硬質合金刀具熱疲勞機制

硬質合金刀具是一種以難熔金屬化合物(WC)為基體，以過渡族金屬(Co，Fe，Ni)為粘結相，通過粉末冶金方法製備的工具材料。硬質合金刀具具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、熱膨脹係數小以及化學性質較為穩定等優點，在工業中得到了廣泛的應用。

硬質合金刀具在高速切削，尤其是在斷續車削和銑削加工過程中，硬質合金刀具要不斷地受到因切削時升溫和退刀時降溫以及切削液的冷卻等引起的熱衝擊作用，很容易在刀具內部形成溫度梯度，產生熱應力，熱應力和機械應力共同作用很容易導致刀具疲勞破損，從而使刀具過早失效。因此，研究硬質合金刀具材料熱疲勞機制具有重要意義。

硬質合金刀具在使用過程中會不斷承受交變彎曲應力、頻繁機械衝擊以及切入和切出工件時溫度的週期性變化引起的熱衝擊應力，從而導致表面裂紋的產生，發生粘刀和崩刃。表面裂紋產生的原因是由於材料的熱脹冷縮，材料內外之間產生溫度差，金屬材料的抗熱衝擊性能主要取決於材料熱導率和熱漲產生的應變大小。硬質合金刀具在頻繁的切入和切出工件時，局部溫度可達1000℃以上，由於刀具材料不同區域的熱膨脹係數不同，當其在冷卻液或風冷作用下產生熱應力，當熱應力過大時，會導致材料表面形成裂紋。同時，切削熱以及刀具工件相互摩擦引起刀具內部溫度分佈不均勾，刀具會出現不同程度的斷裂失效。究其原因主要為熱疲勞裂紋的萌生、擴展，最終導致刀具失效。硬質合金熱疲勞是由溫度的週期性變化或者迴圈作用，使材料裂紋萌生和擴展。

雖然硬質合金硬度比陶瓷、立方氮化硼和金剛石稍低，但比普通碳鋼、高速鋼高得多，其韌性比高速鋼略低，但比陶瓷、立方氮化硼和金剛石等高得多，這就決定了硬質合金在刀具行業中不可替代的地位。