硬质合金球的断裂韧性经过渗碳处理后在横截面上从表面到芯部均形成了断裂韧性的梯度分布，芯部、表层、中间过渡层的断裂韧性依次增加，表面层韧性较低，后逐渐增大至最大值后再减小。室温下，碳化物骨架的脆性较大，硬质合金球的断裂以脆性断裂为主，断裂裂纹的扩展主要靠粘结相的塑性变形来阻碍。因此，粘结相的性能对硬质合金球的断裂有着重要的影响。

WC-Co硬质合金球中裂纹在Co粘结相中呈现“Z”字形扩展，而在WC/WC、WC/Co界面则为直线传播规律，在WC内部亦为直线传播。一般来说，相同情况下随粘结剂含量的增加，硬质合金球具有更好的断裂韧性；粘结剂含量相同时，随着WC晶粒度的增大，粘结相平均自由程增加，断裂韧性提高。此外，裂纹扩展过程中由于偏转(增加断裂面的面积增韧)、桥接等原因降低裂纹扩展能量。




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硬质合金球材料的断裂韧性是其强度和塑性的综合反映，其影响因素主要有WC晶粒度、粘结相的含量以及各相的性能等。对于WC-Co合金，在WC晶粒度相同时，随粘结剂含量的增加，断裂韧性增大;在粘结剂含量相同时，随着WC晶粒度的增大，粘结相厚度增加，断裂韧性提高。其硬度与断裂韧性的关系为:硬度越高，断袭韧性越低。

除了上述的几个影响因素外，最主要是梯度结构对其裂纹扩展和断裂韧性产生很大的影响。测量硬质合金球材料断裂韧性的方法尚无统一标准。常用的方法有单边V型切口梁法(SEVNB)、双悬臂梁法(DCB)、压痕法(IF)等。但前两种方法都属于宏观测试，对于研究梯度材料微观组织的影响是不合适的。压痕法则对试样的形状尺寸没有特殊要求，操作简单，提高了效率，降低了成本，广泛用于评定如硬质合金球材料的断裂韧性。




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WC-Co硬质合金球的硬度与合金中硬质相的晶粒度、粘结相的含量等微观组织结构的特征参数有关。一般来说，WC-Co硬度合金球的硬度随Co含量的增加或WC晶粒尺寸的增大而降低。渗碳处理后，WC-Co硬度合金球的硬度受两个因素的影响：表面钻含量的降低导致硬度的增加和WC晶粒的长大导致硬度的降低。短时间渗碳时，由于WC晶粒的长大不显著，前者占主导地位，WC-Co硬度合金球的表面硬度相应增加，并随渗碳时间的延长而增高；当渗碳时间较长时，由于合金表面的WC晶粒长大和粘结相的聚集，导致表面硬度降低。

渗碳处理后，合金表面硬度始终保持在较高的数值，确保了其耐磨性的要求。适当的提高渗碳温度和延长渗碳时间有利于提高WC-CO硬质合金球的硬度。但是，过高的渗碳温度和过长的渗碳时间则会由于WC晶粒的过分粗大而使硬度下降。此外，合金的芯部由于渗碳处理时溶解一析出机制的作用，WC晶粒也会出现轻微的长大。




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钨合金网球配重块材料以清洁金属为原料生产的高比重钨合金配重块，具有高密度、高硬度、高耐磨性、无公害、符合国际环保标准的特点。它比重大（>18g/cm3），体积小，硬度高，抗击打，耐腐蚀高温，深受网球爱好者的喜爱。网球配重块是安装在网球拍边缘用于改变平衡来改进选手的击球的配件。当一个选手击球时，他要尽量控制住击球力度。这就是当球碰到最佳击球点的位置时，往往是在网球拍的中心。同时，选手在击球时尽量用平均力度击球。没有任何两个选手可以用同一个网球拍以同样的力度击球。

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粉末冶金钨坩埚广泛用于稀土行业，主要用来冶炼和电解制取稀土金属及其氧化物，其用途十分广泛。然而在钨坩埚的冶炼过程中易开裂是一个技术难题，在冶制的过程中，除了受到压制压力的影响之外还受到模具芯棒底端R值大小的影响。

表1 模具芯棒底端R值大小对钨坩埚压坯状况的影响

从以上表格数据可以看出，模具芯棒底端R值太小会出现严重的裂纹和掉底现象，当R值太低则会出现烧结不透、成本高或由于钨坩埚自身质量大而使用不便，生产中R值一般取16mm-25mm为宜。


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粉末冶金钨坩埚广泛用于稀土行业，主要用来冶炼和电解制取稀土金属及其氧化物，其用途十分广泛。然而在钨坩埚的冶炼过程中易开裂是一个技术难题，在冶制的过程中，其压坯状况受到各种因素的影响，压制压力为影响因素之一。

表1  压制压力对钨坩埚压坯状况的影响

从以上表格信息可以看出，压制压力对钨坩埚压坯状况具有一定的影响，压制压力太高或太低均会影响钨坩埚压坯的合格率。


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WC的热膨胀系数为 3.84*10^-6K^-1，Co的热膨胀系数为12.5*10^-6K^-1。由于两者热膨胀系数的差异，烧结体冷却后，钴相的收缩便受到碳化钨晶粒的阻碍，从而使得合金中碳化钨和钴相存在两个方向相反的作用力：WC颗粒受到压应力作用，粘结相受到拉应力作用。因此，硬质合金球材料在冷却后因为高Co中间过渡层的存在会导致硬质合金球表层区与芯部区产生残余压应力，中间过渡层相应地存在残余拉应力。

根据断裂力学的相关知识，压应力对裂纹起到闭合作用，拉应力将促使裂纹扩展。室温下硬质合金球中表面的残余压应力的存在将会使得表面裂纹的形成困难，这是产生合金整体强化效果的重要原因。此外，裂纹一旦形成并扩展至富钴区时，尽管富钴区存在残余拉应力，将加速裂纹在Co相以及WC/Co相界面扩展，但是由于该区钴相含量高，钴良好的塑性变形大量消耗甚至耗尽裂纹前端的能量，有效地阻碍了硬质合金球裂纹的扩展。同时，由于富钴层中的钴固溶了较多的W，部分强化了Co，有利于阻碍裂纹的扩展。




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硬质合金球在制作过程中，渗碳后的硬质合金球的表面硬度高于未经过渗碳的烧结态硬质合金的硬度；随着渗碳时间增加，合金的表面硬度值先增大后减小。其原因在于硬质合金球在渗碳处理过程中，在其内部形成了钴的梯度分布，表面的钴含量降低，从而导致合金的表面硬度增大，相应地提高了合金的耐磨损性能。在渗碳处理过程中，随着渗碳时间的延长，合金表层的WC晶粒有长大的趋势，晶粒的长大将会使得合金的硬度降低，适当的梯度层厚度对提高合金的性能非常有利。

渗碳后形成梯度的硬质合金球的抗弯性能明显优于烧结态的均匀的硬质合金球。材料的抗弯强度主要取决于WC晶粒的大小和钴相厚度。在烧结过程中，随着温度的升高，WC晶粒逐渐长大，晶粒的比表面积减小，从而晶粒与晶粒之间的接触面也减小，烧结体断裂时的路径缩短，加速烧结体发生断裂；反之，WC晶粒越小，材料的断裂过程中断裂的路径越长，增加了断裂面积，有利于阻止材料发生断裂。故过长时间的渗碳由于易于引起表面WC晶粒的过分长大，加速了硬质合金球断裂的萌生，导致其横向断裂强度的下降。




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硬质合金球由于具有抛光性好、能量消耗低、化学性能稳定、耐磨、耐高温、耐腐蚀，及可回收利用等优良特性，使其在石油钻探抽油、制笔等领域被广泛应用。

硬质合金球材料在渗碳初期阶段，随着渗碳时间的增加，硬质合金球材料的横向断裂强度值也相应的逐渐增加，渗碳达到一定时间以后，硬质合金球材料的横向断裂强度开始随着渗碳时间的增加而减小。这主要是因为，在渗碳处理初期，随着硬质合金梯度结构厚度的增加，硬质合金的横向断裂强度逐渐增大，但是当硬质合金球的梯度结构厚度超过一定值时，此时硬质合金芯部WC+Co+η三相区域过小，反而不利于合金的横向断裂强度的提高，为了获得良好的综合力学性能的硬质合金球，适当大小的WC+Co+η三相区域是非常重要的。




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