La eficacia del componente de carbono en el carburo WC-tic-co-cementado

Los carburos cementados WC Co son fáciles de oxidar y descomponer en aplicaciones de alta temperatura, que tienen muchos problemas, como fragilidad, fractura frágil, ablandamiento del proceso y rotura de bordes, etc. Todavía no son adecuados para el corte de acero a alta velocidad, por lo que tienen Grandes limitaciones. Se sabe que los carburos cementados WC tic tienen resistencia al desgaste, resistencia a la oxidación y resistencia al desgaste del cráter.

Sin embargo, debido al hecho de que el tic y su solución sólida son mucho más frágiles que el WC, esta aleación también tiene defectos relativamente grandes, es decir, la tenacidad y la soldabilidad de la aleación son pobres. Además, cuando el contenido de TiC excede 18%, la aleación no solo es frágil, sino que también es difícil de soldar. Además, el tic no puede mejorar significativamente el rendimiento a altas temperaturas.

El TAC no solo puede mejorar la resistencia a la oxidación del carburo cementado, sino que también inhibe el crecimiento de granos de WC y tic. Es un carburo práctico que puede mejorar la resistencia del carburo cementado sin reducir la resistencia al desgaste del carburo cementado. El TAC puede aumentar la resistencia del carburo cementado al agregar TAC al carburo cementado WC tic. La adición de TAC ayuda a reducir el coeficiente de fricción, reduciendo así la temperatura de la herramienta. La aleación puede soportar una gran carga de impacto a la temperatura de corte. El punto de fusión de TAC es tan alto como 3880 ℃. La adición de TAC es muy beneficiosa para mejorar el rendimiento a alta temperatura de la aleación. Incluso a 1000 ℃, puede mantener una buena dureza y resistencia.

Tic y TAC son insolubles en WC, mientras que WC es soluble en tic. La solubilidad de WC en la solución sólida continua formada por TAC es de aproximadamente 70wt%. La solubilidad del WC en la solución sólida disminuye con el aumento del contenido de TAC. Las propiedades de las aleaciones WC tic tac Co se logran principalmente ajustando el tic + TAC, la relación del número de átomos de Ti al número de átomos de ta y el contenido de cobalto. Cuando la relación entre el número de átomos de Ti y el número de átomos de ta y el contenido de cobalto son fijos, el ajuste del contenido de TiC + TAC para lograr el mejor rendimiento se ha convertido en el foco de la investigación.

1. Las materias primas utilizadas en este experimento son: polvo de WC, polvo de carburo compuesto [(W, Ti, TA) C] polvo y polvo de Co. La composición química y el tamaño medio de partícula se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Composición y tamaño medio de partículas de las materias primas.

Después de que el polvo se dosifica de acuerdo con la tabla estándar 2, se muele y se mezcla en un molino de bolas planetario nd7-2l durante 34 h, la relación de masa del material de la bola es 5: 1, el medio de molienda es alcohol, la cantidad añadida es 450 ml / kg, la velocidad de molienda es 228r / min, y se agrega parafina 2wt% cuatro horas antes del final de la molienda. La suspensión se tamizará (malla 325), secará al vacío, se tamizará (malla 150) y se presionará para darle forma después del secado, la presión de prensado será de 250Mpa y el tamaño del blanco será (25 × 8 × 6.5) mm. Las muestras prensadas se sinterizaron en el horno de sinterización al vacío vsf-223 a 1420 ° C durante 1 hora.

Tabla 2 relación de composición de aleación%

El método de flexión de tres puntos se utilizó para determinar la resistencia a la flexión de la muestra sinterizada en el medidor digital de resistencia a la compresión sgy-50000. Los datos de resistencia final fueron el valor promedio de tres muestras. La dureza HRA de la muestra se midió en el probador de dureza Rockwell. Se usó el penetrador de cono de diamante con una carga de 600N y un ángulo de cono de 120 °.

El magnetismo de cobalto se mide con el probador magnético de cobalto, y la fuerza coercitiva se mide con el medidor de fuerza coercitiva. Después de que la superficie de la muestra se conecta a una superficie espejo, la superficie espejo se corroe por la mezcla de igual volumen de solución de hidróxido de sodio 20% y solución de cianuro de potasio 20%, y luego la observación metalúrgica se realiza en el microscopio electrónico de exploración a 4000 veces. Propiedades magnéticas Las propiedades magnéticas incluyen com magnética co y fuerza coercitiva HC. Com representa el contenido de carbono en la aleación, HC representa el tamaño de grano de WC. De acuerdo con la norma nacional gb3848-1983, se determinan el magnetismo de cobalto y la fuerza coercitiva de la aleación, y los resultados se muestran en la Tabla 3. Se puede ver en la tabla 3 que la saturación magnética relativa COM / CO y la fuerza coercitiva HC disminuyen con el aumento del contenido de carburo compuesto (W, Ti, TA) C.

Tabla 3 resultados de la prueba de magnetismo de cobalto y fuerza coercitiva de titanato de cobalto de tungsteno

En términos generales, el control del contenido de COM sobre 85% de cobalto para garantizar que la aleación no se descarbure, la relación COM / CO en el grupo 1 es muy inferior a 85%, y su HC también es anormalmente alto. La fase η no magnética (co3w3c) aparece en la aleación, que pertenece a la estructura de desodorización grave. Por lo tanto, solo discutiremos los grupos 2, 3 y 4:

En este experimento, el contenido de carbono total de los grupos de aleaciones 2, 3 y 4 es 7.18wt%, 7.61wt%, 8.04wt%, el contenido de carbono total aumenta a su vez y el HC disminuye a su vez. El tamaño de la fuerza coercitiva está relacionado con el grado de dispersión de la fase de cobalto y el contenido de carbono de la aleación. Cuanto mayor es el grado de dispersión de la fase de cobalto, mayor es la fuerza coercitiva de la aleación. El grado de dispersión de la fase de cobalto depende del contenido de cobalto y del tamaño de grano WC de la aleación. Cuando se determina el contenido de cobalto, cuanto más fino es el grano de WC, mayor es la fuerza coercitiva. Por lo tanto, HC puede usarse como un índice para medir indirectamente el tamaño de grano de WC

El contenido de carbono afecta la solución sólida de tungsteno en cobalto. Con el aumento del contenido de carbono, el contenido de tungsteno en la fase de cobalto disminuye. La solución sólida de tungsteno en cobalto es 4wt% en aleación rica en carbono y 16wt% en aleación deficiente en carbono. Como w puede inhibir la disolución y precipitación del WC en la fase γ, el WC se refina y el HC es alto, por lo que el contenido de carbono total aumenta a su vez, el grano de WC se vuelve grueso y el HC disminuye. 2.2 los resultados de la prueba de dureza y resistencia a la flexión de la influencia de la microestructura en las propiedades mecánicas de la aleación se muestran en la Figura 1. La resistencia a la flexión aumenta con el aumento del contenido de C del carburo compuesto (W, Ti, TA ), mientras que la dureza es lo contrario.

Fig. 1 Resultados de la prueba de dureza y resistencia a la flexión del titanato de tungsteno y cobalto

Con la disminución del contenido de C en los carburos compuestos (W, Ti, TA), aumenta el HC, es decir, el refinamiento del grano WC. La dureza aumenta con el refinamiento de los granos de WC cuando el contenido de cobalto es constante. Esto se debe a que la aleación se fortalece a través del límite de grano y el límite de fase, y el refinamiento del grano de carburo aumentará su solubilidad en la fase de unión, y la dureza de la fase γ también aumentará, lo que conducirá al aumento de la dureza. de toda la aleación.

Sin embargo, el efecto del tamaño del grano WC en la resistencia a la fractura es más complejo. Para la aleación con un tamaño de grano más pequeño que el sub micrón, las grietas principales de indentación son la desviación de grietas (intergranular) y el puente de tenacidad, con una pequeña cantidad de fractura transgranular.

A medida que el tamaño de partícula WC se vuelve más fino, la probabilidad de defectos en los granos disminuye, y la fuerza de las partículas aumenta, lo que resulta en la disminución de la fractura transgranular y el aumento de la fractura intergranular. Para la aleación con gran tamaño de grano, solo hay cuatro sistemas de deslizamiento independientes en el cristal WC. Con el aumento del tamaño del grano WC, la deflexión y la bifurcación de la grieta aumentan, lo que resulta en un aumento del área de superficie de fractura y endurecimiento. Por lo tanto, no es exacto juzgar la resistencia a la flexión solo por el tamaño de grano, y su microestructura también debe analizarse.

La estructura metalúrgica del carburo cementado con cuatro contenidos diferentes de carburos compuestos (W, Ti, TA) C se muestra en la Figura 2. Con el aumento del contenido de (W, Ti, TA) C, la forma del WC tiende a ser regular. La mayoría de los WC en la Figura 2a son barras largas irregulares dispuestas intensivamente. El tamaño de grano promedio de WC es relativamente fino, pero su grado adyacente es alto, lo que se debe a la cristalización insuficiente de WC, la fase de cobalto no envuelve completamente el WC y el grosor es desigual. Y hay granos de WC triangulares gruesos. Cuando la fase η se descompone, el CO se precipita, lo que resulta en un enriquecimiento local de co. Al mismo tiempo, W y C precipitan en los granos de WC circundantes para formar granos de WC triangulares gruesos. De la figura 2a-2d, se puede ver que la forma, el tamaño y la distribución de los granos de WC tienen cambios obvios. Los granos de WC tienden a la forma regular de la placa, disminuye la adyacencia gruesa de los granos y aumenta el camino libre promedio λ de la fase de unión. En la Figura 2D, los granos de WC están bien desarrollados, con una distribución estrecha del tamaño de partícula, bajo grado de granos adyacentes gruesos, gran trayectoria libre promedio λ de la fase de unión, la mayoría de los cuales son aproximadamente 1,0 μ m de placa WC y una pequeña cantidad de triángulo WC alrededor de 200 nm, todos los cuales son distribución de dispersión.

Fig. 2 imagen metalográfica del contenido de C de diferentes carburos compuestos (W, Ti, TA) en carburo cementado

La precipitación de disolución de WC ocurre en el proceso de sinterización, lo que hace que el WC con mayor energía (partículas pequeñas, bordes y esquinas de la superficie de la partícula, protuberancias y puntos de contacto) se disuelva preferentemente, y hace que el WC se disuelva en un depósito de fase líquida en la superficie de WC grande después de la precipitación, lo que hace que el WC pequeño desaparezca y el WC grande aumente, y hace que las partículas se acumulen más fuertemente dependiendo de la adaptación de la forma, hace que la superficie de la partícula tiende a ser lisa, y hace que los dos WCS se acorten la distancia entre ellos .

En el proceso de sinterización de baja aleación de cobalto, con el aumento del contenido de carbono total, la cantidad de fase líquida y el tiempo de retención de la fase líquida aumentan, el proceso de precipitación de disolución de WC está más lleno, los granos de WC se desarrollan por completo, la superficie es más lisa, y la distribución del tamaño de partícula es más uniforme. Además, con el aumento del contenido de carbono total de la aleación, la solución sólida de W en CO disminuye, y la disminución del contenido de W en la fase de unión mejorará la plasticidad de la fase de unión, aumentando así la resistencia a la flexión de la aleación. carburo cementado. Por lo tanto, la resistencia a la flexión aumenta con el aumento del contenido total de carbono.

conclusión

(1) Cuando el contenido de CO es constante, con el aumento del contenido de carburo compuesto (W, Ti, TA) C, el contenido de carbono total de la aleación aumenta, el HC disminuye, el grano grueso de WC, la solución de W en CO disminuye, y La dureza de la aleación disminuye.

(2) La estructura metalográfica de la aleación está estrechamente relacionada con el contenido total de carbono de la aleación. El contenido de carburo compuesto (W, Ti, TA) C aumenta, el contenido total de carbono de la aleación aumenta, la adyacencia del grano WC disminuye, la distribución del tamaño de partícula se estrecha, la trayectoria libre promedio λ de la fase de unión aumenta y la resistencia a la flexión aumenta

(3) La mejor microestructura y propiedades de wcta son las siguientes: cuando el contenido total de carbono es 8.04wt%, la dureza es 91.9hra y la resistencia a la flexión es 1108mpa.