희토류 경합금 및 그 특성-Meetyou 초경

I. 개요

초경합금은 업계의 "치아"라고도합니다. 효율적인 공구 재료 및 구조 재료로서 처음부터 응용 분야가 지속적으로 확장되어 산업 개발 및 과학 기술 진보를 촉진하는 데 중요한 역할을했습니다. 지난 20 년 동안 텅스텐 코발트 기반

d 초경합금은 다른 경질 합금에 비해 높은 경도, 인성 및 우수한 내마모성으로 인해 금속 절삭, 금속 성형 공구, 마이닝 드릴링 및 마모 부품에 널리 사용되었습니다. .

초경합금은 일련의 우수한 성능 특성을 가지고 있습니다. 높은 경도와 내마모성, 특히 귀중한 특성, 우수한 붉은 색 경도, 600 ° C에서 고속 강의 상온 경도를 초과하고 1000 ° C에서 탄소강을 초과합니다. 상온 경도; 우수한 탄성률, 보통 (4 ~ 7) × 104kg / mm2, 상온에서의 강성; 600kg / mm2까지 높은 압축 강도; 우수한 화학적 안정성, 일부 등급의 초경합금은 산 및 알칼리 부식에 강하며 고온에서도 심각한 산화를받지 않습니다. 낮은 열팽창 계수. 열 전도성 및 전도성은 철 및 철 합금의 열 전도성 및 전도성에 가깝다.

초경합금의 WC 평균 입자 크기에 따라 초경합금은 초 결정 초경합금, 초 미립 초경합금, 초 미립 초경합금, 초 미립 초경합금, 중립 초경합금, 초경합금 초경합금, 초경합금으로 나눌 수 있습니다. 나뭇결 초경.

초미립자 및 초미립자 탄화물은 높은 경도와 내마모성을 가지며 절삭 공구, 톱날, 밀링 커터, 스탬퍼, 밸브 스템 부품, 샌드 블라스팅 장 비용 노즐 등에 널리 사용됩니다.

초박형 초경합금은 인성 및 내열 피로성이 우수하며 광산 및 굴착 공구에 적용이 급속히 발전했습니다. 그라디언트 합금 및 초경-다이아몬드 복합재를 사용하여 다양한 응용 분야 요구 사항에 따라 특정 특성을 강조 할 수 있으므로 도구 및 마이닝 도구의 적용이 빠르게 발전했습니다.

텅스텐 코발트 기반 초경 탄화물의 특성은 주로 Co의 함량과 WC의 입자 크기에 따라 달라집니다. 전형적인 코발트-코발트 초경합금은 3 내지 30 wt%의 코발트 함량을 가지며, WC 입자 크기는 미크론 이하에서 수 ㎛에 이른다. 미크론. 나노-스케일 합성 기술, 특히 나노-스케일 WC 및 Co 입자의 개발은 나노 -WC-Co 초경합금의 기계적 특성을 크게 개선시켰다.

WC 입자가 서브 미크론 크기보다 작은 경우, 합금의 강도, 경도, 인성 및 마모 특성이 크게 개선되고, 소결 온도를 낮추면서 밀도가 높은 합금을 얻을 수있다. 따라서 초경합금 분야에서 전통적인 유형을 초 미세 및 나노 규모로 전환하는 것이 개발 추세가되었다.

그러나 WC 입자 성장은 초 미세 WC-Co 합금의 개발 및 생산에서 항상 병목 현상이되어 왔습니다. 초경합금에 특정 첨가제를 추가하는 것은 합금의 특성을 향상시키는 효과적인 방법 중 하나입니다. 초경합금에 첨가되는 두 가지 주요 유형의 첨가제가 있습니다. 하나는 내화성 금속 카바이드이고 다른 하나는 금속 첨가제입니다. 첨가제의 역할은 소결 온도 변동에 대한 합금의 감도 및 탄소 함량의 변화에 대한 감도를 감소시키고, 탄화물 입자의 불균일 한 성장을 방지하고, 합금의 상 조성을 변화시켜 합금의 구조 및 특성을 개선시키는 것이다. 합금.

가장 일반적으로 사용되는 카바이드 첨가제는 크롬 카바이드 (Cr3C2), 바나듐 카바이드 (VC), 몰리브덴 카바이드 (Mo2C 또는 Mo C), 코발트 카바이드, 탄탈 카바이드 등을 포함한다. 억제제의 선택은 총 억제 효과에 의존하고, 억제 효과는 다음과 같다 : VC> Cr3C2> Nb C> Ta C> Ti C> Zr / Hf C. 일반적으로 사용되는 금속 첨가제는 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄, 루테늄, 구리, 알루미늄 및 희토류 원소. 초경합금에 희토류 원소를 첨가하면 소결 중 WC 입자의 성장을 억제 할뿐만 아니라 합금의 기계적 특성과 내마모성을 향상시켜 제품의 서비스 수명을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 초경합금 분야에서는 희토류 첨가제에 대한 연구가 화제가되었지만 일반적으로 비 나노 스케일이 아닌 희토류 첨가제를 첨가하여 경질 합금을 개량하는 것이지만 나노-희토류 첨가제의 첨가는 거의 없었습니다. 보고했다.

나노 희토류 첨가제의 사용은 일반 희토류 첨가제의 사용보다 낮고 WC 입자 (큰 원)와의 간격이 작고 배열이 더 조밀합니다. 일반 희토류 첨가제의 크기는 WC의 크기와 거의 동일하므로 균열원을 형성하기 쉽습니다. 따라서 본 실험에서는 나노 희토류를 첨가제로 사용하여 원가를 개선하지 않고 성능을 향상시키려는 목적을 달성하였다. 중국은 희토류 자원이 풍부하다. 우리가 이러한 생각을 사용하여 신기술을 개발하고 중국의 텅스텐 광석과 희토류 자원을 최대한 활용하고 경합금 희토류 개질 재료를 연구 개발하고 중국 초경합금 산업의 생산 수준과 발전을 향상시킵니다. 고품질 및 고부가가치 초경 가공 제품, 경쟁력 향상, 국제 시장의 불리한 상황 반전, 원료의 선순환 달성은 매우 중요합니다.

2. 희토류 경질 합금

희토류 원소는 멘델레예프 주기율표의 세 번째 아족에 속하는 15개의 란탄족 원소로, 원자번호는 57~71번이며, 전자 구조 및 화학적 성질과 유사한 총 17개 원소입니다. 희토류는 신소재의 '보물고'로 알려져 있으며, 국내외 과학자, 특히 재료 전문가들이 가장 우려하는 원소군이다. 희토류는 특별한 특성으로 인해 야금 재료, 광학, 자기, 전자, 기계, 화학, 원자력, 농업 및 경공업에서 널리 사용되었습니다. 희토류는 첨가제 및 변형제로 사용되지만 직접 생산 가치와 이익은 높지 않지만 2 차 경제적 이익은 수십 배 또는 수백 배 증가 할 수 있습니다. 중국의 희토류 자원은 풍부하고 매장량은 세계 1위, 종합 생산 능력은 세계 2위입니다. 국내외에서 희토류 및 그 화합물의 적용은 국가 경제의 거의 모든 곳에서 이루어집니다. 희토류는 초경합금의 성능이 분명히 향상되었습니다. 많은 연구에 따르면 희토류를 첨가하면 초경합금의 강도와 인성을 크게 향상시킬 수 있으므로 희토류를 첨가한 초경합금을 공구 재료 및 채광 도구에 널리 사용할 수 있습니다. , 금형, 탑 해머 등은 우수한 개발 전망을 가지고 있습니다. 첨가제로 일반적으로 사용되는 희토류는 Ce, Y, Pr, La, Sc, Dy, Gd, Nd, Sm 등이다. 첨가 형태는 일반적으로 산화물, 순금속, 질화물, 수소화물, 탄화물, 희토류-코발트 중간합금, 탄산염, 질산염 등이다. 첨가된 희토류의 유형과 형태는 초경합금의 물리적 및 기계적 특성에 영향을 미칩니다.

3. 희토류의 강화 및 강화 메커니즘

초경합금에 미량 희토류 원소를 첨가하면 소결 공정 동안 합금의 결정립 성장을 억제 할뿐만 아니라 합금의 기계적 특성을 향상시켜 제품의 서비스 수명을 추가로 향상시킵니다. 초경합금에서 희토류의 강화 메커니즘은 다음과 같습니다.

(1) Zhang Fenglin et al. γ 상이 고온에서 실온으로 냉각 될 때, fcc → hcp는 확산 유형 (Ms 메커니즘에 의해 지원됨) 상 전이 인 것으로 생각된다. 이들 중에서, γfcc 및 γhcp상은 약 10%를 차지한다. 희토류의 첨가는 마르텐 사이트 변환을 억제 할 수 있기 때문에, 결합제상에서 γhcp의 함량이 감소 될 수있다. 마르텐 사이트 변환 억제의 메커니즘은 다음 두 가지 이유 때문일 수있다. 하나는 희토류 피닝 고정 전위 (displacement of a 운동)를 방해하는 희토류 산화물 피닝 전위; 한편, 희토류 산화물은 결함 위치에 고정되어 전위 ε 핵 생성 배아가 감소된다. 이에 의해, 취성 ε 상이 감소되고 인성 α 상이 증가된다.

Wang Ruikun 등은 초경합금에 미량의 희토류를 첨가하면 Co 바인더 단계에서 적층 결함의 확장을 억제하여 fcc α-Co → hcp ε-Co (계층 핵 생성)의 전환을 억제하여 fcc α를 만들 수 있다고 생각합니다. 합금의 -Co. 부피 분율이 증가합니다. α-Co에는 12 개의 슬립 시스템이 있고 ε-Co에는 3 개의 슬립 시스템 만 있습니다. 희토류 초경합금은 주로 fcc α-Co로 구성되어 변형을 조정하고 응력을 완화하는 능력을 향상시켜 인성을 향상시킵니다.

(2) W 고체 용해도에 대한 영향.

WC / Co 상 계면에서의 희토류의 분리는 Co로부터 W 및 Ti와 같은 원소의 탈 용매에 영향을 미친다. 결합제상에서 W 및 Ti의 함량을 증가 시켜서 고용 강화로서 기능 할 수있다. 그러나 메커니즘이 완전히 인식되지 않았습니다.

(3) 조직을 개선하십시오.

초경합금의 희토류는 WC / Co와 WC / WC의 경계에 분포되어 있습니다. 계면에서 희토류 원소의 흡착은 고체-액체 계면의 계면 에너지를 확실히 감소시킬 것이다. 이는 소결 동안 WC 입자의 조 대화 과정을 억제 할 수있다.

(4) 입계 및 상 경계의 강화 및 강화.

초경합금의 파괴에서는 주로 Co 결합 상 파괴를 따르며 WC 그레인에는 약간의 균열이 있습니다. 따라서 파단 거동은 WC / Co 인터페이스의 거동과 중요한 관계가 있습니다. 초경합금에 희토류가 존재하는 것은 주로 산화물 또는 금속 간 화합물 때문입니다. 배포는 주로 WC / Co 및 WC / WC의 인터페이스에 있습니다. 소량의 희토류 산화물이 또한 결합제상에서 발견 될 수있다. 그 모양은 주로 구형 또는 다면체입니다. 결정립계와 상계를 정화하는 데있어서 희토류의 역할과 상 계면 강도의 향상으로 인해, 희토류 초경합금의 파괴 인성이 크게 향상 될 것이다.

다양한 방식, 형태, 희토류 유형 및 연구 방법으로 인해 연구 결론이 다르고 제안 된 메커니즘이 다르고 심지어 모순 될 수도 있습니다. 희토류 강화 초경합금에 대한 연구는 추가 연구가 필요하다.