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粉末冶金材料科学与工程  2023, Vol. 28 Issue (2): 93-112    DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022069
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石墨烯-碳纳米管/WC陶瓷刀具材料的裂纹扩展与力学性能预报模拟
赵文龙1, 孙加林2, 皇志富1, 赵乐3, 李晓3
1.西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室,西安 710049;
2.山东大学 (威海)机电与信息工程学院,威海 264209;
3.威海威硬工具股份有限公司,威海 264210
Simulation of crack propagation and mechanical properties prediction of graphene-carbon nanotubes/WC ceramic tool materials
ZHAO Wenlong1, SUN Jialin2, HUANG Zhifu1, ZHAO Le3, LI Xiao3
1. State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China;
2. School of Mechanical, Electrical and Information Engineering, Shandong University (Weihai), Weihai 264209, China;
3. Weihai Weiying Tool Co., Ltd., Weihai 264210, China
全文: PDF (1814 KB)   HTML (0 KB) 
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 计算机模拟技术的迅猛发展,为陶瓷刀具材料的性能预报和高通量制备提供了理论和技术支持。本文基于Python软件构建含有石墨烯(graphene, 缩写为G)和碳纳米管(carbon nanotube, CNT)的WC陶瓷刀具材料微观结构的参数化模型与力学性能预报模型,研究G-CNT对WC刀具材料微观组织与裂纹扩展行为的影响规律。结果表明:与单一G相比,三维G-CNT空间结构可进一步提升WC陶瓷刀具材料的性能,G-CNT的质量分数为0.4%时,刀具材料的综合力学性能最优。强韧化机理主要包括G-CNT强弱界面超混杂分布、材料断裂模式转变和裂纹偏转等。
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赵文龙
孙加林
皇志富
赵乐
李晓
关键词 WC陶瓷刀具石墨烯-碳纳米管微尺度模拟裂纹扩展力学性能预报    
Abstract:The rapid development of computer simulation technology provides theoretical and technical support for the performance prediction and high-throughput preparation of ceramic tool materials. In this paper, a parametric model and mechanical property prediction model of WC ceramic tool materials containing graphene (G) and carbon nanotube (CNT) were constructed based on Python software. The influence of G-CNT on the microstructure and crack propagation behavior of tool materials was mainly studied. The results show that the three-dimensional G-CNT spatial structure can further improve the properties of WC ceramics compared with single G. When the mass fraction of G-CNT is 0.4%, the tool material has the best comprehensive mechanical properties. The strengthening and toughening mechanism mainly include the super-mixed distribution of G-CNT strong and weak interfaces, material fracture mode transformation, crack deflection, etc.
Key wordsWC ceramic tools    graphene-carbon nanotubes    microscale simulation    crack propagation    mechanical property prediction
收稿日期: 2022-08-13      出版日期: 2023-05-04
ZTFLH:  TG135  
基金资助:国家自然科学基金资助项目(52005396); 陕西省科协青年人才托举计划资助项目(20210414); 山东大学齐鲁青年学者项目(1050522300003)
通讯作者: 孙加林,教授,博士。电话:15686217698;E-mail: sunjialin@sdu.edu.cn   
引用本文:   
赵文龙, 孙加林, 皇志富, 赵乐, 李晓. 石墨烯-碳纳米管/WC陶瓷刀具材料的裂纹扩展与力学性能预报模拟[J]. 粉末冶金材料科学与工程, 2023, 28(2): 93-112.
ZHAO Wenlong, SUN Jialin, HUANG Zhifu, ZHAO Le, LI Xiao. Simulation of crack propagation and mechanical properties prediction of graphene-carbon nanotubes/WC ceramic tool materials. Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy, 2023, 28(2): 93-112.
链接本文:  
http://pmbjb.csu.edu.cn/CN/10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022069     或     http://pmbjb.csu.edu.cn/CN/Y2023/V28/I2/93
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