Wärmebehandlung von Hartmetallprodukten

Hartmetall ist ein allgemeiner Begriff für Legierungen aus Carbiden, Nitriden, Boriden oder Siliciden von Metallen mit hohem Schmelzpunkt (W, Mo, Ti, V, Ta usw.). In zwei Hauptkategorien von Gießen und Sintern unterteilt. Die Gusslegierung weist eine hohe Sprödigkeit und geringe Zähigkeit auf und hat 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 hat die Verwendung von Karbid in der Formenindustrie zugenommen, da es hauptsächlich zur Herstellung von Hochgeschwindigkeitsschnitten und zur Bearbeitung von harten Materialien verwendet wird. Daher ist es von praktischer Bedeutung, die Wärmebehandlung von Hartlegierungen zu diskutieren und zu untersuchen.

1. Eigenschaften von Hartmetall

Carbid wird nach dem pulvermetallurgischen Verfahren aus der hochschmelzenden Hartmetallverbindung 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 hoher Schmelzpunkt (wie ein Schmelzpunkt von 3140 ° C von TiC), eine hohe Härte (wie eine Härte von 3200 HV von TiC), eine gute chemische Stabilität und eine gute thermische Stabilität, die Härte und die Verschleißfestigkeit davon sind hoch. Geschlecht und chemische Beständigkeit sind viel höher als bei Hochgeschwindigkeitswerkzeugstählen.
Die üblicherweise verwendete Hartmetallphase ist hauptsächlich WC, das eine gute Verschleißfestigkeit aufweist. Einige Karbide haben zwar eine ähnliche Härte wie WC, jedoch nicht die gleiche Verschleißfestigkeit. WC hat eine höhere Streckgrenze (6000 MPa), ist also widerstandsfähiger gegen plastische Verformung. Die Wärmeleitfähigkeit von WC ist ebenfalls gut, und die Wärmeleitfähigkeit ist ein wichtiger Leistungsindex des Werkzeugs. WC hat einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten, etwa 1/3 desjenigen von Stahl; Sein Elastizitätsmodul ist dreimal so hoch wie der von Stahl, und seine Druckfestigkeit ist auch höher als die von Stahl. Zusätzlich hat WC eine gute Beständigkeit gegen Korrosion und Oxidation bei Raumtemperatur, eine gute elektrische Beständigkeit und eine hohe Biegefestigkeit.

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

2. Wärmebehandlung und Legierungsorganisation

Es wurde an den Bindungsphasen von WC-Co-Legierungen mit unterschiedlichen C / W-Verhältnissen von 5% bis 35% WC untersucht. Die Schlussfolgerungen sind wie folgt: γ-Phase oder (γ + WC) -Phasen werden in der Legierung bei langsamer Abkühlung erzeugt; Wenn es (γ + η) Phasen gibt, erscheinen diese. 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 ist das in 1 gezeigte Quasi-Gleichgewichtsphasendiagramm gezeichnet (die durchgezogene Linie ist das Phasendiagramm des stabilen Systems und die gestrichelte Linie ist das lokale Phasendiagramm, das die η-Eigenschaften des quasistabilen Systems darstellt Phase).
Das Tempern (langsames Abkühlen) des typischen Hartmetalls hängt hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt ab: Wenn C / W> 1, fällt der freie Kohlenstoff an der WC-Co-Phasengrenze aus; wenn C / W <1 ist, hat die Mikrostruktur der Legierung In beiden Fällen: Eine liegt im Dreiphasenbereich (WC + γ + η). Es ist unvermeidlich, dass die η-Phase auftritt, nachdem die Legierung langsam abgekühlt ist. Wenn eine so große Menge an η-Phase in der Zementphase vorliegt, erscheinen verzweigte Kristallkörner und die kleinen Körner sind ungleichmäßig verteilt; Wenn es ein großes Korn der η-Phase gibt, sind die Körner weit voneinander entfernt, so dass die Information vorliegt, dass sich die η-Phase zu bilden beginnt. Höhere Temperaturen haben begonnen.
Im anderen Fall, wenn sich die Legierung im Zweiphasenbereich (WC + γ) befindet, wird die W-Legierung aus der Bindephase als Co3W ausgefällt, nachdem die kohlenstoffarme Legierung geglüht wurde. Der Reaktionsprozess kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden. Co kubisch flächenzentriert → Co kubisch flächenzentriert + 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. Tempern bei Temperaturen unterhalb der Kurve ergibt eine dreiphasige Struktur, die Co3W enthält.

3. Auswirkung des Wärmebehandlungsprozesses auf die mechanischen Eigenschaften der Legierungshärte

(1) Wirkung auf die Festigkeit Da WC bei unterschiedlichen Temperaturen in Co eine unterschiedliche Löslichkeit in Feststoffen aufweist, bietet es die Möglichkeit, die Bindemittelphase durch Abschrecken bei der Temperatur der festen Lösung und anschließendes Altern auszufällen. Das Abschrecken kann die Ausfällung von WC und den Homotropieübergang von Co (Co-dichtes hexagonal, Co-flächenzentriert kubisch) hemmen. 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 dessen, dass die Menge an Kobalt, die in Sintercarbiden 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 führt auch zu einer 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.

Fig. 2 Die Feststofflöslichkeitskurve von Wolfram in einer zweiphasigen WC-10% Co-Legierung

Abb.3 Einfluss des Temperns bei 800 ° C auf die Biegefestigkeit des WC-10% Co-Gehalts

Tabelle 2 typisches Wärmebehandlungsverfahren für Hartlegierungen

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

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

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

4. Hartmetallbeschichtung

Um die Verschleißfestigkeit der Hartlegierung weiter zu verbessern, kann ein hartes Material wie TiC oder TiN auf dessen Oberfläche aufgedampft werden. Das Beschichtungsmaterial sollte folgende Anforderungen erfüllen:
1 Es sollte bei niedriger Temperatur und hoher Temperatur eine hohe Härte aufweisen.
2 hat eine gute chemische Stabilität.
3 sollte Durchlässigkeit und kein Luftloch haben.
4 Das zu bearbeitende Material sollte einen geringen Reibungsfaktor haben.
5 Zum festen Verbinden mit dem Werkzeugkörper. 6 Es ist wirtschaftlich und einfach herzustellen. Hartmetall ist heutzutage 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 Drehen im kontinuierlichen Schnitt.
2 Profildrehen mit geringer Änderung der Messertiefe.
3 erfordern intermittierende Fahrzeuge mit geringer Intensität.

4 Hochgeschwindigkeits-Planfräsen von Stahl oder Grauguss.

Die Vorteile von beschichtetem Hartmetall sind vielfältig und lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1 Vielseitigkeit.
2 kann die Genauigkeit der Werkstückschnittfläche verbessern.
3 Die Schnittgeschwindigkeit wird bei gleicher Standzeit stark erhöht.
4 Bei gleicher Schnittgeschwindigkeit kann die Standzeit erhöht werden.
(1) Beschichtungsmaterial Die meisten ausländischen Hersteller verwenden für beschichtete Einsätze eine TiC-Beschichtung, gefolgt von einer TiN-Beschichtung. 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 hohe Temperaturhärte, hohe Festigkeit, gute Oxidationsbeständigkeit und Kraterverschleißfestigkeit. Ihr Nachteil ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient und der Körper größer sind und die Seitenverschleißfestigkeit schlecht ist. Verglichen mit der TiC-Beschichtung hat die TiN-Beschichtung die folgenden Vorteile: Die beschichtete Klinge neigt beim Schneiden nicht zur Bildung von Kratern, und ihr Wärmeausdehnungskoeffizient liegt in der Nähe des des Substrats und weist eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Wärmeschock auf und es ist unwahrscheinlich, dass sich ein Tumor bildet. Die Abnutzung der Seiten ist gut und die Ablagerung und Kontrolle ist einfach. Der Nachteil ist, dass die Haftung auf dem Untergrund weniger fest ist. TiC-TiN-Verbundbeschichtung und Ti (C • N) -Festlösungsbeschichtung sind neue Beschichtungen, die in den 1970er Jahren entwickelt wurden und in der Produktion erfolgreich angewendet 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 eine Abscheidungsreaktionskammer gegeben werden und dann H 2 als Träger verwendet wird, um TiCl 4 und Methan in die Reaktionskammer einzuführen. Ablagerungsreaktion. Die Reaktionstemperatur wird ungefähr auf 1000ºC geregelt. Das Heizverfahren ist fast immer das gleiche Hochfrequenz-Induktionsheizen, und der Ablagerungsdruck 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 Abscheideschaufeln groß ist, sind die Vorteile der Verwendung der Unterdruckabscheidung besonders bedeutend.
(3) Beschichtungsdicke Die Dicke der TiC-Beschichtung beträgt üblicherweise 5 bis 8 um für im In- und Ausland hergestellte Beschichtungseinsätze. 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 dem Beschichtungsstoff entsprechen und die gegenseitige Haftung muss fest sein. 4 wird bei hohen Abscheidetemperaturen 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 gewählt werden. Bei der Bearbeitung von Gusseisen oder Nichteisenmetallen sollten WC-Co-Legierungen gewählt werden. Unterschiedliche Verarbeitungsmaterialien, die Anforderungen an die Beschichtungslegierungsmatrix sind ebenfalls unterschiedlich, was bedeutet, dass die Beschichtung auch personalisiert werden sollte, ein beliebiges Wärmebehandlungsverfahren ist kein Allheilmittel, solange unter den spezifischen Bedingungen ihre Wirksamkeit maximiert wird.

5. Anwendung von Hartmetall in der Werkzeug- und Formenherstellung

(1) Im Bereich der Schneidwerkzeuge weist Hartmetall auch bei hohen Temperaturen von 800 bis 1000 ° C eine hervorragende Schneidleistung auf. Es eignet sich zum schnellen Schneiden bei hohen Temperaturen und hat praktische Bedeutung für die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. Daher ersetzt es nach und nach Schnellarbeitsstähle. Werkzeuge herstellen. Im Jahr 2017 wurde es nicht nur in Drehmaschinen, Hobelmaschinen, Bohrmessern, Dreiblattmessern, Stanzmessern und Schaftfräsern, sondern auch in der kontinuierlichen Förderung der intelligenten Fertigung und von Industrie 4.0 eingesetzt. Weiter und zukunftsorientiert Der Werkstoff Werkzeug ist zweifellos die Welt der Hartlegierungen.
(2) Auf dem Gebiet der Formen werden verschiedene Arten von Drahtziehwerkzeugen und Drahtziehwerkzeugen grundsätzlich aus Hartmetall hergestellt. Die progressive Matrize zur Herstellung von Reißverschlusszähnen verwendet YG8- und YG15-Hartlegierungen, um Ziehmatrizen mit großem Durchmesser und YG20C-Hartmatrizen herzustellen. Legierungen für Mehrpositions-Folgeverbundwerkzeuge. Der nichtmagnetische Modus besteht im Allgemeinen aus YG15- und YG20-Hartmetall. Die Lebensdauer des mit Stickstoffionen implantierten YG8-Drahtziehstempels ist 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.

6. Fazit

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 ein gewisses Maß an Spezifität aufweisen sollte. Die Oberflächenbeschichtung stärkt den neuen Weg für die Verwendung von Hartmetall, und das Beschichtungssubstrat, das Material, das Verfahren und die Dicke sollten ebenfalls individualisiert werden.

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