2.4. Взаимосвязь между твердостью, прочностью и ударной вязкостью им.

Зависимость между твердостью и ударной вязкостью принципиально одинакова для всех материалов. Увеличение твердости приводит к снижению ударной вязкости.

Зависимость между твердостью и пределом прочности более сложная, она имеет экстремальный характер.

Предел прочности возрастает одновременно с ростом твердости до 48 – 52HRC, дальнейшее увеличение твердости вызывает резкое падение предела прочности. Это связано с изменением механизма разрушения. На первом этапе роста твердости разрушение вязкое, оно предваряется пластической деформацией, осуществление которой требует затрат энергии; на втором этапе разрушение хрупкое. Твердость режущих инструментов значительно выше 48 - 52HRC, поэтому повышение твердости ИМ, используемого для изготовления режущего инструмента, всегда сопровождается снижением прочности.

Прочность и ударная вязкость ИМ должна назначаться из принципа достаточности – не должно быть выкрашивания режущей кромки и, тем более, поломки инструмента. Дальнейшее повышение прочности и ударной вязкости нецелесообразно, т.к. приведет к необоснованной потере твердости и, как следствие, износостойкости инструмента.

2.5.Трещиностойкость.

Трещиностойкость характеризует способность материала сохранять свою работоспособность (не разрушаться) при наличии трещины.

Трещина в материале может возникнуть в результате усталости, быть следствием металлургического дефекта и т.п. Трещина является концентратором напряжений в ее вершине напряжения (s_у^max) значительно превосходят средние (s_ср), т.е. расчетные, они тем больше, чем длиннее и острее трещина:s_у^max=s_ср2Öl/r. По мере удаления от устья трещины напряжения падают (рис. 2.6).

Если напряжения в устье трещины таковы, что вызывают ее распространение, происходит разрушение инструмента (детали), не смотря на то, что расчетные напряжения ниже предела текучести материала.

Трещиностойкость оценивается критерием К_1с. Коэффициент К_1с связывает величину разрушающих напряжений, воздействующих на деталь, и длину трещины:

К_1с=2s_рÖpl, гдеs_р - разрушающие напряжения, которые следует учитывать в прочностных расчетах, при известной длине трещиныl. Таким образом размерность коэффициента - МПа´×м^1/2 или кгс´×мм^--3/2.

Коэффициент трещиностойкости зависит только от свойств материала, т.е. является его характеристикой:

К_1с=[2Е(g+Р)/(1-m)²]^1/2, где Е - модуль упругости,m- коэффициент Пуассона, Р – удельная работа пластического деформирования при распространении трещины,g- удельная энергия поверхностного натяжения (она стремится стянуть края трещины, т.е. ее необходимо преодолеть при распространении трещины). Для металлов Р>>gи этой величиной пренебрегают.

Величину К_1с конструкционных материалов, обладающих достаточно высокой пластичностью, определяют на специальных образцах с заранее образованной трещиной при внецентровом растяжении.

Для материалов высокой твердости (твердые сплавы, режущая керамика) определения величины К_1свыполняют методом идентирования. Он заключается в том, что на твердомере типа ТВ (метод Виккерса) выбирается такая нагрузка на индентор, чтобы в углах отпечатка образовывались трещины (рис. 2.7).

Значения К_1сопределяют по следующей формуле:

К_1с=0,075Р/а^3/2[кгс/мм^3/2], где Р – нагрузка[кгс], а – половина длины трещины[мм].

Чем выше твердость ИМ, тем меньше его трещиностойкость. Так, значения К_1ссоставляют 10 –12; 4-5; 2-5 МПа´м^1/2, для твердых сплавов, режущей керамики и алмаза, соответственно.

Низкие значения этого параметра являются еще одним подтверждением чувствительности ИМ к концентраторам напряжений: трещинам, надрезам.