1.従来の均一な炭化物の相反する特性

超硬合金は代表的な脆性材料です。従来の均一な炭化物、均一な組成と組織のさまざまな部分の材料、合金は全体的に均一であり、その性能は一貫しています。超硬合金の主成分には、さまざまな硬質相と結合相があります。相や固溶体などの硬質相は、合金の硬度と耐摩耗性に重要な役割を果たします。結合は、合金の強度と靭性に重要な影響を与えます。
一般に、WC粒径を大きくするか、Co含有量を増やすと、合金の結合相の厚さが増加し、合金の可塑性が向上します。延性に優れた合金では、局所的な集中応力により、変形により塑性が不十分な合金を緩和できます。亀裂の発生と伝播は、応力緩和によって引き起こされ、合金の亀裂を引き起こします。
したがって、伝統的な方法は合金を増やすことです。含有量および結晶粒径の増加は、硬質合金の靭性を増加させる方向としての役割を果たす。ただし、同時に硬度と耐摩耗性が低下します。逆に、曲げ強度と衝撃靭性を犠牲にすることなく、硬度と耐摩耗性を高めることができます。そのため、超硬合金材料の硬さと靭性は大きく矛盾し、従来の硬さと靭性の高い均一な超硬合金を同時に得ることは容易ではありません。多くの使用条件では、従来の均一な硬質合金の適用には一定の制限があります。たとえば、ロックドリルボールとコバルトヘッドが機能している場合、それらは衝撃荷重とねじり荷重を受けるだけでなく、岩石によって深刻に摩耗されなければなりません。
これは、コバルトの歯が十分な衝撃靭性を持っているだけでなく、高いことも必要とします。耐摩耗性はその仕事を完了することができます。合成ダイヤモンドの合成で使用される場合、カーバイドトップハンマーは高温高圧にさらされ、一部の部品には圧縮応力がかかり、一部の部品には引張応力またはせん断応力がかかります。パーツごとに要件があります。
さまざまなパフォーマンスと機能。このように、従来の均一構造硬質合金の硬度と靭性の間の矛盾は、その応用分野のさらなる拡大を制限し、現代社会の発展のための「2倍の」高硬度および高靭性要件を満たすことは困難です、新しいタイプの硬質合金材料では、ツールのさまざまな部分にさまざまな機能要件があることが特に重要になります。

勾配超硬合金の特性と応用1

2.超硬合金の新しい進歩

世界のさまざまな国の材料科学者は、従来の均一な硬質合金における上記の矛盾をさまざまな効果的な方法で解決し、製造コストと使用コストを削減し、それらの総合的なパフォーマンスを改善しようとしています。現在、主に超微細およびナノハード合金があります(いわゆる超微細超硬合金は0.2-0.5μmの炭化タングステン粒子サイズの合金であり、ナノハード合金は炭化タングステンの合金です0.2μm未満の粒子サイズ)、血小板強化炭化物、被覆炭化物、機能傾斜炭化物、およびその他の方向は、この矛盾を効果的に解決できます。たとえば、ナノサイズの硬質合金のコバルト含有量が高い場合、良好な破壊性能だけでなく、硬度も高く、バインダー相または硬質にすることで合金の靭性と硬度の機能傾斜炭化物の最適な組み合わせに到達します一方向に沿った相は、合金の異なる部分に異なる特性を与えるために増加または減少しているので、炭化物の使用で靭性と耐摩耗性の組み合わせを完全に達成できます。以下は、傾斜超硬合金の新しい進歩の簡単な紹介です。
傾斜機能超硬合金

3.傾斜炭化物が提案されました

材料の組成とコンポーネントの特性の急激な変化は、内部または外部の応力にかかわらず、多くの場合、局所的な応力集中を引き起こします。ある材料から別の材料への移行が徐々に行われる場合、これらの応力集中は大幅に増加します。減らす。
これらの考慮事項は、ほとんどの傾斜機能材料の基本的な論理要素を形成します。日本の科学者は最初に、機能的傾斜材料を提案しました。これは、コンポーネントの微細構造および/または組成の段階的な変化の導入、空間におけるその微細構造および/または組成の段階的な変化、ならびに物理的、化学的および機械的特性材料。
パフォーマンスは対応する空間の勾配変化を示すため、コンポーネントのさまざまな場所でのさまざまなパフォーマンス要件を満たし、コンポーネント全体として最高の結果を実現します。
この設計思想は、1980年代中期から後期にかけて超硬合金の分野で導入され、傾斜超硬合金が提案され、急速な発展を遂げた。超硬合金の実際の使用では、作業場所が異なれば性能要件も異なります。たとえば、超硬合金コバルトヘッドには、高い表面耐摩耗性と全体的な耐衝撃性が必要です。
新しいタイプの超硬合金材料を開発できる場合、この材料の構造的特徴は、表面層がバインダー相の低い構造であり、コアのバインダー相の含有量が平均値であることです。表面層とコア。これは、結合コンテンツが高く、継続的に分布する遷移層です。この種の構造では、各部品の結合相の分布が異なるため、合金表面の結合層の含有量は各部品の平均値より低く、硬度が高く、耐摩耗性が良好で、結合層遷移層のコンテンツ。高、良好な靭性と耐衝撃性を満たすことができます。

4.勾配超硬合金の特性

二相構造では、表面層のコバルト含有量は合金の公称コバルト含有量より低く、中間層のコバルト含有量は合金の公称コバルト含有量より高く、コアのコバルト含有量η相を含むのは、合金の公称コバルト含有量です。合金のコバルト含有量が勾配変化を示すので、合金のさまざまな部分の硬度も対応する法則を反映しています。さらに、コバルト含有量の勾配分布により、断面の異なる部分の焼結収縮が不均一になり、合金に残留応力が発生します。合金の表面層のコバルトの含有量が低く、WC + Co +ηの含有量が高いため、合金の表面は非常に高い硬度と非常に優れた耐摩耗性を備えています。合金の中間層では、コバルト含有量は合金の公称含有量よりも高いため、層は良好な靭性と可塑性を備えているため、合金はより高い負荷に耐えることができます。合金内部のη相組織は剛性に優れています。実験結果は、DP合金の耐摩耗性と靭性が従来の均一な硬質合金よりも明らかに優れていることを示しています。 DP合金の採用により、明らかに岩盤掘削の効率が向上し、採掘コストを削減できます。
各国の傾斜材料の現在の研究状況によれば、主に合金、硬質相組成傾斜超硬合金(コーティングマトリックスとして使用されるβ層など)などの3種類の傾斜超硬合金結合相組成炭化物があります。勾配超硬合金)および硬質相の粒子サイズ勾配超硬合金(粒子勾配超硬合金トップハンマーなど)。

5.勾配形成メカニズム

浸炭後の合金中の液体バインダー相の方向性移動に起因するコバルト相の勾配分布の形成メカニズムの観点は、まだ統一されていない。現在の研究報告によると、液相の方向性移動には、主に3種類の液相による質量移動、異なるWC粒子サイズによるバインダー相の配向移動、および異なる炭素含有量による液相移動が含まれます。たとえば、同じWC炭素含有量、均一な粒子サイズ、異なるバインダーコバルト含有量の2つのYG合金を重ね、液相温度で一定時間保持します。その結果、結合コバルト相は、高コバルト含有量から低コバルト含有量にシフトします。移行の一方。
例えば、異なる粒子サイズの1つは微粒子であり、もう1つは同じコバルトを添加して2種類の混合物を形成する粗い粒子であり、真空焼結のために2層合金にプレスされます。液体の結合相は、片側から反対側まで細かく見えます。穀物面が移動します。高炭素超硬合金は脱炭雰囲気で脱炭されますが、液体結合相はサンプルの内部から表面に移動し、低炭素合金は浸炭処理液体結合相の後で中心に移動します。
炭素含有量の違いによって引き起こされるマイグレーション現象は、合金の異なる部分の液相の量の違いによって引き起こされます。このタイプの脱炭または浸炭合金は内部炭素含有量が等しくなく、炭素含有量が高い地域では炭素含有量が比較的高くなります。炭素含有量が低い領域では、液相は炭素含有量が高い領域から炭素含有量が低い領域に移動します。まとめると、液相移動の主なメカニズムは次のとおりです。
バインダー相は粗粒炭化物領域から細粒炭化物領域に移動し、移動の原動力は毛管圧力差、すなわち毛管力の作用です。結合相は、高液相領域から低液相領域に移動して移動します。駆動力とは、液相の圧力差、つまり液相の体積差にある物質の状態が変化したときに圧力を発生させる体積膨張または体積収縮の役割です。

傾斜超硬合金2の特性と用途

6.傾斜超硬合金の適用

勾配超硬合金は、従来の均質超硬合金に存在する硬度と靭性の矛盾をうまく解決します。この新素材の開発は、1950年代以降の超硬合金の歴史の中で最も重要なものと考えられています。革新。"傾斜超硬合金のユニークな微細構造と特性により、傾斜機能材料と硬質合金の分野で重要な研究内容となっています。現在、基材のコーティング、超硬切削工具、鉱山・削岩工具、ストレッチダイ、パンチング工具などに幅広く使用されており、その応用分野は常に拡大しています。
(1)コーティング基板として使用
材料によって熱膨張係数が異なるため、冷却中の熱応力により、コーティングツールの材料に亀裂が生じる可能性があります。勾配構造の超硬合金が母材として使用されます。つまり、勾配焼結コーティングマトリックスは、表面領域に立方晶炭化物と炭窒化物が欠けた延性領域を形成します。 。 、界面結合強度を改善し、界面応力集中を低減することにより、超硬切削工具の性能を向上させます。
(2)超硬工具として使用
従来の超硬合金を変更します。一定比率モデルは、低表面含有量と高コア含有量の傾斜構造硬質合金を作成するために使用されるため、表面層は高硬度と優れた耐摩耗性を持ち、コアは高強度と良好な衝撃靭性を持ち、強度を高めますそして合金の靭性。よく調整されているため、耐摩耗性と靭性の両方を備えた切削工具を製造するために使用できます。
(3)採掘および削岩ツール採掘および削岩ツール
ボール歯を使用するには、動作中に摩耗と衝撃が大きくなるため、合金に高い表面耐摩耗性と高い強度が要求されます。従来の均一合金は、この要件を満たすのが困難です。耐摩耗性と靭性の両方が、従来の均一な炭化物よりも大幅に優れています。
(4)パンチツールとして使用
シートメタルは通常、パンチングまたはパンチングによって準備されます。この方法では、向かい合う作業エッジ間で材料が破損します。パンチング中、パンチはダイを通して金属プレートに垂直な方向に移動し、金属プレートをパンチします。パンチの故障モードは通常、刃先の摩耗によるものであり、最終的にはパンチの刃先が円錐状になり、パンチ中の摩擦力が増加し、最終的にパンチの品質が低下します。傾斜炭化物切削工具の寿命をできるだけ延ばすには、中心がη相領域で、核のない周囲領域で囲まれ、ηの露出した作業面を持つ傾斜超硬合金を使用する必要があります-段階。超硬合金をパンチとして使用する場合、WCの粒径は2〜3μmであり、標準の超硬合金の打ち抜き回数はわずか15回であり、傾斜構造の超硬合金の打ち抜きおよびせん断の回数は最大64,000回です。スチールダイパンチの数は約7231回。パンチングツールとしての傾斜超硬合金は、ツールの耐用年数を大幅に改善できることがわかります。
傾斜超硬合金の研究は、材料設計、材料準備、および特性評価の3つの部分で構成されています。これらの3つの部分は互いに補完し合い、不可欠です。材料の準備は、傾斜超硬合金研究の中核です。材料設計は、構造の最適な組成と勾配分布を提供します。設計・作成された材料が所定の機能を満たしているかどうかを判断するには、性能評価を行う必要があります。

7.傾斜超硬合金デザイン

勾配超硬合金設計は、一般的に次のいくつかのリンクを通過する必要があります。まず、コンポーネントの構造形状と実際の使用条件に従って、既存の材料合成と性能データベースから熱力学的境界条件を引き出し、金属の可能な合成を選択します。セラミック材料の組み合わせシステムと準備方法結合剤相と硬質相の組み合わせ比率と分布規則を想定し、材料の微細構造混合則を使用して、熱弾性理論と計算数学法を使用して、材料構造の同等の物理パラメータを導き出します。材料構造の勾配成分の分布関数は、温度分布と熱応力によってシミュレートされ、最適な組成分布と材料システムが設計されます。勾配超硬合金設計の中核となる作業は、次の3つの部分で構成されています。
(1)設計された勾配機能材料が性能要件を満たすように、適切な勾配成分分布モデルを確立する
(2)傾斜材料の物性推定
(3)傾斜機能材料の温度場と熱応力の計算
炭化タングステン鉱山ボタンビットを見る ここに

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