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.
The use of the nano rare earth additive is lower than that of the ordinary rare earth additive, and the gap with the WC grain (large circle) is small, and the arrangement is more dense. The size of the ordinary rare earth additive is almost the same as that of WC, so it is easy to form a crack source. Therefore, this experiment uses nano rare earth as an additive to achieve the purpose of not improving the cost and improving the performance. China is rich in rare earth resources. If we use this kind of thinking to develop new technology, make full use of China’s tungsten ore and rare earth resources, research and develop hard alloy rare earth modified materials, improve the production level and development of China’s cemented carbide industry. High-quality and high value-added deep-processed carbide products, improving competitiveness, reversing the unfavorable situation in the international market, and achieving a virtuous cycle of raw materials are of great significance.
2. Twardy stop metali ziem rzadkich
The rare earth element is 15 lanthanides of the third subgroup of Mendeleev’s periodic table with atomic numbers ranging from 57 to 71, plus a total of 17 elements, which are similar to those of electronic structures and chemical properties. Rare earth is known as the “treasure house” of new materials, and is a group of elements that scientists at home and abroad, especially material experts, are most concerned about. Due to its special properties, rare earths have been widely used in metallurgical materials, optics, magnetism, electronics, machinery, chemicals, atomic energy, agriculture and light industry. Although rare earths are used as additives and modifiers, their direct output value and profit are not high, but the secondary economic benefits can be increased by tens or even hundreds of times. China’s rare earth resources are abundant, and its reserves rank first in the world, and its comprehensive production capacity ranks second in the world. At home and abroad, the application of rare earths and their compounds is almost everywhere in the national economy. Rare earth has obvious improvement on the performance of cemented carbide. A large number of studies have shown that the addition of rare earth can improve the strength and toughness of cemented carbide to a large extent, so that rare earth-added cemented carbide can be widely used in tool materials and mining tools. , molds, top hammers, etc., have excellent development prospects. The rare earths commonly used as additives are Ce, Y, Pr, La, Sc, Dy, Gd, Nd, Sm, and the like. The addition form is generally an oxide, a pure metal, a nitride, a hydride, a carbide, a rare earth-cobalt intermediate alloy, a carbonate, a nitrate, and the like. The type and morphology of the added rare earth affect the physical and mechanical properties of the cemented carbide.
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 *