1. 전통적인 균일 한 초경의 모순적 특성

초경합금은 전형적인 취성 재료입니다. 전통적인 균일 한 초경 하나, 균일 한 구성 및 조직의 다양한 부분의 재료, 합금은 전체적으로 균질하며 성능은 일관됩니다. 초경합금의 주요 성분은 다양한 경질 상 및 결합 상을 포함합니다. 상 및 고용체와 같은 경질상은 합금의 경도 및 내마모성에 중요한 역할을합니다. 접합은 합금의 강도와 인성에 중요한 영향을 미칩니다.
일반적으로, WC 입자 크기를 증가 시키거나 Co 함량을 증가 시키면 합금의 결합 상 두께가 증가하고 합금 가소성이 개선 될 것이다. 연성이 좋은 합금에서 국소 집중 응력은 변형으로 인해 가소성이 좋지 않은 합금을 완화 할 수 있습니다. 응력 완화에 의해 균열 개시 및 전파가 유도되어 합금의 균열이 발생한다.
따라서 전통적인 방법은 합금을 늘리는 것입니다. 함량 및 입자 크기 증가는 경질 합금의 인성을 증가시키는 방향으로 작용한다. 그러나, 동시에 경도 및 내마모성이 감소된다. 반대로, 굽힘 강도 및 충격 인성을 희생시키지 않으면 서 경도 및 내마모성을 증가시킬 수있다. 따라서, 초경합금 재료의 경도와 인성 사이에는 뚜렷한 모순이 있으며, 동시에 경도와 인성이 높은 종래의 균일 한 초경합금을 얻는 것은 쉽지 않다. 많은 서비스 조건에서, 전통적인 균일 경질 합금의 적용은 특정 제한을 가질 것이다. 예를 들어, 착암기 볼과 코발트 헤드가 작동 할 때 충격 하중과 비틀림 하중을받을뿐만 아니라 암석이 심각하게 착용해야합니다.
이를 위해서는 코발트 톱니에 충분한 충격 인성이있을뿐만 아니라 높은 내마모성이 있어야 작업이 완료됩니다. 합성 다이아몬드 합성에 사용될 때, 카바이드 탑 해머는 고온 및 고압, 일부 부품은 압축 응력 및 일부 부품은 인장 응력 또는 전단 응력을 받는다. 다른 부품에는 요구 사항이 있습니다.
다른 성능과 기능. 이러한 방식으로, 전통적인 균일 구조 경질 합금의 경도와 인성의 갈등은 응용 분야의 추가 확장을 제한하고, 현대 사회의 발전을위한 "더블 하이"높은 경도 및 높은 인성 요구 사항을 충족시키기가 어렵고, 탐구 새로운 유형의 경질 합금 재료는 공구의 각기 다른 부분이 다른 기능적 요구 사항을 갖는 것이 특히 중요합니다.

그라디언트 초경합금의 특성 및 응용 1

2. 초경합금의 새로운 발전

세계 각국의 재료 과학자들은 기존의 균일 한 경질 합금에서 위에서 언급 한 모순을 다양한 효과적인 방법을 통해 해결하고, 생산 및 사용 비용을 줄이며, 포괄적 인 성능을 향상 시키려고 노력하고 있습니다. 현재 초 미세 및 초경합금이 주로 존재한다 (초 미세 초경합금은 텅스텐 카바이드 입자 크기가 0.2-0.5 μm 인 합금이며, 나노 경화 합금은 텅스텐 카바이드를 가진 합금이다 0.2μm 미만의 입자 크기), 혈소판 강화 초경, 코팅 초경 및 기능적 구배 초경 및 기타 방향은 이러한 모순을 효과적으로 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 나노-크기 경질 합금의 코발트 함량이 높을 때, 우수한 파괴 성능을 가질뿐만 아니라 높은 경도를 가지므로, 결합제 상 또는 경질을 만들어서 합금 인성과 경도 기능적 구배 탄화물의 최상의 조합에 도달한다 합금의 다른 부분에 다른 특성을 부여하기 위해 한 방향을 따라 상이 증가하거나 감소하여 인성과 내마모성의 조합이 탄화물의 사용에서 완전히 달성 될 수있다. 다음은 구배 초경합금의 새로운 발전에 대한 간략한 소개입니다.
기능 등급 초경합금

3. 그라디언트 카바이드 제안

재료 구성 및 구성 요소의 특성의 급격한 변화는 종종 응력이 내부이든 외부이든간에 상당한 국소 응력 집중을 초래합니다. 한 재료에서 다른 재료로의 전이가 점진적으로 수행되면 이러한 응력 집중이 크게 증가합니다. 줄이다.
이러한 고려 사항은 기능적으로 가장 등급이 매겨진 재료의 기본 논리 요소를 형성합니다. 일본 과학자들은 기능적으로 등급이 매겨진 재료를 제안했는데, 이는 미세 구조 및 / 또는 구성 요소의 점진적인 변화, 공간에서의 미세 구조 및 / 또는 구성의 점진적인 변화, 및 물리적, 화학적 및 기계적 특성을 특징으로한다. 재료.
성능은 공간에서 상응하는 기울기 변화를 나타내므로 구성 요소의 다른 위치에서 다른 성능 요구 사항을 충족하므로 구성 요소 전체가 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
이 디자인 아이디어는 1980 년대 중반에서 후반까지 초경합금 분야에서 소개되었고, 초경합금 초경이 제안되었고, 빠른 개발이 빠르게 이루어졌다. 초경합금의 실제 사용에서 작업 현장마다 성능 요구 사항이 서로 다른 경우가 종종 있습니다. 예를 들어, 초경합금 코발트 헤드는 높은 표면 내마모성과 전체적인 내 충격성을 요구합니다.
새로운 유형의 초경합금 재료가 개발 될 수있는 경우,이 재료의 구조적 특징은 표면 층이 낮은 결합제 상을 갖는 구조이고 코어의 결합제 상 함량이 표면층과 코어. 높은 바인딩 내용과 지속적인 분포를 가진 전이 레이어입니다. 이러한 종류의 구조에서, 각 부분에서의 접합상의 분포가 다르기 때문에, 합금 표면에서의 접합 층의 함량은 높은 경도 및 우수한 내마모성 및 결합 층으로 각 부분의 평균값보다 낮다 전환 레이어의 내용. 높고 좋은 인성과 충격 저항을 만날 수 있습니다.

4. 구배 초경합금의 특성

2 상 구조에서, 표면층의 코발트 함량은 합금의 공칭 코발트 함량보다 낮고, 중간층의 코발트 함량은 합금의 공칭 코발트 함량과 코어의 코발트 함량보다 높다 η 상을 함유하는 것은 합금의 공칭 코발트 함량이다. 합금의 코발트 함량이 구배 변화를 나타 내기 때문에, 합금의 상이한 부분의 경도는 또한 상응하는 법칙을 반영한다. 또한, 코발트 함량의 구배 분포는 단면의 다른 부분에서 소결 수축을 불균일하게하여 합금에 잔류 응력을 발생시킨다. 합금의 표면층에서 코발트 함량이 낮고 WC + Co + η 함량이 높기 때문에, 합금 표면은 매우 높은 경도 및 매우 우수한 내마모성을 갖는다. 합금의 중간 층에서, 코발트 함량은 합금의 공칭 함량보다 높으므로, 층은 우수한 인성 및 가소성을 가지므로 합금이 더 높은 하중을 견딜 수있다. 합금 내부의 η 상 구조는 강성이 우수합니다. 실험 결과에 따르면 DP 합금의 내마모성과 인성은 기존의 균일 한 경질 합금보다 내마모성이 훨씬 우수합니다. DP 합금을 채택하면 암반 드릴링의 효율성을 높이고 채굴 비용을 줄일 수 있습니다.
다양한 국가에서 구배 재료의 현재 연구 상태에 따르면, 주로 합금, 경질 상 구배 초경합금 (코팅 매트릭스로 사용되는 β- 층과 같은)과 같은 3 가지 유형의 구배 초경 결합 초경 카바이드가있다. 초경합금) 및 경상 입자 크기 구배 초경합금 (예 : 입자-그라디언트 초경 상단 해머).

그라디언트 형성 메커니즘

침탄 후 합금에서 액체 결합제상의 방향성 이동에 의해 야기되는 코발트상의 구배 분포의 형성 메커니즘의 관점은 아직 통일되지 않았다. 현재의 연구 보고서에 따르면, 액체상의 방향성 이동은 주로 3 가지 다른 유형의 액체상으로 인한 질량 이동, 다른 WC 입자 크기로 인한 결합제상의 배향성 이동 및 다른 탄소 함량으로 인한 액체상 이동을 포함합니다. 예를 들어, 동일한 WC 탄소 함량, 균일 한 입자 크기 및 상이한 결합제 코발트 함량을 갖는 2 개의 YG 합금이 일정 기간 동안 액상 온도에서 중첩되고 유지된다. 결과적으로, 결합 된 코발트상은 높은 코발트 함량에서 낮은 코발트 함량으로 이동한다. 이주의 한쪽.
예를 들어, 상이한 입자 크기 중 하나는 미세 입자이고, 다른 하나는 동일한 코발트를 첨가하여 두 종류의 혼합물을 형성하고 진공 소결을 위해 이중층 합금으로 압축 된 거친 입자이다. 액체 결합상은 한 쪽에서 다른쪽으로 미세한 것으로 보인다. 결면이 이동합니다. 고 탄소 초경합금이 탈탄 분위기에서 탈탄되는 동안, 액체 결합상은 샘플의 내부에서 표면으로 이동하고, 저탄소 합금은 침탄 처리 액 결합 상 후에 중심으로 이동한다.
탄소 함량의 차이로 인한 이동 현상은 합금의 다른 부분에서 액상의 양의 차이로 인해 발생합니다. 이 유형의 탈탄 또는 침탄 합금은 내부 탄소 함량이 같지 않으며 탄소 함량이 높은 지역에서는 탄소 함량이 상대적으로 높습니다. 탄소 함량이 낮은 지역에서는 액상이 탄소 함량이 높은 지역에서 탄소 함량이 낮은 지역으로 이동합니다. 액체상 이동의 주요 메커니즘은 다음과 같습니다.
결합제상은 조 대한 탄화물 영역에서 미세한 탄화물 영역으로 이동하고, 이동을위한 구동력은 모세관 압력 차, 즉 모세관 힘의 작용이다. 결합상은 고 액상 영역에서 저 액상 영역으로 이동하여 이동한다. 구동력은 액체상의 압력 차, 즉 액체상의 부피 차에서 물질의 상태가 변할 때 압력을 발생시키는 부피 팽창 또는 수축의 역할이다.

그라디언트 초경합금 2의 성질과 응용

6. 그라디언트 초경합금의 응용

그라디언트 초경합금은 기존의 균일 초경합금에 존재하는 경도와 인성의 모순을 성공적으로 해결합니다. 이 새로운 재료의 개발은 1950 년대 이후 초경합금 역사에서 가장 중요한 것으로 여겨지고 있습니다. 혁신." 구배 초경합금의 고유 한 미세 구조와 특성으로 인해 구배 기능성 재료 및 경질 합금 분야에서 중요한 연구 내용이되었습니다. 현재, 코팅 기판, 초경 절삭 공구, 광업 및 암석 드릴링 공구, 연신 다이 및 펀칭 공구에 널리 사용되어 왔으며 응용 분야는 지속적으로 확장되고 있습니다.
(1) 코팅 기판으로 사용
재료의 열팽창 계수가 다르기 때문에 냉각 중 열 응력으로 인해 코팅 공구 재료가 갈라질 수 있습니다. 그라디언트 구조 초경합금이 매트릭스로 사용됩니다. 즉, 그라디언트 소결 코팅 매트릭스는 표면 영역에 큐빅 카바이드와 탄질화물이없는 연성 영역을 형성하여 코팅에 형성된 균열이 합금 내부로 확장되는 것을 효과적으로 방지 할 수 있습니다. . 계면 접합 강도를 향상시키고 계면 응력 집중을 감소시켜 초경 절삭 공구의 성능을 향상시킵니다.
(2) 초경 공구로 사용
기존의 초경합금을 교체하십시오. 일정한 비율 모델은 표면 함량이 낮고 코어 함량이 높은 등급 구조의 경질 합금을 만드는 데 사용되므로 표면층은 높은 경도와 우수한 내마모성을 가지며 코어는 높은 강도와 우수한 충격 인성을 가지며 강도를 향상시킵니다. 합금의 인성. 잘 조정되어 내마모성과 인성이 모두있는 절삭 공구를 생산하는 데 사용할 수 있습니다.
(3) 광업 및 암석 드릴링 도구 광업 및 암석 드릴링 도구
볼 톱니의 사용은 작동 중에 더 큰 마모와 충격을 필요로하며, 합금은 높은 표면 내마모성과 높은 강도를 가져야합니다. 종래의 균일 한 합금은이 요건을 충족시키기 어렵다. 내마모성과 인성은 모두 기존의 균일 한 탄화물보다 훨씬 우수합니다.
(4) 펀칭 공구로 사용
판금은 일반적으로 펀칭 또는 펀칭에 의해 준비됩니다. 이 방법을 사용하면 서로 마주 보는 작업 가장자리 사이에서 재료가 파손됩니다. 펀칭하는 동안, 펀치는 금속판에 수직 인 방향으로 다이를 통해 이동하고 금속판을 펀칭한다. 펀치의 고장 모드는 일반적으로 작업 에지의 마모로 인한 것이며 결국 펀치의 절삭 에지가 원뿔형이되어 펀칭 중에 마찰력을 증가시켜 펀칭 품질을 떨어 뜨린다. 그래디언트 카바이드 절삭 공구의 수명을 최대한 연장하려면 핵이없는 주변 영역으로 둘러싸여 있고 중앙에 η- 위상 영역이있는 등급 화 된 초경합금을 사용해야합니다. -단계. 초경합금을 펀치로 사용하면 WC의 입자 크기는 2-3μm이고 표준 초경합금의 펀칭 시간은 15 배에 불과하며 경사 구조용 초경합금의 펀칭 및 전단 횟수는 최대 64,000 배입니다. 스틸 다이 펀칭의 수는 약 7231 배입니다. 펀칭 공구로서 그라디언트 초경합금이 공구의 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있습니다.
그라디언트 초경합금에 대한 연구는 재료 설계, 재료 준비 및 특성 평가의 세 부분으로 구성됩니다. 이 세 부분은 서로를 보완하며 필수 불가결합니다. 재료 준비는 그라디언트 초경합금 연구의 핵심입니다. 머티리얼 디자인은 구조의 최상의 구성과 기울기 분포를 제공합니다. 설계 및 준비된 재료가 사전 결정된 기능을 충족하는지 판단하려면 성능 평가를 수행해야합니다.

7. 그라디언트 초경합금 설계

그라디언트 초경합금 설계는 일반적으로 다음과 같은 몇 가지 링크를 거쳐야합니다. 먼저 구성 요소의 구조적 모양과 실제 사용 조건에 따라 기존 재료 합성 및 성능 데이터베이스에서 열역학적 경계 조건을 도출하고 가능한 금속 합성을 선택하십시오. 세라믹스 재료 조합 시스템 및 제조 방법 바인더 상과 경상의 조합 비율 및 분포 규칙을 가정하고, 재료 미세 구조 혼합 법을 사용하여 열 탄성 이론 및 계산 수학 방법을 사용하여 재료 구조의 등가 물리적 파라미터를 도출하십시오. 재료 구조의 구배 성분의 분포 함수는 온도 분포에 의해 시뮬레이션되고 열 응력에 의해 시뮬레이션되며 최적의 조성 분포 및 재료 시스템이 설계됩니다. 그라디언트 초경합금 설계의 핵심 작업은 다음 세 부분으로 구성됩니다.
(1) 설계된 경사 기능 재료가 성능 요구 사항을 충족하도록 적절한 경사 성분 분포 모델을 설정합니다.
(2) 그라디언트 재료의 물리적 특성 추정
(3) 기능 등급 재료의 온도 장 및 열 응력 계산
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