ग्रेडिएंट सीमेंट कार्बाइड के गुण और अनुप्रयोग

सीमेंटेड कार्बाइड एक विशिष्ट भंगुर पदार्थ है। पारंपरिक वर्दी कार्बाइड एक, समान संरचना और संगठन के विभिन्न भागों की सामग्री, मिश्र धातु पूरे सजातीय है, इसका प्रदर्शन सुसंगत है। सीमेंटेड कार्बाइड के मुख्य घटकों में विभिन्न कठोर चरण और बाध्यकारी चरण शामिल हैं। चरण और ठोस समाधान जैसे कठिन चरण मिश्र धातुओं की कठोरता और पहनने के प्रतिरोध में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मिश्र धातुओं की मजबूती और कठोरता पर बंधन का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

सामान्य तौर पर, WC अनाज के आकार में वृद्धि या सह सामग्री में वृद्धि से मिश्र धातु के बंधन चरण की मोटाई में वृद्धि होगी और मिश्र धातु की प्लास्टिसिटी में सुधार होगा। अच्छी तन्यता वाली मिश्र धातुओं में, स्थानीय केंद्रित तनाव विरूपण के कारण खराब प्लास्टिसिटी वाले मिश्र धातुओं को आराम दे सकते हैं। दरार की शुरुआत और प्रसार तनाव में छूट से प्रेरित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मिश्र धातु में दरार आ जाती है।

इसलिए, मिश्र धातु को बढ़ाने के लिए पारंपरिक तरीका है। सामग्री और अनाज का आकार बढ़ाना कठोर मिश्र धातु की कठोरता को बढ़ाने के लिए एक दिशा के रूप में कार्य करता है। हालांकि, एक ही समय में, कठोरता और पहनने के प्रतिरोध कम हो जाते हैं। इसके विपरीत, flexural शक्ति और प्रभाव क्रूरता का त्याग किए बिना कठोरता और पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाया जा सकता है। इसलिए, सीमेंटेड कार्बाइड सामग्री की कठोरता और क्रूरता के बीच एक तीव्र विरोधाभास है, और एक ही समय में उच्च कठोरता और क्रूरता के साथ एक पारंपरिक वर्दी सीमेंटेड कार्बाइड प्राप्त करना आसान नहीं है। कई सेवा शर्तों में, पारंपरिक समान कठोर मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग की कुछ सीमाएँ होंगी। उदाहरण के लिए, जब रॉक ड्रिल बॉल और कोबाल्ट हेड काम कर रहे होते हैं, तो वे न केवल इम्पैक्ट लोड और टॉर्सनल लोड के अधीन होते हैं, बल्कि रॉक द्वारा भी गंभीरता से पहने जाते हैं।

इसके लिए आवश्यक है कि कोबाल्ट दांतों में न केवल पर्याप्त प्रभाव क्रूरता हो बल्कि उच्च पहनने का प्रतिरोध भी अपना काम पूरा कर सके। जब सिंथेटिक डायमंड संश्लेषण में उपयोग किया जाता है, तो कार्बाइड शीर्ष हथौड़ों को उच्च तापमान और उच्च दबाव के अधीन किया जाता है, कुछ हिस्सों को संपीड़न तनाव के अधीन किया जाता है, और कुछ हिस्सों को तन्यता तनाव या कतरनी तनाव के अधीन किया जाता है। विभिन्न भागों की आवश्यकताएं हैं।

विभिन्न प्रदर्शन और विशेषताएं। इस तरह, पारंपरिक वर्दी संरचना हार्ड मिश्र धातु की कठोरता और क्रूरता के बीच संघर्ष इसके आवेदन क्षेत्र के आगे विस्तार को प्रतिबंधित करता है, आधुनिक समाज के विकास के लिए "डबल हाई" उच्च कठोरता और उच्च क्रूरता आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल है, इसलिए अन्वेषण करें नए प्रकार की कठोर मिश्र धातु सामग्री यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण बनाती है कि उपकरण के विभिन्न भागों में अलग-अलग कार्यात्मक आवश्यकताएं हों।

दुनिया के विभिन्न देशों के सामग्री वैज्ञानिक विभिन्न प्रभावी तरीकों से पारंपरिक वर्दी हार्ड मिश्र धातु में उपर्युक्त विरोधाभासों को हल करने, उत्पादन और उपयोग लागत को कम करने और उनके व्यापक प्रदर्शन में सुधार करने की कोशिश कर रहे हैं। वर्तमान में, मुख्य रूप से अल्ट्रा-फाइन और नैनो-हार्ड मिश्र धातुएं हैं (तथाकथित अल्ट्रा-फाइन सीमेंटेड कार्बाइड एक मिश्र धातु है जिसमें टंगस्टन कार्बाइड अनाज का आकार 0.2-0.5 माइक्रोन है, और नैनो-हार्ड मिश्र धातु टंगस्टन कार्बाइड के साथ एक मिश्र धातु है। अनाज का आकार 0.2 माइक्रोन से कम), प्लेटलेट सख्त कार्बाइड, लेपित कार्बाइड और कार्यात्मक ढाल कार्बाइड, और अन्य दिशाएं इस विरोधाभास को प्रभावी ढंग से हल कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, जब नैनो-आकार के हार्ड मिश्र धातु की कोबाल्ट सामग्री अधिक होती है, तो न केवल अच्छा फ्रैक्चर प्रदर्शन होता है, बल्कि उच्च कठोरता भी होती है, जो बाइंडर चरण या कठोर बनाकर मिश्र धातु की कठोरता और कठोरता कार्यात्मक ढाल कार्बाइड के सर्वोत्तम संयोजन तक पहुंचती है। मिश्र धातु के विभिन्न भागों को अलग-अलग गुण देने के लिए एक दिशा बढ़ रही है या घट रही है, ताकि कार्बाइड के उपयोग में कठोरता और पहनने के प्रतिरोध का संयोजन पूरी तरह से प्राप्त किया जा सके। ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड की नई प्रगति का संक्षिप्त परिचय निम्नलिखित है।

कार्यात्मक रूप से ग्रेडेड सीमेंटेड कार्बाइड

सामग्री संरचना और घटक में गुणों में अचानक परिवर्तन अक्सर महत्वपूर्ण स्थानीय तनाव सांद्रता का कारण बनता है, चाहे तनाव आंतरिक या बाहरी हो। यदि एक सामग्री से दूसरी सामग्री में संक्रमण धीरे-धीरे किया जाता है, तो ये तनाव सांद्रता बहुत बढ़ जाएगी। कम करना।

ये विचार अधिकांश कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्री के मूल तार्किक तत्व का निर्माण करते हैं। जापानी वैज्ञानिकों ने पहले कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्री का प्रस्ताव रखा, जो कि सूक्ष्म संरचना और/या किसी घटक की संरचना में क्रमिक परिवर्तनों की शुरूआत, अंतरिक्ष में इसके सूक्ष्म संरचना और/या संरचना के क्रमिक परिवर्तन, और के भौतिक, रासायनिक और यांत्रिक गुणों की विशेषता है। सामग्री।

प्रदर्शन अंतरिक्ष में एक समान ढाल परिवर्तन प्रदर्शित करता है, ताकि यह घटक में विभिन्न स्थानों पर विभिन्न प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सके, जिससे घटक समग्र रूप से सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त कर सके।

यह डिजाइन विचार सीमेंटेड कार्बाइड के क्षेत्र में 1980 के दशक के मध्य में पेश किया गया था, और एक ढाल सीमेंटेड कार्बाइड प्रस्तावित किया गया था, और तेजी से विकास जल्दी से हासिल किया गया था। सीमेंटेड कार्बाइड के वास्तविक उपयोग में, विभिन्न कार्य स्थलों में अक्सर अलग-अलग प्रदर्शन आवश्यकताएं होती हैं। उदाहरण के लिए, सीमेंटेड कार्बाइड कोबाल्ट हेड को उच्च सतह पहनने के प्रतिरोध और समग्र प्रभाव प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।

यह बोधगम्य है कि यदि एक नए प्रकार की सीमेंटेड कार्बाइड सामग्री विकसित की जा सकती है, तो इस सामग्री की संरचनात्मक विशेषता यह है कि सतह की परत एक कम बाइंडर चरण वाली संरचना है और कोर की बाइंडर चरण सामग्री एक औसत मूल्य है, के बीच सतह परत और कोर। यह एक उच्च बाध्यकारी सामग्री और निरंतर वितरण के साथ एक संक्रमण परत है। इस तरह की संरचना में, प्रत्येक भाग में संबंध चरण के अलग-अलग वितरण के कारण, मिश्र धातु की सतह में संबंध परत की सामग्री प्रत्येक भाग में औसत मूल्य से कम होती है, उच्च कठोरता और अच्छे पहनने के प्रतिरोध के साथ, और बाध्यकारी परत संक्रमण परत में सामग्री। उच्च, अच्छी क्रूरता और प्रभाव प्रतिरोध को पूरा कर सकता है।

दो-चरण संरचना में, सतह परत की कोबाल्ट सामग्री मिश्र धातु की नाममात्र कोबाल्ट सामग्री से कम होती है, मध्यवर्ती परत की कोबाल्ट सामग्री मिश्र धातु की नाममात्र कोबाल्ट सामग्री से अधिक होती है, और कोर की कोबाल्ट सामग्री होती है। चरण युक्त मिश्र धातु की नाममात्र कोबाल्ट सामग्री है। चूंकि मिश्र धातु की कोबाल्ट सामग्री एक क्रमिक परिवर्तन दिखाती है, मिश्र धातु के विभिन्न भागों की कठोरता भी संबंधित कानूनों को दर्शाती है। इसके अलावा, कोबाल्ट सामग्री का क्रमिक वितरण क्रॉस सेक्शन के विभिन्न हिस्सों में सिंटरिंग संकोचन को गैर-समान बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप मिश्र धातु में अवशिष्ट तनाव होता है। मिश्र धातु की सतह परत में कोबाल्ट की कम सामग्री और WC+Co+η की उच्च सामग्री के कारण, मिश्र धातु की सतह में बहुत अधिक कठोरता और बहुत अच्छा पहनने का प्रतिरोध होता है। मिश्र धातु की मध्य परत में, कोबाल्ट सामग्री मिश्र धातु की नाममात्र सामग्री से अधिक होती है, और इस प्रकार परत में अच्छी क्रूरता और प्लास्टिसिटी होती है, जिससे मिश्र धातु अधिक भार का सामना कर सकती है। मिश्र धातु के अंदर चरण संरचना में अच्छी कठोरता है। प्रयोगात्मक परिणामों से पता चलता है कि डीपी मिश्र धातु के पहनने के प्रतिरोध और क्रूरता पारंपरिक वर्दी हार्ड मिश्र धातु की तुलना में स्पष्ट रूप से बेहतर हैं। डीपी मिश्र धातु को अपनाने से स्पष्ट रूप से रॉक ड्रिलिंग की दक्षता में सुधार हो सकता है और खनन लागत कम हो सकती है।

विभिन्न देशों में ढाल सामग्री की वर्तमान अनुसंधान स्थिति के अनुसार, मुख्य रूप से तीन प्रकार के ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड बॉन्डेड फेज कंपोजिशन कार्बाइड हैं जैसे मिश्र धातु, हार्ड फेज कंपोजिशन ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड (जैसे कि कोटिंग मैट्रिक्स के रूप में उपयोग की जाने वाली β-लेयर। ग्रेडिएंट)। सीमेंटेड कार्बाइड) और हार्ड फेज ग्रेन साइज ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड (जैसे ग्रेन-ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड टॉप हैमर)।

कार्बराइजिंग के बाद मिश्र धातु में तरल बाइंडर चरण के दिशात्मक प्रवास के कारण कोबाल्ट चरण के ढाल वितरण के गठन तंत्र का दृष्टिकोण अभी तक एकीकृत नहीं हुआ है। वर्तमान शोध रिपोर्टों के अनुसार, तरल चरण के दिशात्मक प्रवासन में मुख्य रूप से तीन अलग-अलग प्रकार के तरल चरणों के कारण बड़े पैमाने पर प्रवासन, विभिन्न WC कण आकारों के कारण बाइंडर चरण का ओरिएंटेशनल प्रवास और विभिन्न कार्बन सामग्री के कारण तरल चरण प्रवास शामिल हैं। उदाहरण के लिए, एक ही WC कार्बन सामग्री, एकसमान कण आकार और विभिन्न बाइंडर कोबाल्ट सामग्री वाले दो YG मिश्र एक निश्चित अवधि के लिए तरल चरण तापमान पर ओवरलैप और आयोजित किए जाते हैं। नतीजतन, बाध्य कोबाल्ट चरण उच्च कोबाल्ट सामग्री से कम कोबाल्ट सामग्री में स्थानांतरित हो जाता है। पलायन का एक पक्ष,.

उदाहरण के लिए, विभिन्न कण आकारों में से एक महीन कण होते हैं, और दूसरा मोटे कण होते हैं जिन्हें दो प्रकार के मिश्रण बनाने के लिए एक ही कोबाल्ट के साथ जोड़ा जाता है, और वैक्यूम सिंटरिंग के लिए डबल-लेयर मिश्र धातु में दबाया जाता है। तरल बंधन चरण एक तरफ से दूसरी तरफ ठीक प्रतीत होता है। अनाज पक्ष पलायन करता है। जबकि उच्च कार्बन सीमेंटेड कार्बाइड को डीकार्बराइजिंग वातावरण में डीकार्बराइज किया जाता है, तरल बाध्यकारी चरण अंदर से नमूने की सतह पर स्थानांतरित हो जाएगा, जबकि कम कार्बन मिश्र धातु कार्बराइजिंग उपचार तरल बाध्यकारी चरण के बाद केंद्र में स्थानांतरित हो जाएगा।

कार्बन सामग्री में अंतर के कारण प्रवास की घटना मिश्र धातु के विभिन्न भागों में तरल चरण की मात्रा में अंतर के कारण होती है। इस प्रकार के डीकार्बराइज्ड या कार्बराइज्ड मिश्र धातु में एक असमान आंतरिक कार्बन सामग्री होती है, और उच्च कार्बन सामग्री वाले क्षेत्रों में कार्बन सामग्री अपेक्षाकृत अधिक होती है। कम कार्बन सामग्री वाले क्षेत्रों में, तरल चरण उच्च कार्बन सामग्री वाले क्षेत्रों से कम कार्बन सामग्री वाले क्षेत्रों में स्थानांतरित हो जाता है। एक साथ लिया, तरल चरण प्रवास के मुख्य तंत्र हैं:

बाइंडर चरण मोटे दाने वाले कार्बाइड क्षेत्र से महीन दाने वाले कार्बाइड क्षेत्र की ओर पलायन करता है, और प्रवास के लिए प्रेरक शक्ति केशिका दबाव अंतर है, अर्थात केशिका बल की क्रिया। बाध्यकारी चरण उच्च तरल चरण क्षेत्र से निम्न तरल चरण क्षेत्र में माइग्रेट होता है और माइग्रेट करता है। ड्राइविंग बल तरल चरण में दबाव अंतर है, अर्थात, तरल चरण मात्रा अंतर में पदार्थ की स्थिति में परिवर्तन होने पर दबाव उत्पन्न करने के लिए मात्रा विस्तार या संकुचन की भूमिका होती है।

ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड पारंपरिक सजातीय सीमेंटेड कार्बाइड में मौजूद कठोरता और कठोरता के बीच के विरोधाभास को सफलतापूर्वक हल करता है। 1950 के दशक से सीमेंटेड कार्बाइड के इतिहास में इस नई सामग्री का विकास सबसे महत्वपूर्ण माना जाता है। नवाचार।" ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड के अनूठे माइक्रोस्ट्रक्चर और गुणों के कारण, यह ग्रेडिएंट फंक्शनल मैटेरियल्स और हार्ड एलॉयज के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण शोध सामग्री बन गया है। वर्तमान में, इसका व्यापक रूप से कोटिंग सब्सट्रेट, कार्बाइड काटने के उपकरण, खनन और रॉक ड्रिलिंग उपकरण, स्ट्रेचिंग डाई और पंचिंग टूल में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, और इसके अनुप्रयोग क्षेत्रों का लगातार विस्तार हो रहा है।

(1) एक कोटिंग सब्सट्रेट के रूप में प्रयुक्त

विभिन्न सामग्रियों के विभिन्न थर्मल विस्तार गुणांक के कारण, शीतलन के दौरान थर्मल तनाव के कारण कोटिंग उपकरण सामग्री में दरार आ सकती है। ग्रेडिएंट संरचना सीमेंटेड कार्बाइड का उपयोग मैट्रिक्स के रूप में किया जाता है, अर्थात, ग्रेडिएंट-सिन्डेड कोटिंग मैट्रिक्स सतह क्षेत्र में क्यूबिक कार्बाइड और कार्बोनिट्राइड की कमी वाला एक नमनीय क्षेत्र बनाता है, जो कोटिंग में बनने वाली दरारों को मिश्र धातु के इंटीरियर में विस्तार से प्रभावी ढंग से रोक सकता है। . , इंटरफ़ेस संबंध शक्ति में सुधार और इंटरफ़ेस तनाव एकाग्रता को कम करता है, जिससे कार्बाइड काटने के उपकरण के प्रदर्शन में सुधार होता है।

(2) कार्बाइड उपकरण के रूप में उपयोग किया जाता है

पारंपरिक सीमेंटेड कार्बाइड को बदलें। निरंतर अनुपात मॉडल का उपयोग कम सतह सामग्री और उच्च कोर सामग्री के साथ एक वर्गीकृत संरचना को कठोर मिश्र धातु बनाने के लिए किया जाता है, ताकि सतह की परत में उच्च कठोरता और अच्छा पहनने का प्रतिरोध हो, जबकि कोर में उच्च शक्ति और अच्छा प्रभाव क्रूरता हो, जो ताकत बनाता है और मिश्र धातु की कठोरता। यह अच्छी तरह से समन्वित है और इसलिए इसका उपयोग पहनने के प्रतिरोध और क्रूरता दोनों के साथ काटने के उपकरण बनाने के लिए किया जा सकता है।

(3) खनन और रॉक ड्रिलिंग उपकरण खनन और रॉक ड्रिलिंग उपकरण

गेंद के दांतों के उपयोग के लिए ऑपरेशन के दौरान अधिक पहनने और प्रभाव की आवश्यकता होती है, जिसके लिए मिश्र धातु को उच्च सतह पहनने के प्रतिरोध और उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है। पारंपरिक वर्दी मिश्र इस आवश्यकता को पूरा करना मुश्किल है। पारंपरिक वर्दी कार्बाइड की तुलना में पहनने के प्रतिरोध और क्रूरता दोनों ही काफी बेहतर हैं।

(4) पंचिंग टूल के रूप में उपयोग किया जाता है

शीट धातु आमतौर पर छिद्रण या छिद्रण द्वारा तैयार की जाती है। इस पद्धति के साथ, सामग्री एक दूसरे के सामने काम करने वाले किनारों के बीच टूट जाती है। छिद्रण के दौरान, पंच धातु की प्लेट के लंबवत दिशा में डाई के माध्यम से चलता है और धातु की प्लेट को घूंसा मारता है। पंच की विफलता मोड आमतौर पर कामकाजी किनारे के पहनने के कारण होता है और अंततः पंच के काटने वाले किनारे को शंक्वाकार हो जाता है, जिससे छिद्रण के दौरान घर्षण बल बढ़ जाता है और अंततः छिद्रण गुणवत्ता में कमी आती है। जितना संभव हो ग्रेडिएंट कार्बाइड काटने के उपकरण के जीवन को बढ़ाने के लिए, एक केंद्रीय η-चरण क्षेत्र के साथ एक ग्रेडेड सीमेंटेड कार्बाइड का उपयोग किया जाना चाहिए, जो एक नाभिक-मुक्त आसपास के क्षेत्र से घिरा हो, और की एक उजागर कामकाजी सतह के साथ। -अवस्था। पंच के रूप में सीमेंटेड कार्बाइड का उपयोग करते हुए, WC के दाने का आकार 2-3μm है, मानक सीमेंटेड कार्बाइड के लिए छिद्रण समय की संख्या केवल 15 गुना है, और ढाल संरचना के लिए सीमेंटेड कार्बाइड के छिद्रण और कतरनी की संख्या 64,000 गुना तक है, जबकि स्टील की डाई पंचिंग की संख्या करीब 7231 गुना है। यह देखा जा सकता है कि एक छिद्रण उपकरण के रूप में ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड उपकरण के सेवा जीवन में काफी सुधार कर सकता है।

ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड के अध्ययन में तीन भाग होते हैं: सामग्री डिजाइन, सामग्री तैयार करना और संपत्ति मूल्यांकन। ये तीन भाग एक दूसरे के पूरक हैं और अपरिहार्य हैं। सामग्री की तैयारी ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड अनुसंधान का मूल है। सामग्री डिजाइन संरचना की सर्वोत्तम संरचना और ढाल वितरण प्रदान करता है। यह निर्धारित करने के लिए कि क्या डिज़ाइन और तैयार सामग्री पूर्व निर्धारित कार्य को पूरा करती है, प्रदर्शन मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड डिज़ाइन, आम तौर पर निम्नलिखित कई लिंक के माध्यम से जाना चाहिए, पहले घटकों के संरचनात्मक आकार और उपयोग की वास्तविक स्थितियों के अनुसार, मौजूदा सामग्री संश्लेषण और प्रदर्शन डेटाबेस से थर्मोडायनामिक सीमा की स्थिति बनाएं, धातु के संभावित संश्लेषण का चयन करें- सिरेमिक सामग्री संयोजन प्रणाली और तैयारी विधि बाइंडर चरण और कठिन चरण के संयोजन अनुपात और वितरण नियम को मान लें, और थर्मोइलास्टिक सिद्धांत और गणना गणित पद्धति का उपयोग करके सामग्री संरचना के समान भौतिक मापदंडों को प्राप्त करने के लिए सामग्री माइक्रोस्ट्रक्चर मिश्रण कानून का उपयोग करें। सामग्री संरचना के ढाल घटकों का वितरण कार्य तापमान वितरण द्वारा सिम्युलेटेड है और थर्मल तनाव द्वारा सिम्युलेटेड है, और इष्टतम संरचना वितरण और सामग्री प्रणाली तैयार की गई है। ग्रेडिएंट सीमेंटेड कार्बाइड डिजाइन के मुख्य कार्य में निम्नलिखित तीन भाग होते हैं:

(1) एक उपयुक्त ढाल घटक वितरण मॉडल स्थापित करें ताकि डिजाइन की गई ढाल कार्यात्मक सामग्री प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सके

(2) ढाल सामग्री के भौतिक गुणों का आकलन

(3) तापमान क्षेत्र की गणना और कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्री के थर्मल तनाव

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