耐食性超硬合金の開発状況

産業技術の急速な発展に伴い、材料に対する人々の需要はますます高くなっています。使用される材料は、高強度、高硬度だけでなく、優れた耐食性も備えている必要があります。たとえば、化学産業や機械では、化学的腐食と機械的摩耗の二重の影響に耐えるために、優れた化学的安定性、強力な耐食性だけでなく、高い強度と硬度を備えた材料が必要です。耐食性材料には多くの種類がありますが、硬度、強度、耐食性の包括的な指標により、耐食性超硬合金を研究することが不可欠です。

炭化タングステンの腐食を防ぐ方法2

耐食性超硬合金の分類

耐食性超硬合金は1950年代から開発されてきました。さまざまな硬質相に応じて、耐食性材料は、WCベース、Cr3C2ベース、およびTiCベースの3つのカテゴリに分類できます。この論文で研究されている超硬合金は、硬質相として私たちとTiCで構成されています。

WC超硬合金は、高い硬度と優れた耐摩耗性を備えた最高の金属切削工具材料の1つです。

超硬材料では、超硬合金の硬度と相対的な靭性の範囲が広くなります。 WCベースの超硬合金の硬度は通常80-95 HRAであり、バインダーの含有量は6-25%です。 WCベースの超硬合金の線膨張係数は非常に低く、20〜400 Cの範囲で鋼の約35〜60%です。熱伝導デニールは、鋼の約1/2と銅の1/3です。

Cr3C2ベースの超硬合金は、優れた耐食性を備えた超硬合金の重要な分野になりましたが、その用途は強度が低いために制限されています。リン化物、炭化物、およびその他の余剰元素を追加することにより、合金の曲げ強度は、開発の初期段階での600〜700 MPaから100 MPa以上に向上します。

炭化チタン系超硬合金は、炭化チタンを主成分とし、硬度が高いため、主に鋼の仕上げ加工や超微細加工に使用されます。しかし、靭性が不十分なため、長く使用されていません。

超硬合金の耐食性に影響を与える要因

凝集相

超硬合金の耐食性は、結合相に大きく依存します。コバルトは、WC、WC-TiC、超硬合金の優れたバインダーです。 1926年にWC-Coハードコンセプトが発明されて以来、革の主なバインダーはコバルトでした。

コバルト結合は、超硬合金で最も重要な結合剤です。これは、結合剤としてのコバルトは、液相焼結での硬質相との濡れ性が良好で、硬質相との焼結緻密化が良好であるため、得られる超硬合金は優れた機械的特性を有しますが、結合相としてのコバルトの耐食性は低いためです。

結合剤としてのニッケルの耐食性はコバルトに比べて大幅に改善されたため、結合剤としてコバルトの代わりにニッケルを使用することがますます広く使用されるようになりました。しかし、ニッケルは結晶構造が薄いため、その機械的特性はコバルトよりも劣ります。コバルトに対するニッケルの濡れ性はWCよりも悪いため、合金の機械的特性は劣ります。この問題を解決するために、マトリックスに定量的な添加剤を加えることにより、硬い金の硬度、靭性、強度、耐摩耗性を向上させることができます。

ハードフェーズ

超硬合金は、残留相を含む超硬合金の組成によって、次のカテゴリに分類できます。

タングステンコバルト合金

炭化タングステンの腐食を防ぐ方法3

この種の超硬合金は、非合金の純粋な炭化タングステン、鋳鉄の切削、または耐摩耗性の超硬ブレードと呼ばれることがよくあります。それらはすべて、コバルト金属で結合された微細な多角形の炭化タングステン粒子で構成されています。ただし、ニッケルで結合することもできます。このタイプの超硬合金は、鋳鉄、非鉄金属、および非鉄金属の切断に使用できます。金属材料ですが、一般的に鋼の切断には使用されませんが、一部の非切断システムにも使用されます。

炭化タングステン合金

炭化タングステンの腐食を防ぐ方法4

このタイプの超硬合金では、WCは依然として炭化物の主成分であり、TiCが一定量添加されており、主に鋼の切断に使用されます。鋼の切削では、純粋な炭化物合金は三日月型のくぼみの摩耗や工具表面の摩耗を起こしやすい傾向があります。これは切削工具や高速切削での切削によるものではありません。界面で高温が発生し、工具とワークピース間の拡散が加速され、工具が徐々に摩耗し、最終的に三日月状のくぼみが形成されます。 TiCの添加は、拡散速度を効果的に減少させ、三日月のくぼみの形成を抑制することができ、一方、TiCの添加は、合金の熱硬度を改善することができる。

炭化チタンの密度は 4.9g/cm3 で、タングステン カーバイドの密度 15.6g/cm3 よりもはるかに低くなっています。したがって、硬質相として WC-TiC 複合炭化物を選択することにより、軽合金を得ることができます。

さらに、硬質相として得られるWC-TiC合金の硬度は単一WC合金の硬度より高く、WC-TiC合金の硬度はWC-TiC中のTiC含有量の増加と共に増加する。ただし、WC-TiC固溶体相はコバルトまたはニッケル結合相で完全に濡らすことはできず、WC-TiC合金の構造はコバルトまたはニッケル結合相で完全に濡らすことはできません。合金の曲げ強度は、WCのそれよりも硬い相ほど良くありません。

炭化チタン

炭化タングステンの腐食を防ぐ方法5

この種の合金は主に炭化鉄を硬質相として構成されており、その硬度は比較的高いです。主に鋼の仕上げや超微細加工に使用されます。

その他の超硬合金

炭化クロム、炭化物、炭化チタン、アルミナ超硬合金などが含まれます。彼らには独自の特徴があり、発展しています。

来週は超硬合金の耐食性に影響を与える他の要因について話します。サブスクリプションへようこそ。