Wärmebehandlung von Wolframcarbidprodukten

Zementcarbid (Hartmetall) ist ein allgemeiner Begriff für Legierungen, die aus Carbiden, Nitriden, Boriden oder Siliziden von Metallen mit hohem Schmelzpunkt (W, Mo, Ti, V, Ta usw.) bestehen. Unterteilt in zwei Hauptkategorien Gießen und Sintern. Die Gusslegierung hat eine hohe Sprödigkeit und eine geringe Zähigkeit und einen geringen praktischen Anwendungswert. Weit verbreitet sind Sinterlegierungen, die in der Regel aus Wolframcarbid oder Titancarbid und Kobaltpulver gesintert werden und eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Heißhärte aufweisen. In den letzten Jahren wurde auch hauptsächlich die Verwendung von Hartmetall in der Formenindustrie eingesetzt, weshalb es von praktischer Bedeutung ist, die Wärmebehandlung von Hartlegierungen zu diskutieren und zu untersuchen.

Carbid wird nach dem Verfahren der Pulvermetallurgie aus der feuerfesten Metallhartverbindung und der Metallbindungsphase hergestellt. Die üblicherweise verwendeten harten Verbindungen sind Carbide. Als Hartlegierung für Schneidwerkzeuge, üblicherweise verwendetes WC, TiC, TaC, NbC usw., ist das Bindemittel Co, und die Festigkeit des Hartmetalls hängt hauptsächlich vom Gehalt an Co. ab, da das Hartmetall im Hartmetall a hoher Schmelzpunkt (wie ein Schmelzpunkt von 3140 ° C von Ti C), eine hohe Härte (wie eine Härte von 3200 HV von TiC), eine gute chemische Stabilität und eine gute thermische Stabilität, die Härte und Verschleißfestigkeit davon sind hoch. Geschlecht und chemische Stabilität sind viel höher als bei Hochgeschwindigkeitswerkzeugstählen.

Die üblicherweise verwendete Sintercarbid-Hartphase ist hauptsächlich WC, das eine gute Verschleißfestigkeit aufweist. Obwohl einige Hartmetalle eine ähnliche Härte wie WC haben, haben sie nicht die gleiche Verschleißfestigkeit. WC hat eine höhere Streckgrenze (6000 MPa) und ist daher widerstandsfähiger gegen plastische Verformung. Die Wärmeleitfähigkeit von WC ist ebenfalls gut, und die Wärmeleitfähigkeit ist ein wichtiger Leistungsindex des Werkzeugs. WC hat einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten, etwa 1/3 von dem von Stahl; sein Elastizitätsmodul ist dreimal so hoch wie der von Stahl, und seine Druckfestigkeit ist ebenfalls höher als die von Stahl. Darüber hinaus hat WC eine gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei Raumtemperatur, einen guten elektrischen Widerstand und eine hohe Biegefestigkeit.

Abb.1 Das Quasi-Gleichgewichtsdiagramm der WC-Co-Legierung

Es wurde an den Bindungsphasen von WC-Co-Legierungen mit unterschiedlichen C / W-Verhältnissen von 5% zu 35% WC untersucht. Die Schlussfolgerungen werden wie folgt gezogen: γ-Phasen- oder (γ + WC) -Phasen werden in der Legierung bei langsamer Abkühlung erzeugt; Wenn es (γ + η) Phasen gibt, treten diese auf. Da jedoch die (γ + η) -Phase instabil ist, wandelt sich die (γ + η) -Phase nach dem Tempern in eine stabile (γ + WC) -Phase um. Gemäß den Testergebnissen wird das in Fig. 1 gezeigte Quasi-Gleichgewichts-Phasendiagramm gezeichnet (die durchgezogene Linie ist das Phasendiagramm des stabilen Systems, und die gestrichelte Linie ist das lokale Phasendiagramm, das die η-Eigenschaften des Quasistabilen darstellt Phase).

Das Tempern (langsames Abkühlen) des typischen Hartmetalls hängt hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt ab: Wenn C / W> 1 ist, fällt der freie Kohlenstoff an der WC-Co-Phasengrenze aus; Wenn das C / W <1 ist, hat die Mikrostruktur der Legierung in beiden Fällen: Eine befindet sich im Dreiphasenbereich (WC + γ + η). Es ist unvermeidlich, dass die η-Phase auftritt, nachdem die Legierung langsam abgekühlt ist. Wenn in der zementartigen Phase eine so große Menge an η-Phase vorhanden ist, erscheinen verzweigte Kristallkörner und die kleinen Körner sind ungleichmäßig verteilt; Wenn es ein großes Korn der η-Phase gibt, sind die Körner durch eine große Entfernung voneinander getrennt, so dass es Informationen gibt, dass die η-Phase ist. Es haben sich höhere Temperaturen gebildet.

Im anderen Fall, wenn sich die Legierung im Zweiphasenbereich (WC + γ) befindet, wird die W-Legierung nach dem Tempern der kohlenstoffarmen Legierung als Co3W aus der Bindungsphase ausgefällt. Der Reaktionsprozess kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden. Co Flächenzentrierte kubische → Co Flächenzentrierte kubische + Co3W Daher wird diese kohlenstoffarme zweiphasige WC-Co-Legierung nach dem Tempern in eine dreiphasige (WC + γ + CoW) Struktur umgewandelt. 2 zeigt die Auflösungskurven von W für zweiphasige WC-Co-Legierungen bei verschiedenen Glühtemperaturen. Die Kurve ist die kritische Temperaturkurve für zweiphasige Legierungen, die in dreiphasige (WC + γ + CoW) Legierungen umgewandelt wurden: oberhalb der Kurventemperatur Das Tempern führt zu einer zweiphasigen Mikrostrukturlegierung; Das Tempern bei Temperaturen unterhalb der Kurve ergibt eine dreiphasige Struktur, die Co3W enthält.

(1) Auswirkung auf die Festigkeit Da WC bei unterschiedlichen Temperaturen in Co eine unterschiedliche Feststofflöslichkeit aufweist, bietet es die Möglichkeit der Ausscheidungshärtung der Bindemittelphase durch Abschrecken bei fester Lösungstemperatur und anschließende Alterung. Das Abschrecken kann die Ausfällung von WC und den Homotropieübergang von Co hemmen (Co dicht hexagonal, Co flächenzentriert kubisch). Es wurde berichtet, dass die Festigkeit der Legierung, die 40%-Kobalt enthält, nach dem Abschrecken um etwa 10% erhöht werden kann, aber die Festigkeit der Legierung, die 10%-Kobalt enthält, nach dem Abschrecken verringert wird. In Anbetracht der Tatsache, dass die Menge an Kobalt, die in Hartmetallen enthalten ist, die üblicherweise in der Technik verwendet werden, im Allgemeinen 10% bis 37% beträgt, ist der Effekt der Wärmebehandlung auf die Legierungsfestigkeit sehr gering. Jemand wagte es zu behaupten, dass das Abschrecken kein Weg ist, die Festigkeit von W-Co-Legierungen zu erhöhen. Das Tempern bewirkt auch eine Abnahme der Festigkeit der Legierung, wie in den Tabellen 1 und 3 gezeigt. Die Eigenschaften von Wolframcarbid variieren mit der Menge an enthaltenem Co und der Dicke der Körner, wie in 4 gezeigt.

Abb. 2 Die Feststofflöslichkeitskurve von Wolfram in der Zweiphasenlegierung WC-10%Co

Fig. 3 Wirkung des Temperns bei 800ºC auf die Biegefestigkeit des WC-10%Co-Gehalts

Tabelle 1 Auswirkung des Temperns bei 650 ° C auf die Biegefestigkeit der WC-11% Co-Legierung

(2) Auswirkung auf die Härte Wenn die WC-Co-Legierung altert, fallen Co3WCX und Co3WCX in einer dichten Gewebephase aus, so dass die Härte der Legierung zunimmt, die Härte der Legierung jedoch abnimmt, wenn sie anschließend in Co3W umgewandelt wird. Die H. Jonsson-Testdaten sind in 5 und 6 gezeigt. Obwohl das Vorhandensein von Co3WCX nach der Wärmebehandlung die Härte der Legierung geringfügig verbessert, wird angesichts der längeren Wärmebehandlungszeit und der Verringerung der Biegefestigkeit angenommen, dass die Ausfällung erfolgt der Co3WCX-Phase, um die Bindemittelphase dispergieren und aushärten zu lassen, ist keine wirksame Methode zur Entwicklung neuer Qualitäten. Ein anderer Weg sollte gefunden werden. .

(3) Die typische Wärmebehandlung von Hartmetall ist in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2 typisches Wärmebehandlungsverfahren für Hartlegierungen

Abbildung 4 Die Eigenschaften von WC-Hartmetall variieren mit der Menge an Co und der Korngröße

Fig. 5 Beziehung zwischen Härte und Alterungszeit der Bindemittelphase der WC-Co-Legierung

Abb. 6 Zusammenhang zwischen Härte und Alterungszeit der WC-Co-Legierung

Um die Verschleißfestigkeit der Hartlegierung weiter zu verbessern, kann ein hartes Material wie TiC oder TiN auf dessen Oberfläche aufgedampft werden. Das Beschichtungsmaterial sollte die folgenden Anforderungen erfüllen:

1 Es sollte eine hohe Härte bei niedriger Temperatur und hoher Temperatur haben.

2 hat eine gute chemische Stabilität.

3 sollte Durchlässigkeit und kein Luftloch haben.

4 Das zu verarbeitende Material sollte einen geringen Reibungsfaktor haben.

5 Um sich fest mit dem Werkzeugkörper zu verbinden. 6 Es ist wirtschaftlich und einfach herzustellen. In der heutigen Welt ist Hartmetall auch das Hauptmaterial für Schneidwerkzeuge. Es erweitert auch seinen Anwendungsanteil in Formen, Messwerkzeugen und anderen Bereichen.

Zusammenfassend wird es hauptsächlich in folgenden Aspekten verwendet:

1 Kontinuierliches Schneiden.

2 Profilieren mit geringer Änderung der Messertiefe.

3 erfordern intermittierende Fahrzeuge mit geringer Intensität.

Die Vorteile von beschichtetem Hartmetall sind vielfältig und lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1 Gute Vielseitigkeit.

2 kann die Genauigkeit der Werkstückschneidfläche verbessern.

3 Die Schnittgeschwindigkeit wird bei gleicher Standzeit stark erhöht.

4 Bei gleicher Schnittgeschwindigkeit kann die Standzeit verlängert werden.

(1) Beschichtungsmaterial Die meisten ausländischen Hersteller verwenden TiC-Beschichtungen für beschichtete Einsätze, gefolgt von TiN-Beschichtungen. Die TiC-TiN-Verbundbeschichtung und die Ti (C · N) -Festlösungsbeschichtung nahmen allmählich zu. In den letzten Jahren wurden auch viele neue Verbundbeschichtungen entwickelt.

TiC ist derzeit ein ideales Beschichtungsmaterial. Seine Vorteile sind Hochtemperaturhärte, hohe Festigkeit, gute Oxidationsbeständigkeit und Kraterverschleißbeständigkeit. Sein Nachteil ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient und der Körper größer sind und die Seitenverschleißfestigkeit schlecht ist. Gegenüber der TiC-Beschichtung weist die TiN-Beschichtung die folgenden Vorteile auf: Die beschichtete Klinge neigt beim Schneiden kaum zur Bildung eines Kraters, und ihr Wärmeausdehnungskoeffizient liegt nahe dem des Substrats und weist eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Wärmeschock auf und es ist unwahrscheinlich, dass sich ein Tumor bildet. Anti-Side-Verschleiß ist gut und leicht abzulegen und zu kontrollieren. Der Nachteil ist, dass die Haftung auf dem Substrat weniger fest ist. TiC-TiN-Verbundbeschichtung und Ti (C • N) -Festlösungsbeschichtung sind neue Beschichtungen, die in den 1970er Jahren entwickelt wurden und erfolgreich in der Produktion eingesetzt wurden.

Die Verbundbeschichtung Hartbeschichtung hat eine vielversprechende Zukunft.

(2) Beschichtungsverfahren Das Verfahren und die Ausrüstung zur Herstellung von TiC-Beschichtungseinsätzen im In- und Ausland sind ähnlich. Das gemeinsame Merkmal ist, dass die behandelten Hartmetalleinsätze in einer Abscheidungsreaktionskammer angeordnet sind und dann H2 als Träger verwendet wird, um TiCl 4 und Methan in die Reaktionskammer einzuführen. Abscheidungsreaktion. Die Reaktionstemperatur wird grob auf etwa 1000 ° C geregelt. Das Heizverfahren ist fast immer das gleiche Hochfrequenz-Induktionserhitzen, und der Abscheidungsdruck ist meistens ein Unterdruck. Obwohl eine Beschichtung von guter Qualität unter Normaldruck abgeschieden werden kann, ist die Verwendung der Unterdruckabscheidung effizienter und die Beschichtung ist gleichmäßiger und dichter. Insbesondere wenn die Anzahl der Abscheidungsschaufeln groß ist, sind die Vorteile der Verwendung einer Unterdruckabscheidung besonders bedeutend.

(3) Beschichtungsdicke Die Dicke der TiC-Beschichtung beträgt üblicherweise 5 bis 8 um für Beschichtungseinsätze, die im In- und Ausland hergestellt werden. Die Dicke der TiN-Beschichtung liegt im Bereich von 8 bis 12 um. (4) Die Beschichtungsleistung der Beschichtungsmatrix wird stark von der Matrixzusammensetzung beeinflusst. Die beschichtete Klingenmatrix sollte die folgenden Anforderungen erfüllen: 1 hat eine gute Zähigkeit und Beständigkeit gegen plastische Verformung. 2 hat eine hohe Härte. 3 Die chemische Zusammensetzung muss mit dem Beschichtungsmaterial übereinstimmen, und die gegenseitige Haftung sollte fest sein. 4 wird bei hohen Abscheidungstemperaturen nicht beschädigt. 5 Der Ausdehnungskoeffizient ist ähnlich dem des Beschichtungsmaterials. 6 hat eine gute Wärmeleitfähigkeit. Bei der Bearbeitung von Stahlwerkstoffen sollten WiC-TC-Co- oder WC-TiC-TaC-Co-Legierungen ausgewählt werden. Bei der Bearbeitung von Gusseisen oder Nichteisenmetallen sollten WC-Co-Legierungen ausgewählt werden. Unterschiedliche Verarbeitungsmaterialien, die Anforderungen an die Beschichtungslegierungsmatrix sind ebenfalls unterschiedlich, was bedeutet, dass die Beschichtung auch personalisiert werden sollte, jeder Wärmebehandlungsprozess ist kein Allheilmittel, solange unter den spezifischen Bedingungen, um ihre Wirksamkeit zu maximieren.

(1) Im Bereich der Schneidwerkzeuge behält Hartmetall auch bei hohen Temperaturen von 800-1000 ° C eine hervorragende Schneidleistung bei. Es eignet sich zum schnellen Schneiden bei hohen Temperaturen und hat praktische Bedeutung für die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. Daher werden nach und nach Hochgeschwindigkeitswerkzeugstähle ersetzt. Werkzeuge herstellen. Im Jahr 2017 wurde es nicht nur in Drehmaschinen, Hobeln, Bohrmessern, Dreiblattschneidern, Stanzmaschinen und Schaftfräsern eingesetzt, sondern auch mit der kontinuierlichen Förderung von Smart Manufacturing und Industrial 4.0. Breiter und mit Blick auf die Zukunft Werkzeugmaterial ist zweifellos die Welt der Hartlegierungen.

(2) Auf dem Gebiet der Formen bestehen verschiedene Arten von Drahtziehwerkzeugen und Drahtziehwerkzeugen im Wesentlichen aus Hartmetall. Die progressive Matrize zur Herstellung von Reißverschlusszähnen verwendet YG8- und YG15-Hartlegierungen zur Herstellung von Ziehmatrizen mit großem Durchmesser und YG20C-Hartmatrizen. Legierungen für progressive Matrizen mit mehreren Positionen. Der nichtmagnetische Modus besteht im Allgemeinen aus YG15- und YG20-Hartmetall. Die Lebensdauer des mit YG8-Stickstoffionen implantierten Drahtziehwerkzeugs wird mehr als verdoppelt. Kurz gesagt, die Anwendung von Hartmetall in Formen wird immer häufiger. Es wird auch in der Messgeräte- und anderen Werkzeugindustrie verwendet und wird nicht im Detail beschrieben.

Nach der entsprechenden Wärmebehandlung der Hartlegierung kann sich zwar die Härte etwas verbessern, jedoch unter Berücksichtigung der längeren Wärmebehandlungszeit und nachteilig für die Biegefestigkeit, so dass die Wärmebehandlung einen gewissen Grad an Spezifität aufweisen sollte. Die Oberflächenbeschichtung stärkt den neuen Weg für die Verwendung von Hartmetall, und das Beschichtungssubstrat, das Material, der Prozess und die Dicke sollten ebenfalls individualisiert werden.