Die Wirksamkeit von Kohlenstoffkomponenten auf WC-tic-co-zementiertem Carbid 1

WC Co-Hartmetalle lassen sich bei Hochtemperaturanwendungen leicht oxidieren und zersetzen, was viele Probleme wie Sprödigkeit, Sprödbruch, Erweichung der Verarbeitung und Kantenbruch usw. mit sich bringt. Sie sind daher immer noch nicht für das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Stahl geeignet große Einschränkungen. Es ist bekannt, dass WC-Tic-Co-Hartmetalle Verschleißfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Kraterverschleißbeständigkeit aufweisen.

Aufgrund der Tatsache, dass Tic und seine feste Lösung viel spröder als WC sind, weist diese Legierung auch relativ große Defekte auf, dh die Zähigkeit und Schweißbarkeit der Legierung sind schlecht. Wenn der TiC-Gehalt 18% überschreitet, ist die Legierung nicht nur spröde, sondern auch schwer zu schweißen. Darüber hinaus kann tic die Hochtemperaturleistung nicht wesentlich verbessern.

TAC kann nicht nur die Oxidationsbeständigkeit von Hartmetall verbessern, sondern auch das Kornwachstum von WC und Tic hemmen. Es ist ein praktisches Carbid, das die Festigkeit von Hartmetall verbessern kann, ohne die Verschleißfestigkeit von Hartmetall zu verringern. TAC kann die Festigkeit von Hartmetall durch Zugabe von TAC zu WC-Tic-Co-Hartmetall erhöhen. Die Zugabe von TAC trägt zur Verringerung des Reibungskoeffizienten bei, wodurch die Temperatur des Werkzeugs verringert wird. Die Legierung kann bei der Schnitttemperatur eine große Stoßbelastung tragen. Der Schmelzpunkt von TAC liegt bei 3880 ° C. Die Zugabe von TAC ist sehr vorteilhaft, um die Hochtemperaturleistung der Legierung zu verbessern. Selbst bei 1000 ° C kann es eine gute Härte und Festigkeit beibehalten.

Tic und TAC sind in WC unlöslich, während WC in Tic löslich ist. Die Löslichkeit von WC in der durch TAC gebildeten kontinuierlichen festen Lösung beträgt etwa 70 Gew .-% 1 TP1T. Die Löslichkeit von WC in der festen Lösung nimmt mit zunehmendem TAC-Gehalt ab. Die Eigenschaften von WC-Tic-Tac-Co-Legierungen werden hauptsächlich durch Einstellen von Tic + TAC, des Verhältnisses von Ti-Atomzahl zu Ta-Atomzahl und des Kobaltgehalts erreicht. Wenn das Verhältnis von Ti-Atomzahl zu Ta-Atomzahl und der Kobaltgehalt festgelegt sind, ist die Anpassung des TiC + TAC-Gehalts zur Erzielung der besten Leistung zum Forschungsschwerpunkt geworden.

1. Die in diesem Experiment verwendeten Rohstoffe sind: WC-Pulver, Verbundcarbidpulver [(W, Ti, TA) C] -Pulver und Co-Pulver. Die chemische Zusammensetzung und die durchschnittliche Teilchengröße sind in Tabelle 1 gezeigt.

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Tabelle 1 Zusammensetzung und durchschnittliche Partikelgröße der Rohstoffe

Nachdem das Pulver gemäß der Standardtabelle 2 dosiert wurde, wird es 34 Stunden lang auf einer nd7-2l-Planetenkugelmühle gemahlen und gemischt, das Massenverhältnis des Kugelmaterials beträgt 5: 1, das Mahlmedium ist Alkohol, die Zugabemenge beträgt 450 ml / kg beträgt die Mahlgeschwindigkeit 228 U / min, und vier Stunden vor dem Ende des Mahlens wird 2 Gew .-% 1 TP1T-Paraffin zugegeben. Die Aufschlämmung muss gesiebt (325 mesh), vakuumgetrocknet, gesiebt (150 mesh) und nach dem Trocknen in Form gepresst werden, der Pressdruck muss 250 MPa betragen und die Blindgröße muss (25 × 8 × 6,5) mm betragen. Die gepressten Proben wurden in einem Vakuum-Sinterofen vsf-223 bei 1420 ° C für 1 Stunde gesintert.

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Tabelle 2 Zusammensetzungsverhältnis von Legierung%

Das Dreipunkt-Biegemethode wurde verwendet, um die Biegefestigkeit der gesinterten Probe auf einem digitalen Druckfestigkeitstester sgy-50000 zu bestimmen. Die endgültigen Festigkeitsdaten waren der Durchschnittswert von drei Proben. Die Härte HRA der Probe wurde mit dem Rockwell-Härteprüfgerät gemessen. Der Diamantkegel-Eindringkörper mit einer Last von 600 N und einem Kegelwinkel von 120 ° wurde verwendet.

Der Kobaltmagnetismus wird vom Kobaltmagnetprüfgerät gemessen, und die Koerzitivkraft wird vom Koerzitivkraftmesser gemessen. Nachdem die Oberfläche der Probe zu einer Spiegeloberfläche geerdet wurde, wird die Spiegeloberfläche durch das gleichvolumige Gemisch aus 20%-Natriumhydroxidlösung und 20%-Kaliumcyanidlösung korrodiert, und dann wird die metallurgische Beobachtung 4000 Mal am Rasterelektronenmikroskop durchgeführt. Magnetische Eigenschaften Zu den magnetischen Eigenschaften gehören co-magnetische Kom- und Koerzitivkraft HC. Com repräsentiert den Kohlenstoffgehalt in der Legierung, HC repräsentiert die Korngröße von WC. Gemäß der nationalen Norm gb3848-1983 werden der Kobaltmagnetismus und die Koerzitivkraft der Legierung bestimmt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass die relative magnetische Sättigung COM / CO und die Koerzitivkraft HC abnehmen mit zunehmendem Gehalt an Carbidverbindung (W, Ti, TA) C.

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Tabelle 3 Testergebnisse des Kobaltmagnetismus und der Koerzitivkraft von Wolframkobalttitanat

Im Allgemeinen ist die Kontrolle des COM-Gehalts über 85% Kobalt, um sicherzustellen, dass die Legierung nicht entkohlt, das COM / CO-Verhältnis in Gruppe 1 weit niedriger als 85% und sein HC ist ebenfalls ungewöhnlich hoch. Die nichtmagnetische η-Phase (co3w3c) erscheint in der Legierung, die zur ernsthaften Desodorierungsstruktur gehört. Daher werden wir nur die Gruppen 2, 3 und 4 diskutieren:

In diesem Experiment beträgt der Gesamtkohlenstoffgehalt der Legierungsgruppen 2, 3 und 4 7,18 Gew .-% 1 TP1T, 7,61 Gew .-% 1 TP1T, 8,04 Gew .-% 1 TP1T, der Gesamtkohlenstoffgehalt nimmt wiederum zu und die HC nimmt wiederum ab. Die Größe der Koerzitivkraft hängt mit dem Dispersionsgrad der Kobaltphase und dem Kohlenstoffgehalt der Legierung zusammen. Je höher der Dispergiergrad der Kobaltphase ist, desto größer ist die Koerzitivkraft der Legierung. Der Dispergiergrad der Kobaltphase hängt vom Kobaltgehalt und der WC-Korngröße der Legierung ab. Wenn der Kobaltgehalt bestimmt wird, ist die Koerzitivkraft umso höher, je feiner das WC-Korn ist. Daher kann HC als Index verwendet werden, um indirekt die WC-Korngröße zu messen

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Der Kohlenstoffgehalt beeinflusst die feste Lösung von Wolfram in Kobalt. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt der Wolframgehalt in der Kobaltphase ab. Die feste Lösung von Wolfram in Kobalt ist 4 wt% in einer kohlenstoffreichen Legierung und 16 wt% in einer kohlenstoffarmen Legierung. Da w die Auflösung und Ausfällung von WC in der γ-Phase hemmen kann, wird WC verfeinert und HC ist hoch, so dass der Gesamtkohlenstoffgehalt wiederum zunimmt, WC-Korn vergröbert und HC abnimmt. 2.2 Die Ergebnisse des Härte- und Biegefestigkeitstests des Einflusses der Mikrostruktur auf die mechanischen Eigenschaften der Legierung sind in Abbildung 1 dargestellt. Die Biegefestigkeit nimmt mit zunehmendem C-Gehalt der Verbindung Carbid (W, Ti, TA) zu ), während die Härte das Gegenteil ist.

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Abb. 1 Testergebnisse für Härte und Biegefestigkeit von Wolframkobalttitanat

Mit der Abnahme des C-Gehalts in den Verbindungscarbiden (W, Ti, TA) nimmt HC zu, dh die WC-Kornverfeinerung. Die Härte nimmt mit der Verfeinerung der WC-Körner zu, wenn der Kobaltgehalt konstant ist. Dies liegt daran, dass die Legierung durch die Korngrenze und die Phasengrenze verstärkt wird und die Verfeinerung des Carbidkorns seine Löslichkeit in der Bindungsphase erhöht und auch die Härte der γ-Phase erhöht wird, was zu einer Erhöhung der Härte führt der gesamten Legierung.

Die Auswirkung der WC-Korngröße auf die Bruchzähigkeit ist jedoch komplexer. Bei der Legierung mit einer Korngröße von weniger als einem Mikrometer sind die Haupteinkerbungsrisse eine Rissauslenkung (intergranular) und eine Überbrückung der Zähigkeit mit einer geringen Menge an transgranularem Bruch.

Wenn die WC-Partikelgröße feiner wird, nimmt die Wahrscheinlichkeit von Defekten in den Körnern ab und die Festigkeit der Partikel nimmt zu, was zu einer Abnahme des transgranularen Bruchs und der Zunahme des intergranularen Bruchs führt. Für die Legierung mit großer Korngröße gibt es nur vier unabhängige Schlupfsysteme im WC-Kristall. Mit zunehmender WC-Korngröße nehmen die Durchbiegung und die Bifurkation des Risses zu, was zu einer Zunahme der Bruchfläche und einer Härtung führt. Daher ist es nicht genau, die Biegefestigkeit allein anhand der Korngröße zu beurteilen, und ihre Mikrostruktur sollte ebenfalls analysiert werden.

Die metallurgische Struktur von Hartmetall mit vier verschiedenen C-Gehalten an Verbundcarbiden (W, Ti, TA) C ist in Abbildung 2 dargestellt. Mit zunehmendem C-Gehalt (W, Ti, TA) C ist die Form von WC tendenziell regelmäßig. Die meisten WC in Abbildung 2a sind unregelmäßig lange Stäbe, die intensiv angeordnet sind. Die durchschnittliche Korngröße von WC ist relativ fein, aber sein angrenzender Grad ist hoch, was durch die unzureichende Kristallisation von WC verursacht wird, die Kobaltphase umhüllt WC nicht vollständig und die Dicke ist ungleichmäßig. Und es gibt grobe dreieckige WC-Körner. Wenn sich die η-Phase zersetzt, fällt CO aus, was zu einer lokalen Co-Anreicherung führt. Gleichzeitig fallen W und C auf den umgebenden WC-Körnern aus, um grobe dreieckige WC-Körner zu bilden. Aus Abbildung 2a-2d ist ersichtlich, dass sich Form, Größe und Verteilung der WC-Körner offensichtlich ändern. WC-Körner neigen zur regelmäßigen Plattenform, die Vergröberungsnähe der Körner nimmt ab und der durchschnittliche freie Weg λ der Bindungsphase nimmt zu. In Fig. 2D sind WC-Körner gut entwickelt, mit einer engen Teilchengrößenverteilung, einem geringen groben benachbarten Grad an Körnern, einem großen durchschnittlichen freien Weg λ der Bindungsphase, von denen die meisten etwa 1,0 um Platten-WC sind, und einer kleinen Menge Dreieck-WC etwa 200 nm, die alle Dispersionsverteilung sind.

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Fig. 2 metallographisches Bild des C-Gehalts verschiedener Verbindungscarbide (W, Ti, TA) in Hartmetall

Die Auflösungsausfällung von WC tritt beim Sinterprozess auf, wodurch sich das WC mit höherer Energie (kleine Partikel, Kanten und Ecken der Partikeloberfläche, Ausbuchtungen und Kontaktpunkte) bevorzugt auflöst und das WC in flüssiger Phasenablagerung auf der Oberfläche von auflöst großes WC nach der Ausfällung, wodurch das kleine WC verschwindet und das große WC zunimmt und sich die Partikel in Abhängigkeit von der Formanpassung enger ansammeln, die Partikeloberfläche tendenziell glatt ist und die beiden WCS den Abstand zwischen ihnen verkürzen .

Beim Sinterprozess einer Kobaltlegierung mit niedrigem Kobaltgehalt nimmt der Anstieg des Gesamtkohlenstoffgehalts, die Menge der flüssigen Phase und die Verweilzeit der flüssigen Phase zu, der Fällungsprozess der WC-Auflösung ist vollständiger, die WC-Körner entwickeln sich vollständig, die Oberfläche ist glatter. und die Partikelgrößenverteilung ist gleichmäßiger. Zusätzlich nimmt mit zunehmendem Gesamtkohlenstoffgehalt der Legierung die feste Lösung von W in CO ab, und die Abnahme des W-Gehalts in der Bindungsphase verbessert die Plastizität der Bindungsphase, wodurch die Biegefestigkeit der Legierung erhöht wird Hartmetall. Daher nimmt die Biegefestigkeit mit zunehmendem Gesamtkohlenstoffgehalt zu.

Fazit

(1) Wenn der Gehalt an CO konstant ist, nimmt mit zunehmendem Gehalt an Carbid (W, Ti, TA) C der Gesamtkohlenstoffgehalt der Legierung zu, HC nimmt ab, WC-Korn vergröbert, w Lösung in CO nimmt ab und Die Härte der Legierung nimmt ab.

(2) Die metallographische Struktur der Legierung hängt eng mit dem Gesamtkohlenstoffgehalt der Legierung zusammen. Der Gehalt an zusammengesetztem Carbid (W, Ti, TA) C nimmt zu, der Gesamtkohlenstoffgehalt der Legierung nimmt zu, die WC-Kornnachbarschaft nimmt ab, die Teilchengrößenverteilung verengt sich, der durchschnittliche freie Weg λ der Bindungsphase nimmt zu und die Biegefestigkeit erhöht sich.

(3) Die beste Mikrostruktur und Eigenschaften von wcta sind wie folgt: Wenn der Gesamtkohlenstoffgehalt 8,04 Gew .-% 1 TP1T beträgt, beträgt die Härte 91,9 Stunden und die Biegefestigkeit 1108 MPa.

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