1. Las características contradictorias del carburo uniforme tradicional

El carburo cementado es un material quebradizo típico. El carburo uniforme tradicional, el material de las diversas partes de la composición y organización uniforme, la aleación es homogénea en todo momento, su rendimiento es consistente. Los componentes principales del carburo cementado incluyen varias fases duras y fases de unión. Las fases duras, como las fases y las soluciones sólidas, juegan un papel importante en la dureza y resistencia al desgaste de las aleaciones. La unión tiene una influencia importante en la resistencia y tenacidad de las aleaciones.
En general, aumentar el tamaño de grano de WC o aumentar el contenido de Co aumentará el espesor de la fase de unión de la aleación y mejorará la plasticidad de la aleación. En aleaciones con buena ductilidad, las tensiones concentradas locales pueden relajar las aleaciones con poca plasticidad debido a la deformación. El inicio y la propagación de grietas son inducidos por la relajación del estrés, lo que resulta en el agrietamiento de la aleación.
Por lo tanto, el método tradicional es aumentar la aleación. El contenido y el aumento del tamaño de grano sirven como una dirección para aumentar la tenacidad de la aleación dura. Sin embargo, al mismo tiempo, se reducen la dureza y la resistencia al desgaste. Por el contrario, la dureza y la resistencia al desgaste se pueden aumentar sin sacrificar la resistencia a la flexión y la resistencia al impacto. Por lo tanto, existe una fuerte contradicción entre la dureza y la tenacidad de los materiales de carburo cementado, y no es fácil obtener un carburo cementado uniforme convencional con alta dureza y tenacidad al mismo tiempo. En muchas condiciones de servicio, la aplicación de aleaciones duras uniformes tradicionales tendrá ciertas limitaciones. Por ejemplo, cuando la bola de perforación de roca y la cabeza de cobalto funcionan, no solo están sujetas a la carga de impacto y a la carga de torsión, sino que también deben ser desgastadas por la roca.
Esto requiere que los dientes de cobalto no solo tengan suficiente resistencia al impacto sino que también tengan una alta resistencia al desgaste que pueda completar su trabajo. Cuando se usan en la síntesis de diamante sintético, los martillos superiores de carburo se someten a altas temperaturas y altas presiones, algunas partes se someten a tensión de compresión, y algunas partes se someten a tensión de tracción o tensión de corte. Las diferentes partes tienen requisitos.
Diferentes prestaciones y características. De esta manera, el conflicto entre la dureza y la tenacidad de la aleación dura de estructura uniforme tradicional restringe la expansión adicional de su campo de aplicación, es difícil cumplir con los requisitos de "doble alta" alta dureza y alta tenacidad para el desarrollo de la sociedad moderna, así que explore El nuevo tipo de material de aleación dura hace que sea particularmente importante que diferentes partes de la herramienta tengan diferentes requisitos funcionales.

Propiedades y aplicación de gradiente de carburo cementado 1

2. Nuevos avances en carburo cementado

Los científicos de materiales de varios países del mundo están tratando de resolver las contradicciones mencionadas anteriormente en la aleación dura uniforme tradicional a través de varias formas efectivas, reducir los costos de producción y uso, y mejorar su rendimiento integral. En la actualidad, existen principalmente aleaciones ultrafinas y nano-duras (el llamado carburo cementado ultrafino es una aleación con un tamaño de grano de carburo de tungsteno de 0.2-0.5 μm, y la aleación nano-dura es una aleación con un carburo de tungsteno El tamaño de grano de menos de 0.2 μm.), el carburo endurecido de plaquetas, el carburo recubierto y el carburo de gradiente funcional, y otras direcciones pueden resolver esta contradicción de manera efectiva. Por ejemplo, cuando el contenido de cobalto de la aleación dura de tamaño nano es alto, no solo tiene un buen rendimiento de fractura, sino que también tiene una alta dureza, alcanzando la mejor combinación de dureza de aleación y carburo de gradiente funcional de dureza al hacer que la fase aglutinante sea dura o dura. La fase a lo largo de One direction está aumentando o disminuyendo para dar a las diferentes partes de la aleación diferentes propiedades, de modo que la combinación de tenacidad y resistencia al desgaste se pueda lograr por completo en el uso del carburo. La siguiente es una breve introducción al nuevo progreso del gradiente de carburo cementado.
Carburo Cementado Funcionalmente Graduado

3. Gradiente de carburo propuesto

Los cambios bruscos en la composición del material y las propiedades en el componente a menudo conducen a concentraciones locales de tensión significativas, ya sea que la tensión sea interna o externa. Si la transición de un material a otro se realiza gradualmente, estas concentraciones de estrés aumentarán considerablemente. reducir.
Estas consideraciones forman el elemento lógico básico de la mayoría de los materiales graduados funcionalmente. Los científicos japoneses primero propusieron materiales graduados funcionalmente, que se caracterizan por la introducción de cambios graduales en la microestructura y / o composición de un componente, el cambio gradual de su microestructura y / o composición en el espacio y las propiedades físicas, químicas y mecánicas de el material.
El rendimiento exhibe un cambio de gradiente correspondiente en el espacio, de modo que cumple con los diferentes requisitos de rendimiento en diferentes ubicaciones del componente, lo que hace que el componente en su conjunto logre los mejores resultados.
Esta idea de diseño se introdujo en el campo del carburo cementado a mediados y finales de la década de 1980, y se propuso un carburo cementado en gradiente, y se logró un rápido desarrollo rápidamente. En el uso real del carburo cementado, diferentes sitios de trabajo a menudo tienen diferentes requisitos de rendimiento. Por ejemplo, la cabeza de cobalto de carburo cementado requiere una alta resistencia al desgaste de la superficie y una resistencia general al impacto.
Es concebible que si se puede desarrollar un nuevo tipo de material de carburo cementado, la característica estructural de este material es que la capa superficial es una estructura con una fase de unión baja y el contenido de la fase de unión del núcleo es un valor promedio, entre capa superficial y el núcleo. Es una capa de transición con un alto contenido de enlace y una distribución continua. En este tipo de estructura, debido a la diferente distribución de la fase de unión en cada parte, el contenido de la capa de unión en la superficie de la aleación es inferior al valor promedio en cada parte, con alta dureza y buena resistencia al desgaste, y la capa de unión contenido en la capa de transición. Alto, puede cumplir con buena tenacidad y resistencia al impacto.

4. Propiedades del gradiente de carburo cementado

En la estructura de dos fases, el contenido de cobalto de la capa superficial es menor que el contenido nominal de cobalto de la aleación, el contenido de cobalto de la capa intermedia es mayor que el contenido nominal de cobalto de la aleación y el contenido de cobalto del núcleo. que contiene la fase η es el contenido nominal de cobalto de la aleación. Como el contenido de cobalto de la aleación muestra un cambio de gradiente, la dureza de las diferentes partes de la aleación también refleja las leyes correspondientes. Además, la distribución en gradiente del contenido de cobalto hace que la contracción de sinterización en diferentes partes de la sección transversal no sea uniforme, lo que da como resultado una tensión residual en la aleación. Debido al bajo contenido de cobalto en la capa superficial de la aleación y al alto contenido de WC + Co + η, la superficie de la aleación tiene una dureza muy alta y muy buena resistencia al desgaste. En la capa intermedia de la aleación, el contenido de cobalto es más alto que el contenido nominal de la aleación y, por lo tanto, la capa tiene buena tenacidad y plasticidad, de modo que la aleación puede soportar cargas más altas. La estructura de fase η dentro de la aleación tiene buena rigidez. Los resultados experimentales muestran que la resistencia al desgaste y la tenacidad de la aleación DP son obviamente mejores que las de la aleación dura uniforme tradicional. La adopción de la aleación DP obviamente puede mejorar la eficiencia de la perforación de rocas y reducir el costo de la minería.
De acuerdo con el estado actual de la investigación de los materiales de gradiente en varios países, existen principalmente tres tipos de carburos de composición de fase unida de carburo cementado de gradiente, tales como aleaciones, carburo cementado de gradiente de composición de fase dura (como la capa β utilizada como matriz de recubrimiento). carburo cementado) y carburo cementado con gradiente de tamaño de grano de fase dura (tal como martillo superior de carburo cementado con gradiente de grano).

5. Mecanismo de formación de gradiente

El punto de vista del mecanismo de formación de la distribución de gradiente de la fase de cobalto causada por la migración direccional de la fase de aglutinante líquido en la aleación después de la cementación aún no se ha unificado. Según los informes de investigación actuales, la migración direccional de la fase líquida incluye principalmente la migración en masa causada por tres tipos diferentes de fases líquidas, la migración orientativa de la fase aglutinante causada por diferentes tamaños de partículas WC y la migración en fase líquida causada por diferentes contenidos de carbono. Por ejemplo, dos aleaciones YG con el mismo contenido de carbono WC, tamaño de partícula uniforme y diferente contenido de cobalto aglutinante se superponen y se mantienen a la temperatura de la fase líquida durante un cierto período de tiempo. Como resultado, la fase de cobalto unido cambia de un contenido alto de cobalto a un contenido bajo de cobalto. Un lado de la migración.
Por ejemplo, uno de diferentes tamaños de partículas son partículas finas, y el otro son partículas gruesas agregadas con el mismo cobalto para formar dos tipos de mezcla, y presionadas en una aleación de doble capa para la sinterización al vacío. La fase de unión líquida parece estar bien de un lado al otro. El lado del grano migra. Mientras que el carburo cementado con alto contenido de carbono se descarbura en la atmósfera de descarburación, la fase de unión líquida migrará desde el interior a la superficie de la muestra, mientras que la aleación con bajo contenido de carbono migrará al centro después de la fase de unión líquida del tratamiento de carburación.
El fenómeno de la migración causado por la diferencia en el contenido de carbono es causado por la diferencia en la cantidad de fase líquida en las diferentes partes de la aleación. Este tipo de aleación descarburada o carburada tiene un contenido de carbono interno desigual, y el contenido de carbono es relativamente alto en regiones con alto contenido de carbono. En regiones con menor contenido de carbono, la fase líquida migra de áreas con alto contenido de carbono a áreas con bajo contenido de carbono. Tomados en conjunto, los mecanismos principales de la migración en fase líquida son:
La fase aglutinante migra desde la región de carburo de grano grueso a la región de carburo de grano fino, y la fuerza impulsora para la migración es la diferencia de presión capilar, es decir, la acción de la fuerza capilar. La fase de unión migra desde la región de fase líquida alta a la región de fase líquida baja y migra. La fuerza impulsora es la diferencia de presión en la fase líquida, es decir, el papel de la expansión o contracción del volumen para generar presión cuando cambia el estado de la sustancia en la fase líquida.

Propiedades y aplicación de carburo cementado en gradiente 2

6. Aplicación de carburo cementado en gradiente

El carburo cementado en gradiente resuelve con éxito la contradicción entre dureza y tenacidad existente en el carburo cementado homogéneo convencional. El desarrollo de este nuevo material se considera el más importante en la historia del carburo cementado desde la década de 1950. Innovación." Debido a la microestructura única y las propiedades del carburo cementado en gradiente, se ha convertido en un importante contenido de investigación en el campo de los materiales funcionales en gradiente y las aleaciones duras. Actualmente, se ha utilizado ampliamente en sustratos de recubrimiento, herramientas de corte de carburo, herramientas de minería y perforación de rocas, troqueles de estiramiento y herramientas de punzonado, y sus campos de aplicación se expanden constantemente.
(1) Utilizado como sustrato de recubrimiento
Debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica de diferentes materiales, los materiales de la herramienta de recubrimiento pueden agrietarse debido al estrés térmico durante el enfriamiento. La estructura de gradiente de carburo cementado se utiliza como matriz, es decir, la matriz de revestimiento sinterizada en gradiente forma una región dúctil que carece de carburos cúbicos y carbonitruros en la región de la superficie, lo que puede evitar que las grietas formadas en el revestimiento se expandan hacia el interior de la aleación. . , mejorar la resistencia de unión de la interfaz y reducir la concentración de tensión de la interfaz, mejorando así el rendimiento de las herramientas de corte de carburo.
(2) Utilizado como herramienta de carburo
Cambiar el carburo cementado tradicional. El modelo de proporción constante se utiliza para fabricar una aleación dura de estructura graduada con bajo contenido de superficie y alto contenido de núcleo, de modo que la capa de superficie tiene una alta dureza y buena resistencia al desgaste, mientras que el núcleo tiene alta resistencia y buena resistencia al impacto, lo que hace que la resistencia y dureza de la aleación. Está bien coordinado y, por lo tanto, se puede utilizar para producir herramientas de corte con resistencia al desgaste y resistencia.
(3) Herramientas de minería y perforación de rocas Herramientas de minería y perforación de rocas
El uso de dientes de bola requiere un mayor desgaste e impacto durante la operación, lo que requiere que la aleación tenga una alta resistencia al desgaste superficial y una alta resistencia. Las aleaciones uniformes convencionales son difíciles de cumplir con este requisito. Tanto la resistencia al desgaste como la tenacidad son significativamente mejores que los carburos uniformes convencionales.
(4) Utilizado como herramienta de perforación
La chapa generalmente se prepara perforando o perforando. Con este método, el material se rompe entre los bordes de trabajo enfrentados. Durante el punzonado, el punzón se mueve a través de la matriz en una dirección perpendicular a la placa de metal y perfora la placa de metal. El modo de falla del punzón generalmente se debe al desgaste del borde de trabajo y eventualmente conduce a que el borde cortante del punzón se vuelva cónico, lo que aumenta la fuerza de fricción durante el punzonado y finalmente conduce a una disminución en la calidad del punzonado. Para aumentar la vida útil de la herramienta de corte de carburo en gradiente tanto como sea posible, se debe utilizar un carburo cementado graduado con una región central de fase η, rodeada por una región circundante libre de núcleos y con una superficie de trabajo expuesta del η -fase. Con el carburo cementado como punzón, el tamaño de grano del WC es de 2-3 μm, el número de tiempos de punzonado para el carburo cementado estándar es solo 15 veces, y el número de punzonado y cizallamiento de carburo cementado para la estructura de gradiente es de hasta 64,000 veces, mientras que el de punzonado de acero El número es de aproximadamente 7231 veces. Se puede ver que el carburo cementado en gradiente como herramienta de perforación puede mejorar en gran medida la vida útil de la herramienta.
El estudio del carburo cementado en gradiente consta de tres partes: diseño del material, preparación del material y evaluación de propiedades. Estas tres partes se complementan entre sí y son indispensables. La preparación del material es el núcleo de la investigación del carburo cementado en gradiente. El diseño del material proporciona la mejor composición y distribución de gradiente de la estructura. Para juzgar si el material diseñado y preparado cumple con la función predeterminada, se debe realizar una evaluación del desempeño.

7. Diseño degradado de carburo cementado

El diseño de carburo cementado en gradiente, generalmente debe pasar por los siguientes enlaces Primero, de acuerdo con la forma estructural de los componentes y las condiciones reales de uso, dibuje las condiciones límite termodinámicas de la base de datos de síntesis y rendimiento de materiales existente, seleccione la posible síntesis de metal- cerámica Sistema de combinación de materiales y método de preparación Suponga la relación de combinación y la regla de distribución de la fase aglutinante y la fase dura, y use la ley de mezcla de la microestructura del material para derivar los parámetros físicos equivalentes de la estructura del material utilizando la teoría termoelástica y el método matemático de cálculo. La función de distribución de los componentes del gradiente de la estructura del material se simula mediante la distribución de temperatura y el estrés térmico, y se diseña la distribución óptima de la composición y el sistema del material. El trabajo central del diseño de carburo cementado en gradiente consta de las siguientes tres partes:
(1) Establecer un modelo de distribución de componentes de gradiente apropiado para que el material funcional de gradiente diseñado cumpla con los requisitos de rendimiento
(2) Estimación de las propiedades físicas de los materiales degradados.
(3) Cálculo del campo de temperatura y la tensión térmica de materiales graduados funcionalmente
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