? 应用断裂力学对工模具钢韧性评估-断裂力学的进步|东莞市弘超模具科技有限公司
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應用斷裂力學對工模具鋼韌性評估-斷裂力學的進步

應用斷裂力學對工模具鋼韌性評估-斷裂力學的進步

    熱作工具鋼的最新趨向已如前所述,現在談談應用斷裂力學對材料韌性的評估在工具鋼領域中廣泛實行的不同看法。
    韌性是脆性的反義詞。如工具在使用中產生缺口或斷裂時,稱之為工具的韌性差。可是關于韌性的技術意義未必明確。韌性本來就是對高強度材料使用的語言。在軟且有延展性的材料中不使用韌性的說法,對它們使用所謂延性或黏性的說法。
    羅斯( Rose)定義“高硬度工具鋼的韌性是不發生斷裂能吸收的能量的能力”,根據破斷前的功來評估。羅伯特( Roberts)等敘述,“工具鋼的韌性考慮為斷裂前能變形的能力與能抵抗永久變形的能力的組合”。還有Zaustin剖析了塑性變形能,敘述所謂塑性材料就是在最大垂直應力使材料達到裂開強度以前,由于最大剪切應力就已發生屈服的材料,所謂脆性材料就是引起塑性變形前最大垂直應力超越材料切斷強度的材料。了解更多的相關資訊,敬請關注東莞弘超模具鋼材(日本大同模具鋼、瑞典一勝百模具鋼、瑞典烏德霍姆工具鋼UDDEHOLM、德國葛利茲模具鋼Groditz、日本日立模具鋼HITACHI METALS、日本不二越高速鋼NACHI、美國熔爐斯伯粉末冶金工具鋼CPM、國產新型模具鋼、基體鋼及基體高速鋼無磁模具鋼等)專業網站www.kkkyj.com。最新的模具鋼材動態資訊,海量的模具鋼材產品資料,盡在東莞市弘超模具科技有限公司模具鋼材專業網站。
Kindbom對硬鋼的韌性進行了綜合考察,定義為“所謂韌性是能塑性變形的能力”。由這些觀點,硬的工具鋼的韌性,以前是根據靜態抗彎試驗、靜態扭轉試驗、沖擊彎曲試驗、沖擊扭轉試驗等來進行評估。對結構鋼經常應用的拉伸試驗,在58HRC以上的高硬度工具鋼,即或高速工具鋼等的淬火回火材中,由于試驗中從微小缺口破斷,因此得不到正確的試驗值,不怎么適用。而且,上述的韌性試驗方法由于對各自試樣應力附加方向或應力附加速度不同,所以只能提供評估顯微組織引起的差異。總之,以這些試驗得出的韌性對材料進行相對的、定性的評估是有效的,但設計中不能采用這樣的力學性能值。東莞弘超提供模具失效及模具壽命解決方案“一站式”服務。
    二次世界大戰中開發了超強鋼,得到廣泛使用,但這種材料一旦發生龜裂,在低應力下就有一舉產生斷裂的危險性。20世紀50年代,為了對月球發射火箭,美國、蘇聯開始激烈競爭,但用超強鋼制作的壓力容器或火箭加速器在火箭發射后不久在空中屢屢發生大爆炸事故。防止上述超強鋼(σy>1400MPa)發生斷裂事故成為國家需要解決的急迫任務,這一結果使在美國材料試驗學會(ASTM)設置了關于研究超強鋼斷裂的委員會,展開了歷經約10年的基礎研究。其最大成果是材料的抵抗斷裂與斷裂前斷裂表面能量那種不明確情況沒有了,抓住力的形式提出了斷裂韌性值KIC。
1958年由Irwin引入應力擴大系數(表示應力集中強度的系數)。
    K=σ(απa)1/2
    式中,σ為拉伸應力,α為由龜裂形狀確定的常數,a為龜裂長度。
    外力σ增大,由于龜裂進展不穩定斷裂時的臨界K值作為Kc,定義為斷裂韌性值。KIC是在缺口形式的龜裂模式中平面變形條件下的斷裂韌性。
    工具經過:(1)龜裂的發生;(2)龜裂的進展;(3)工具的斷裂這3個階段到達斷裂。在工具的缺口或工具中存在的缺陷,如夾雜物、大塊碳化物、表面缺陷等情況下應力集中,使用中由于受到交變應力而疲勞,包括因交變熱應力產生的熱裂,由此引起第(1)階段的龜裂。第(2)階段由疲勞龜裂的進展性來決定。材料的脆性大時龜裂迅速進展。斷裂韌性KIC小的情況下,微小的疲勞龜裂引起第(3)階段工具大破裂。
    為了防止工具的斷裂,材料采用健全,沒有表面及內部的缺陷,疲勞強度大,疲勞龜裂進展速度小,KIC值大是必要的。對于工具鋼,特別比較仔細地研究了熱作模具鋼。在熱作工具中由于熱裂或燒結產生局部的塑性流動發生表面龜裂,隨著使用過程龜裂逐漸成長,最后發生大破裂,走過這種典型的破損過程到達工具壽命。另一方面在冷作工具中,因硬度非常高所以龜裂進展極為迅速,工具壽命主要由發生最初的龜裂來支配。

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