Twardy stop metali ziem rzadkich i jego właściwości 1

I. Przegląd
Węglik spiekany jest również znany w branży jako „zęby”. Od samego początku, jako wydajny materiał narzędziowy i materiał konstrukcyjny, jego zakres zastosowania był stale rozszerzany, co odegrało ważną rolę w promowaniu rozwoju przemysłowego oraz postępu naukowego i technologicznego. W ciągu ostatnich 20 lat baza wolframowo-kobaltowa
d Węgliki spiekane były szeroko stosowane w obróbce metali, narzędziach do formowania metali, wierceniu górniczym i częściach zużywających się ze względu na ich wysoką twardość, wytrzymałość i doskonałą odporność na zużycie w porównaniu do innych twardych stopów. .
Węglik spiekany ma szereg doskonałych właściwości użytkowych: ma wysoką twardość i odporność na zużycie, szczególnie cenne, ma dobrą twardość czerwoną, przekracza normalną twardość temperaturową stali szybkotnącej w temperaturze 600 ° C i przewyższa stal węglową w temperaturze 1000 ° C. Twardość w normalnej temperaturze; ma dobry moduł sprężystości, zwykle (4 ~ 7) × 104 kg / mm2, dobrą sztywność w normalnej temperaturze; wysoka wytrzymałość na ściskanie, do 600 kg / mm2; dobra stabilność chemiczna, niektóre gatunki węglika spiekanego są odporne na korozję kwasową i alkaliczną i nie ulegają znacznemu utlenianiu nawet w wysokich temperaturach; niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Przewodność cieplna i przewodnictwo są zbliżone do przewodności żelaza i stopów żelaza.
Według średniej wielkości ziaren WC w węgliku spiekanym węglik spiekany można podzielić na: nanokrystaliczny węglik spiekany, ultradrobny węglik spiekany, submikronowy węglik spiekany, drobnoziarnisty węglik spiekany, średnioziarnisty węglik spiekany, gruboziarnisty węglik spiekany, bardzo gruboziarnisty ziarnisty węglik spiekany.
Węgliki drobnoziarniste i bardzo drobnoziarniste mają wysoką twardość i odporność na zużycie i są szeroko stosowane w narzędziach do cięcia, ostrzu piły, frezach, stemplarkach, elementach zaworów, dyszach do urządzeń do piaskowania itp.
Ultra-gruby węglik ziaren ma lepszą wytrzymałość i odporność na zmęczenie cieplne, a jego zastosowanie w narzędziach wydobywczych i wyrobiskach szybko się rozwinęło. Stopy gradientowe i kompozyty węglikowo-diamentowe mogą być użyte do podkreślenia określonych specyficznych właściwości zgodnie z różnymi wymaganiami aplikacyjnymi, więc zastosowanie narzędzi i narzędzi wydobywczych szybko się rozwinęło.
Właściwości węglików spiekanych na bazie wolframu i kobaltu zależą głównie od zawartości Co i wielkości ziarna WC. Typowy węglik spiekany kobalt-kobalt ma zawartość kobaltu od 3 do 30 wt%, a wielkość ziaren WC waha się od submikronowej do kilku. Mikron. Rozwój technologii syntezy cząstek w nanoskali, zwłaszcza nanocząstek WC i Co w nanoskali, znacznie poprawił właściwości mechaniczne węglika spiekanego nano-WC-Co.
Gdy ziarno WC jest mniejsze niż rozmiar submikronowy, wytrzymałość, twardość, twardość i właściwości stopu są znacznie poprawione, a stop mający wysoką gęstość można uzyskać przy obniżeniu temperatury spiekania. Dlatego w dziedzinie węglików spiekanych konwersja tradycyjnych typów na ultra-cienkie i nanoskalowe stała się jego trendem rozwojowym.
Jednak wzrost ziarna WC zawsze był wąskim gardłem w rozwoju i produkcji ultradrobnych stopów WC-Co. Dodanie niektórych dodatków do węglika spiekanego jest jednym ze skutecznych sposobów poprawy właściwości stopu. Istnieją dwa główne rodzaje dodatków dodawanych do węglika spiekanego: jeden jest ogniotrwałym węglikiem metalu, a drugi jest dodatkiem do metalu. Rolą dodatku jest zmniejszenie wrażliwości stopu na zmiany temperatury spiekania i wrażliwości na zmiany zawartości węgla, zapobieganie nierównomiernemu wzrostowi ziaren węglików, zmiana składu fazowego stopu, a tym samym poprawa struktury i właściwości stop.
Najczęściej stosowane dodatki węglikowe obejmują węglik chromu (Cr3C2), węglik wanadu (VC), węglik molibdenu (Mo2C lub Mo C), węglik kobaltu, węglik tantalu i tym podobne. Wybór inhibitora zależy od całkowitego działania hamującego, a działanie hamujące jest następujące: VC> Cr3C2> Nb C> Ta C> Ti C> Zr / Hf C. Powszechnie stosowanymi dodatkami metali są chrom, molibden, wolfram, ren, ruten, miedź, aluminium i pierwiastki ziem rzadkich. Dodanie pierwiastków ziem rzadkich do węglika spiekanego nie tylko hamuje wzrost ziaren WC podczas spiekania, ale także poprawia właściwości mechaniczne i odporność stopu na zużycie, a tym samym jeszcze bardziej poprawia żywotność produktów. W dziedzinie węglików spiekanych gorącym tematem były badania dodatków do metali ziem rzadkich, ale ogólną ideą jest dodanie dodatków do metali ziem rzadkich w innej skali niż nanocząsteczki, aby zmodyfikować twarde stopy, ale rzadko dodawano dodatki do nanocząstek ziem rzadkich. zgłoszone.
Zastosowanie nanocząsteczkowego dodatku do metali ziem rzadkich jest mniejsze niż w przypadku zwykłego dodatku do metali ziem rzadkich, a szczelina z ziarnem WC (duży okrąg) jest niewielka, a układ jest bardziej gęsty. Rozmiar zwykłego dodatku do metali ziem rzadkich jest prawie taki sam jak rozmiar WC, więc łatwo jest utworzyć źródło pęknięć. Dlatego w tym eksperymencie wykorzystuje się nanometan ziem rzadkich jako dodatek, aby osiągnąć cel polegający na nie poprawie kosztów i poprawie wydajności. Chiny są bogate w surowce ziem rzadkich. Jeśli wykorzystamy ten sposób myślenia do opracowania nowej technologii, w pełni wykorzystamy chińskie zasoby rudy wolframu i metali ziem rzadkich, badamy i opracowujemy materiały modyfikowane stopami metali ziem rzadkich z twardych stopów, poprawiamy poziom produkcji i rozwój chińskiego przemysłu węglików spiekanych. Ogromne znaczenie mają wysokiej jakości produkty węglikowe poddane głębokiej obróbce o wysokiej wartości dodanej, poprawa konkurencyjności, odwrócenie niekorzystnej sytuacji na rynku międzynarodowym i osiągnięcie właściwego cyklu surowców.
2. Twardy stop metali ziem rzadkich
Pierwiastkiem ziem rzadkich jest 15 lantanowców z trzeciej podgrupy układu okresowego Mendelejewa o liczbach atomowych od 57 do 71, plus łącznie 17 pierwiastków, które są podobne do tych o strukturach elektronicznych i właściwościach chemicznych. Rzadka ziemia jest znana jako „skarbnica” nowych materiałów i jest grupą elementów, którymi najbardziej obawiają się naukowcy w kraju i za granicą, zwłaszcza eksperci od materiałów. Ze względu na swoje szczególne właściwości ziem rzadkich były szeroko stosowane w materiałach metalurgicznych, optyce, magnetyzmie, elektronice, maszynach, chemikaliach, energii atomowej, rolnictwie i przemyśle lekkim. Chociaż metale ziem rzadkich są stosowane jako dodatki i modyfikatory, ich bezpośrednia wartość wyjściowa i zysk nie są wysokie, ale wtórne korzyści ekonomiczne można zwiększyć dziesiątki, a nawet setki razy. Chińskie zasoby metali ziem rzadkich są obfite, a jego rezerwy zajmują pierwsze miejsce na świecie, a jego wszechstronne zdolności produkcyjne zajmują drugie miejsce na świecie. W kraju i za granicą zastosowanie metali ziem rzadkich i ich związków jest prawie wszędzie w gospodarce narodowej. Rzadka ziemia ma wyraźną poprawę wydajności węglika spiekanego. Wiele badań wykazało, że dodanie metali ziem rzadkich może w znacznym stopniu poprawić wytrzymałość i wytrzymałość węglika spiekanego, dzięki czemu węglik spiekany z dodatkiem metali ziem rzadkich może być szeroko stosowany w materiałach narzędziowych i narzędziach górniczych. , formy, najlepsze młoty itp. mają doskonałe perspektywy rozwoju. Ziemie rzadkie powszechnie stosowane jako dodatki to Ce, Y, Pr, La, Sc, Dy, Gd, Nd, Sm i tym podobne. Postacią addycyjną jest na ogół tlenek, czysty metal, azotek, wodorek, węglik, stop pośredni kobalt ziem rzadkich, węglan, azotan i tym podobne. Rodzaj i morfologia dodanego pierwiastka ziem rzadkich wpływa na właściwości fizyczne i mechaniczne węglika spiekanego.
3. Mechanizm wzmacniania i hartowania metali ziem rzadkich
Dodanie pierwiastków śladowych pierwiastków ziem rzadkich do węglika spiekanego nie tylko hamuje wzrost ziarna stopu podczas procesu spiekania, ale także poprawia właściwości mechaniczne stopu, a tym samym jeszcze bardziej poprawia żywotność produktu. Mechanizm wzmacniający pierwiastków ziem rzadkich na węgliku spiekanym jest następujący:
(1) Zhang Fenglin i in. uważają, że gdy faza γ jest schładzana z wysokiej temperatury do temperatury pokojowej, fcc → hcp jest typem dyfuzyjnym (wspomaganym przez mechanizm Ms) przejściem fazowym. Wśród nich fazy γfcc i γhcp stanowią około 10%. Ponieważ dodanie metali ziem rzadkich może hamować transformację martenzytyczną, zawartość γhcp w fazie spoiwa może zostać zmniejszona. Mechanizm jego hamowania transformacji martenzytycznej może wynikać z dwóch powodów: jednym jest przemieszczenie szpilki tlenku ziem rzadkich, które utrudnia ruch dyslokacji; z drugiej strony tlenek ziem rzadkich jest przypięty w miejscu uszkodzenia, dzięki czemu powstaje potencjalne jądro jądra ε Zarodek jest zmniejszony. W ten sposób krucha faza ε jest zmniejszona, a faza α wytrzymałości jest zwiększona.
Wang Ruikun i inni uważają, że dodanie śladowych pierwiastków ziem rzadkich do węglików spiekanych może hamować ekspansję wad w stosach w fazie spoiwa Co, hamując w ten sposób konwersję fcc α-Co → hcp ε-Co (zarodkowanie warstwowe), dzięki czemu fcc α -Co w stopie. Ułamek objętościowy rośnie. α-Co ma 12 systemów poślizgowych, podczas gdy ε-Co ma tylko 3 systemy poślizgowe. Węglik spiekany ziem rzadkich składa się głównie z α-Co fcc, co poprawi jego zdolność do koordynowania naprężeń i rozluźnienia stresu, a tym samym poprawi jego wytrzymałość.
(2) Wpływ na rozpuszczalność substancji stałej W.
Segregacja metali ziem rzadkich na styku faz WC / Co wpływa na desolwatację pierwiastków takich jak W i Ti z Co. Możliwe jest zwiększenie zawartości W i Ti w fazie spoiwa, tym samym działając jako wzmocnienie roztworu stałego. Ale mechanizm nie jest w pełni rozpoznany.
(3) Udoskonal organizację.
Ziemia rzadka w węgliku spiekanym jest rozprowadzana na styku WC / Co i WC / WC. Adsorpcja pierwiastków ziem rzadkich na styku z pewnością zmniejszy energię międzyfazową interfejsu fazowego ciało stałe-ciecz. Może to powstrzymać proces zgrubienia ziaren WC podczas spiekania.
(4) Wzmocnienie i hartowanie granic ziaren i granic faz.
W pęknięciu węglika spiekanego zachodzi głównie wzdłuż pęknięcia fazy wiązania Co, a wzdłuż ziarna WC występują pewne pęknięcia. Dlatego jego zachowanie podczas złamania ma istotny związek z zachowaniem interfejsu WC / Co. Obecność metali ziem rzadkich w węglikach spiekanych wynika głównie z tlenków lub związków międzymetalicznych. Dystrybucja odbywa się głównie na interfejsie WC / Co i WC / WC. Niewielką ilość tlenków ziem rzadkich można również znaleźć w fazie spoiwa. Jego kształt jest głównie kulisty lub wielościenny. Ze względu na rolę metali ziem rzadkich w oczyszczaniu granic ziaren i granic faz oraz poprawie wytrzymałości granicy faz, odporność na pękanie węglików spiekanych ziem rzadkich zostanie znacznie poprawiona.
Ze względu na różne sposoby, formy, rodzaje metali ziem rzadkich i metody badawcze wnioski z badań są różne, a proponowany mechanizm będzie inny, a nawet sprzeczny. Badania nad hartowanymi węglikami spiekanymi metali ziem rzadkich wymagają dalszych badań.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

pl_PLPolski
en_USEnglish zh_CN简体中文 es_ESEspañol hi_INहिन्दी arالعربية pt_BRPortuguês do Brasil ru_RUРусский ja日本語 jv_IDBasa Jawa de_DEDeutsch ko_KR한국어 fr_FRFrançais tr_TRTürkçe viTiếng Việt pl_PLPolski