硬质合金刀具热疲劳机制

硬质合金刀具是一种以难熔金属化合物(WC)为基体，以过渡族金属(Co，Fe，Ni)为粘结相，通过粉末冶金方法制备的工具材料。硬质合金刀具具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小以及化学性质较为稳定等优点，在工业中得到了广泛的应用。

硬质合金刀具在高速切削，尤其是在断续车削和铣削加工过程中，硬质合金刀具要不断地受到因切削时升温和退刀时降温以及切削液的冷却等引起的热冲击作用，很容易在刀具内部形成温度梯度，产生热应力，热应力和机械应力共同作用很容易导致刀具疲劳破损，从而使刀具过早失效。因此，研究硬质合金刀具材料热疲劳机制具有重要意义。

硬质合金刀具在使用过程中会不断承受交变弯曲应力、频繁机械冲击以及切入和切出工件时温度的周期性变化引起的热冲击应力，从而导致表面裂纹的产生，发生粘刀和崩刃。表面裂纹产生的原因是由于材料的热胀冷缩，材料内外之间产生温度差，金属材料的抗热冲击性能主要取决于材料热导率和热涨产生的应变大小。硬质合金刀具在频繁的切入和切出工件时，局部温度可达1000℃以上，由于刀具材料不同区域的热膨胀系数不同，当其在冷却液或风冷作用下产生热应力，当热应力过大时，会导致材料表面形成裂纹。同时，切削热以及刀具工件相互摩擦引起刀具内部温度分布不均勾，刀具会出现不同程度的断裂失效。究其原因主要为热疲劳裂纹的萌生、扩展，最终导致刀具失效。硬质合金热疲劳是由温度的周期性变化或者循环作用，使材料裂纹萌生和扩展。

虽然硬质合金硬度比陶瓷、立方氮化硼和金刚石稍低，但比普通碳钢、高速钢高得多，其韧性比高速钢略低，但比陶瓷、立方氮化硼和金刚石等高得多，这就决定了硬质合金在刀具行业中不可替代的地位。