应用断裂力学对工模具钢韧性评估-断裂力学的进步

    热作工具钢的最新趋向已如前所述，现在谈谈应用断裂力学对材料韧性的评估在工具钢领域中广泛实行的不同看法。
    韧性是脆性的反义词。如工具在使用中产生缺口或断裂时，称之为工具的韧性差。可是关于韧性的技术意义未必明确。韧性本来就是对高强度材料使用的语言。在软且有延展性的材料中不使用韧性的说法，对它们使用所谓延性或黏性的说法。
    罗斯( Rose)定义“高硬度工具钢的韧性是不发生断裂能吸收的能量的能力”，根据破断前的功来评估。罗伯特( Roberts)等叙述，“工具钢的韧性考虑为断裂前能变形的能力与能抵抗永久变形的能力的组合”。还有Zaustin剖析了塑性变形能，叙述所谓塑性材料就是在最大垂直应力使材料达到裂开强度以前，由于最大剪切应力就已发生屈服的材料，所谓脆性材料就是引起塑性变形前最大垂直应力超越材料切断强度的材料。了解更多的相关资讯，敬请关注东莞弘超模具钢材(日本大同模具钢、瑞典一胜百模具钢、瑞典乌德霍姆工具钢UDDEHOLM、德国葛利兹模具钢Groditz、日本日立模具钢HITACHI METALS、日本不二越高速钢NACHI、美国熔炉斯伯粉末冶金工具钢CPM、国产新型模具钢、基体钢及基体高速钢、无磁模具钢等)专业网站www.hongchao-dg.cn。最新的模具钢材动态资讯，海量的模具钢材产品资料，尽在东莞市弘超模具科技有限公司模具钢材专业网站。
Kindbom对硬钢的韧性进行了综合考察，定义为“所谓韧性是能塑性变形的能力”。由这些观点，硬的工具钢的韧性，以前是根据静态抗弯试验、静态扭转试验、冲击弯曲试验、冲击扭转试验等来进行评估。对结构钢经常应用的拉伸试验，在58HRC以上的高硬度工具钢，即冷作模具钢或高速工具钢等的淬火回火材中，由于试验中从微小缺口破断，因此得不到正确的试验值，不怎么适用。而且，上述的韧性试验方法由于对各自试样应力附加方向或应力附加速度不同，所以只能提供评估显微组织引起的差异。总之，以这些试验得出的韧性对材料进行相对的、定性的评估是有效的，但设计中不能采用这样的力学性能值。东莞弘超提供模具失效及模具寿命解决方案“一站式”服务。
    二次世界大战中开发了超强钢，得到广泛使用，但这种材料一旦发生龟裂，在低应力下就有一举产生断裂的危险性。20世纪50年代，为了对月球发射火箭，美国、苏联开始激烈竞争，但用超强钢制作的压力容器或火箭加速器在火箭发射后不久在空中屡屡发生大爆炸事故。防止上述超强钢(σy>1400MPa)发生断裂事故成为国家需要解决的急迫任务，这一结果使在美国材料试验学会(ASTM)设置了关于研究超强钢断裂的委员会，展开了历经约10年的基础研究。其最大成果是材料的抵抗断裂与断裂前断裂表面能量那种不明确情况没有了，抓住力的形式提出了断裂韧性值KIC。
1958年由Irwin引入应力扩大系数（表示应力集中强度的系数）。
    K=σ(απa)1/2
    式中，σ为拉伸应力，α为由龟裂形状确定的常数，a为龟裂长度。
    外力σ增大，由于龟裂进展不稳定断裂时的临界K值作为Kc，定义为断裂韧性值。KIC是在缺口形式的龟裂模式中平面变形条件下的断裂韧性。
    工具经过：(1)龟裂的发生；(2)龟裂的进展；(3)工具的断裂这3个阶段到达断裂。在工具的缺口或工具中存在的缺陷，如夹杂物、大块碳化物、表面缺陷等情况下应力集中，使用中由于受到交变应力而疲劳，包括因交变热应力产生的热裂，由此引起第(1)阶段的龟裂。第(2)阶段由疲劳龟裂的进展性来决定。材料的脆性大时龟裂迅速进展。断裂韧性KIC小的情况下，微小的疲劳龟裂引起第(3)阶段工具大破裂。
    为了防止工具的断裂，材料采用健全，没有表面及内部的缺陷，疲劳强度大，疲劳龟裂进展速度小，KIC值大是必要的。对于工具钢，特别比较仔细地研究了热作模具钢。在热作工具中由于热裂或烧结产生局部的塑性流动发生表面龟裂，随着使用过程龟裂逐渐成长，最后发生大破裂，走过这种典型的破损过程到达工具寿命。另一方面在冷作工具中，因硬度非常高所以龟裂进展极为迅速，工具寿命主要由发生最初的龟裂来支配。

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