运用断裂力学对冷作工具钢及高速工具钢的断裂韧性进行评估

冷作工具钢的断裂韧性
    根据90MnCrV钢(0.9%C、2%Mn、0.40%Cr、0.1%V)的试验结果，KIc值随着淬火温度的上升而增大，因冷处理而降低。这表示残余奥氏体增大KIc值。SKD11钢当淬火温度超越1010℃时KIc值也增大。低合金工具钢在约250℃进行回火，高合金工具钢（冷作模具钢）在约500℃进行回火，出现回火脆性，采用抗弯或冲击试验，钢的韧性降低，KIc值也显示同样的倾向。
    以前知道冷作工具钢的韧性因淬火温度上升而降低，但采用KIc值韧性相反。这表示在抵抗发生龟裂时，KIc值未必与原先知道的规律相一致。
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高速工具钢的断裂韧性
    关于高速工具钢的断裂韧性最近进行了许多研究，但得到的结果未必一致。可是已经知道，硬度高的情况下KIC值降低，KIc值不怎么受残余碳化物状态的影响（图1）。通常在出现二次硬度峰值的回火温度下KIc值极低，在此温度以上随着硬度的降低KIc值增大，在此温度以下回火KIc值也增大，具有图2那样的峰值。可是在低温回火情况下，KIc的峰值与图2不同，在约400-450℃回火时的报告也存在峰值。根据图2的情况关于淬火温度的影响与冷作工具钢不一样。根据G.Berry等的试验，同样是在淬火温度高的情况下KIc值低，疲劳龟裂传播速度也高。但是淬火温度在1100℃时．KIC值出现最高值，在1050℃淬火虽然硬度低但KIc值降低。在高速工具钢的情况下，淬火温度上升，回火硬度同时也上升，由于淬火温度上升KIc值降低。可以推测因高温回火，所以不管淬火温度的高低，大致已无残余奥氏体以及在淬火温度高的情况下回火硬度高的原因。

图1  高速工具钢中断裂韧性KIC值与硬度的关系（YXR33、YXR3为冶炼马特里克斯高速工具钢）

图2  SKH51的断裂韧性与淬火、回火温度的关系

    关于硬度的影响，在高硬度800HV以上的范围，KIc值不取决于残余碳化物，几乎只依赖于硬度，但在裂纹尖端的塑性变形区域硬度很低，残余碳化物分布密度小的情况KIc值大。

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