常来说，钨粉粒度越小，碳化钨粉末的颗粒尺寸越小。

4.后处理

烧结后处理方式包括热处理，磨削和涂层。其中，热处理的作用是使合金的相成分和结构发生改变，性能提高，性能包括断裂韧性、冲击韧性、抗弯强度和疲劳强度。

5.合金截面尺寸

在一定条件下，随着合金截面尺寸的增加，材料的断裂韧性下降，最后趋于一个稳定的最低值，即平面应变断裂韧性KIC。这是一个从平面应力状态向平面应变状态的转化过程。

6.工作环境

在一定条件下，随着工作温度的降低，材料的断裂韧性越来越差，但当到达临界点时，断裂韧性值波动范围较小；随着应变速率的升高，材料的断裂韧性越来越差，但当到达临界点时，断裂韧性值波动范围较小。

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