Propiedades y Aplicación de Gradiente de Carburo Cementado.

1. Las características contradictorias del carburo uniforme tradicional.

El carburo cementado es un material frágil típico. El carburo uniforme tradicional, el material de las diversas partes de la composición y organización uniformes, la aleación es homogénea en todas partes, 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, desempeñan un papel importante en la dureza y la resistencia al desgaste de las aleaciones. La unión tiene una influencia importante en la resistencia y resistencia 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 de la grieta y la propagación son inducidos por la relajación de tensión, 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, la dureza y la resistencia al desgaste se reducen. A la inversa, 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 están funcionando, no solo están sujetas a la carga de impacto y la carga de torsión, sino que también deben ser llevadas seriamente por la roca.
Esto requiere que los dientes de cobalto no solo tengan una resistencia al impacto suficiente, sino que también tengan una alta resistencia al desgaste que pueda completar su trabajo. Cuando se utilizan en la síntesis de diamantes sintéticos, los martillos superiores de carburo se someten a altas temperaturas y altas presiones, algunas partes se someten a esfuerzos de compresión y otras se someten a esfuerzos de tracción o esfuerzo cortante. 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 "dureza alta" y dureza alta para el desarrollo de la sociedad moderna. así que explore El nuevo tipo de material de aleación dura hace que sea particularmente importante que las diferentes partes de la herramienta tengan diferentes requisitos funcionales.

2. Nuevos avances en carburo cementado.

Los científicos de diversos países del mundo están tratando de resolver las contradicciones mencionadas en la aleación dura tradicional y uniforme 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 denominado 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 carburo de tungsteno grano de menos de 0.2 μm.), carburo endurecido por plaquetas, carburo revestido y 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 nanométrico es alto, no solo tiene un buen rendimiento de fractura, sino que también tiene una gran dureza, alcanzando la mejor combinación de dureza de la aleación y carburo de gradiente funcional de dureza al hacer la fase aglutinante o dura. la fase a lo largo de Una dirección aumenta o disminuye para dar a las diferentes partes de la aleación diferentes propiedades, de modo que la combinación de tenacidad y resistencia al desgaste se puede lograr completamente en el uso del carburo. La siguiente es una breve introducción al nuevo progreso del carburo cementado en gradiente.
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 de estrés locales significativas, ya sea que el estrés sea interno o externo. 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 clasificados funcionalmente. Los científicos japoneses primero propusieron materiales clasificados 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 muestra un cambio de gradiente correspondiente en el espacio, por lo que cumple con diferentes requisitos de rendimiento en diferentes ubicaciones en el componente, lo que hace que el componente en su conjunto obtenga los mejores resultados.
Esta idea de diseño se introdujo en el campo del carburo cementado a mediados de la década de 1980, y se propuso un gradiente de carburo cementado, y se logró un rápido desarrollo. En el uso real del carburo cementado, los 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 aglomerante baja y el contenido de la fase aglutinante 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 distribución diferente de la fase de unión en cada parte, el contenido de la capa de unión en la superficie de la aleación es más bajo que el 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 dureza 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 de cobalto nominal de la aleación, el contenido de cobalto de la capa intermedia es más alto que el contenido de cobalto nominal 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 de gradiente del contenido de cobalto hace que la contracción por sinterización en diferentes partes de la sección transversal no sea uniforme, lo que resulta en 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 una 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 tradicional y uniforme. 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 de investigación actual de los materiales de gradiente en varios países, existen principalmente tres tipos de carburos de composición en fase unida a 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. Gradiente carburo cementado) y carburo cementado con gradiente de tamaño de grano en fase dura (como el martillo superior de carburo cementado con gradiente de grano).

5. Mecanismo de formación del 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 aglomerante líquido en la aleación después de la carburación aún no se ha unificado. De acuerdo con los informes de investigación actuales, la migración direccional de la fase líquida incluye principalmente la migración masiva causada por tres tipos diferentes de fases líquidas, la migración orientacional de la fase aglutinante causada por diferentes tamaños de partículas de WC y la migración de la fase líquida causada por el contenido de carbono diferente. Por ejemplo, dos aleaciones YG con el mismo contenido de carbono de 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 alto contenido de cobalto a un bajo contenido de cobalto. Un lado de la migración ,.
Por ejemplo, uno de los diferentes tamaños de partículas es partículas finas, y el otro son partículas gruesas que se agregan con el mismo cobalto para formar dos tipos de mezcla, y se comprimen en una aleación de doble capa para la sinterización al vacío. La fase de unión líquida parece estar bien de un lado a otro. El lado del grano migra. Mientras que el carburo cementado con alto contenido de carbono se descarburiza en la atmósfera de descarburación, la fase de unión líquida migrará desde el interior a la superficie de la muestra, mientras que la aleación baja en carbono migrará al centro después de la fase de unión del líquido 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 carburizada 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. En conjunto, los principales mecanismos de migración en fase líquida son:
La fase aglutinante migra de 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 la fase líquida alta a la región de la fase líquida baja y migra. La fuerza motriz 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 diferencia de volumen de la fase líquida.

6. Aplicación de Carburo Cementado Gradiente

El carburo cementado 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 y propiedades únicas del carburo cementado en gradiente, se ha convertido en un importante contenido de investigación en el campo de los materiales funcionales de gradiente y las aleaciones duras. Actualmente, se ha utilizado ampliamente en el recubrimiento de sustratos, herramientas de corte de carburo, herramientas de perforación de minas y minería, troqueles de estiramiento y herramientas de perforación, y sus campos de aplicación están en constante expansión.
(1) Utilizado como sustrato de recubrimiento.
Debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica de los diferentes materiales, los materiales de la herramienta de recubrimiento pueden agrietarse debido a la tensión térmica durante el enfriamiento. La matriz de revestimiento de gradiente sinterizado forma un gradiente de carburo cementado que forma una región dúctil que carece de carburos cúbicos y carbonitruros en la región de la superficie, lo que puede prevenir efectivamente que las grietas formadas en el revestimiento se expandan hacia el interior de la aleación . Mejore la fuerza de unión de la interfaz y reduzca la concentración de tensión de la interfaz, mejorando así el rendimiento de las herramientas de corte de carburo.
(2) Usado como herramienta de carburo.
Cambia el tradicional carburo cementado. El modelo de proporción constante se usa para hacer 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 gran 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, puede utilizarse para producir herramientas de corte con resistencia al desgaste y tenacidad.
(3) Herramientas para minería y perforación de rocas Herramientas para minería y perforación de rocas
El uso de los dientes de bola requiere un mayor desgaste e impacto durante la operación, lo que requiere que la aleación tenga una alta resistencia al desgaste en la superficie 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) Usado como herramienta de perforación.
La chapa se suele preparar mediante punzonado o punzonado. Con este método, el material se rompe entre los bordes de trabajo que se enfrentan entre sí. Durante el punzonado, el punzón se mueve a través de la matriz en una dirección perpendicular a la placa metálica y perfora la placa metálica. El modo de falla del punzón generalmente se debe al desgaste del borde de trabajo y, eventualmente, hace que el borde de corte del punzón se vuelva cónico, lo que aumenta la fuerza de fricción durante el punzonado y eventualmente conduce a una disminución en la calidad del punzón. Para aumentar la vida útil de la herramienta de corte de carburo de gradiente tanto como sea posible, se debe usar un carburo cementado graduado con una región central en fase η, rodeado por una región circundante libre de núcleo, y con una superficie de trabajo expuesta del η -fase. Usando el carburo cementado como punzón, el tamaño de grano del WC es de 2-3 μm, el número de tiempos de perforación para el carburo cementado estándar es solo 15 veces, y el número de perforación y corte del carburo cementado para la estructura de gradiente es de hasta 64,000 veces, mientras que la de troquelado de acero, el número es aproximadamente 7231 veces. Se puede observar que el carburo cementado en gradiente como herramienta de perforación puede mejorar considerablemente la vida útil de la herramienta.
El estudio del gradiente de carburo cementado consta de tres partes: diseño del material, preparación del material y evaluación de la propiedad. Estas tres partes se complementan y son indispensables. La preparación del material es el núcleo de la investigación de gradiente de carburo cementado. 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 de desempeño.

7. Gradiente de diseño de carburo cementado

El diseño con gradiente de carburo cementado, generalmente debe ir a través de los siguientes enlaces Primero, de acuerdo con la forma estructural de los componentes y las condiciones reales de uso, extraiga las condiciones de los límites termodinámicos de la base de datos de rendimiento y síntesis de materiales existentes, seleccione la posible síntesis de metal. cerámica Sistema de combinación de materiales y método de preparación Suponga la proporción 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 de cálculo matemático. La función de distribución de los componentes de gradiente de la estructura del material se simula mediante la distribución de la temperatura y se simula mediante la tensión térmica, y se diseña la distribución óptima de la composición y el sistema del material. El trabajo principal del diseño de gradiente de carburo cementado consta de las siguientes tres partes:
(1) Establezca un modelo de distribución de componentes de gradiente adecuado para que el material funcional de gradiente diseñado cumpla con los requisitos de rendimiento
(2) Estimación de propiedades físicas de materiales de gradiente
(3) Cálculo del campo de temperatura y el estrés térmico de materiales funcionalmente graduados
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