Carboneto cimentado (metal duro) é um termo geral para ligas compostas de carbonetos, nitretos, boretos ou silicidas de metais com alto ponto de fusão (W, Mo, Ti, V, Ta, etc.). Dividido em duas categorias principais de fundição e sinterização. A liga fundida possui alta fragilidade e baixa tenacidade, além de pouco valor prático de aplicação. Amplamente utilizadas são as ligas sinterizadas, geralmente sinterizadas a partir de carboneto de tungstênio ou carboneto de titânio e pó de cobalto, com alta dureza, resistência ao desgaste e dureza a quente. Usado principalmente para a fabricação de alta velocidade de corte e processamento de materiais duros, nos últimos anos, o uso de carboneto na indústria de moldes também está aumentando, por isso é de importância prática discutir e estudar o tratamento térmico de liga dura.

1. Características do carboneto cimentado

O carboneto é produzido pelo método de metalurgia do pó a partir do composto duro de metal refratário e da fase de ligação do metal. Os compostos duros comumente usados são os carbonetos. Como liga dura para ferramentas de corte, WC, TiC, TaC, NbC, etc. comumente usados, o aglutinante é Co, e a resistência do carboneto cimentado depende principalmente do conteúdo de Co. Como o carboneto no carboneto cimentado tem uma alto ponto de fusão (como um ponto de fusão de 3140 ° C de Ti C), uma alta dureza (como uma dureza de 3200 HV de TiC), uma boa estabilidade química e uma boa estabilidade térmica, a dureza e resistência ao desgaste disso são altos. A estabilidade química e do sexo é muito maior do que os aços-ferramenta de alta velocidade.
A fase dura de metal duro comumente usada é principalmente o WC, que apresenta boa resistência ao desgaste. Embora alguns carbonetos tenham dureza semelhante à do WC, eles não têm a mesma resistência ao desgaste. O WC tem uma maior resistência ao escoamento (6000 MPa), por isso é mais resistente à deformação plástica. A condutividade térmica do WC também é boa e a condutividade térmica é um importante índice de desempenho das ferramentas. O WC possui um coeficiente de expansão térmica mais baixo, cerca de 1/3 do aço; seu módulo de elasticidade é 3 vezes o do aço e sua resistência à compressão também é maior que a do aço. Além disso, o WC possui boa resistência à corrosão e oxidação à temperatura ambiente, boa resistência elétrica e alta resistência à flexão.

Tratamento térmico de produtos de carboneto de tungstênio 1

Fig.1 O diagrama de quase-equilíbrio da liga WC-Co

2. Tratamento térmico e organização da liga

Foi estudado nas fases de ligação de ligas WC-Co com diferentes proporções C / W de 5% a 35% WC. As conclusões são tiradas da seguinte forma: as fases γ-fase ou (γ + WC) são geradas na liga com resfriamento lento; Quando houver (γ + η) as fases aparecerão. Entretanto, como a fase (γ + η) é instável, a fase (γ + η) se transformará em uma fase estável (γ + WC) após o recozimento. De acordo com os resultados do teste, o diagrama de fase de quase-equilíbrio mostrado na Fig. 1 é desenhado (a linha sólida é o diagrama de fases do sistema estável e a linha tracejada é o diagrama de fases local que ilustra as características η do quase-estável Estágio).
O recozimento (resfriamento lento) do carboneto cimentado típico depende principalmente do teor de carbono: quando C / W> 1, o carbono livre precipita no limite da fase WC-Co; quando C / W <1, a microestrutura da liga possui Em ambos os casos: Um está na região trifásica (WC + γ + η). É inevitável que a fase η apareça após a liga ser resfriada lentamente. Se existe uma quantidade tão grande de fase η na fase cimentícia, aparecem grãos de cristal ramificado e os grãos pequenos são distribuídos de maneira desigual; se houver um grão grande da fase η, os grãos são separados por uma longa distância; portanto, há informações de que a fase η é que Temperaturas mais altas começaram a se formar.
No outro caso, quando a liga estiver na região de duas fases (WC + γ), a liga W será precipitada como Co3W a partir da fase de ligação após o recozimento da liga de baixo carbono. O processo de reação pode ser expresso pela seguinte fórmula. Cúbico centrado na face → Co cúbico centrado na face + Co3W Portanto, esta liga WC-Co bifásica de baixo carbono será transformada em uma estrutura trifásica (WC + γ + CoW) após o recozimento. A Figura 2 mostra as curvas de dissolução de W para ligas WC-Co bifásicas a diferentes temperaturas de recozimento. A curva é a curva crítica de temperatura para ligas bifásicas transformadas em ligas trifásicas (WC + γ + CoW): acima da temperatura da curva O recozimento resulta em uma liga de microestrutura bifásica; o recozimento a temperaturas abaixo da curva produz uma estrutura trifásica contendo Co3W.

3. Efeito do processo de tratamento térmico nas propriedades mecânicas da liga de dureza

(1) Efeito sobre a resistência Como o WC possui solubilidade sólida diferente a diferentes temperaturas em Co, ele oferece a possibilidade de endurecimento por precipitação da fase aglutinante por têmpera da temperatura da solução sólida e envelhecimento subsequente. A têmpera pode inibir a precipitação da CC e a transição homotrópica do Co (hexagonal denso, cúbico centrado na face do Co). Foi relatado que a resistência da liga contendo cobalto 40% pode ser aumentada em cerca de 10% após a têmpera, mas a resistência da liga contendo cobalto 10% é reduzida após a têmpera. Considerando que a quantidade de cobalto contida nos carbonetos cimentados comumente usados na engenharia é geralmente 10% a 37%, o efeito do tratamento térmico na resistência da liga é muito pequeno. Portanto, alguém se atreveu a afirmar que a têmpera não é uma maneira de aumentar a força das ligas W-Co. O recozimento também causa uma diminuição na resistência da liga, como mostrado nas Tabelas 1 e 3. As propriedades do carboneto de tungstênio variam com a quantidade de Co contida e a espessura dos grãos, como mostra a Figura 4.

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Fig. 2 A curva de solubilidade sólida do tungstênio na liga bifásica WC-10%Co

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Fig.3 Efeito do recozimento a 800 ° C na resistência à flexão do conteúdo de WC-10%Co

Tabela 2 processo típico de tratamento térmico de liga dura

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Figura 4 As propriedades do carboneto cimentado WC variam com a quantidade de Co e o tamanho do grão

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Fig. 5 Relação entre dureza e tempo de envelhecimento da fase ligante de liga WC-Co

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Fig. 6 Relação entre dureza e tempo de envelhecimento da liga WC-Co

4. Revestimento de liga dura

A fim de melhorar ainda mais a resistência ao desgaste da liga dura, um material duro como TiC ou TiN pode ser depositado por vapor na superfície da mesma. O material de revestimento deve atender aos seguintes requisitos:
1 Deve ter alta dureza a baixa temperatura e alta temperatura.
2 tem boa estabilidade química.
3 deve ter permeabilidade e sem orifício de ar.
4 O material a ser processado deve ter um baixo fator de atrito.
5 Para colar firmemente com o corpo da ferramenta. 6 É econômico e fácil de produzir. No mundo de hoje, o metal duro também é o principal material das ferramentas de corte. Também está expandindo sua participação em moldes, ferramentas de medição e outros campos.
Em resumo, é usado principalmente nos seguintes aspectos:
1 Torneamento em corte contínuo.
2 Torneamento de perfil com pouca alteração na profundidade da faca.
3 requerem veículos intermitentes com baixa intensidade.

4 Fresamento de alta velocidade de aço ou ferro fundido cinza.

As vantagens do carboneto cimentado revestido são muitas e resumidas da seguinte forma:
1 Boa versatilidade.
2 pode melhorar a precisão da superfície de corte da peça.
3 A velocidade de corte aumenta bastante com a mesma vida útil da ferramenta.
4 Na mesma velocidade de corte, a vida da ferramenta pode ser aumentada.
(1) Material de revestimento A maioria dos fabricantes estrangeiros usa revestimento de TiC para insertos revestidos, seguido pelo revestimento de TiN. O revestimento composto de TiC-TiN e o revestimento de solução sólida de Ti (C • N) aumentaram gradualmente. Nos últimos anos, muitos novos revestimentos compostos também foram desenvolvidos.
Atualmente, o TiC é um material de revestimento ideal; suas vantagens são dureza a alta temperatura, alta resistência, boa resistência à oxidação e resistência ao desgaste de crateras; sua desvantagem é que o coeficiente de expansão térmica e o corpo são maiores e a resistência ao desgaste lateral é baixa. Comparado com o revestimento de TiC, o revestimento de TiN tem as seguintes vantagens: a lâmina revestida tem uma baixa tendência a formar uma cratera ao cortar, e seu coeficiente de expansão térmica é próximo ao do substrato e tem uma baixa sensibilidade ao choque térmico e não é provável que forme um tumor. O desgaste antiderrapante é bom e é fácil de depositar e controlar. A desvantagem é que a adesão ao substrato é menos sólida. O revestimento composto de TiC-TiN e o revestimento de solução sólida de Ti (C • N) são novos revestimentos desenvolvidos na década de 1970 e foram aplicados com sucesso na produção.
O revestimento duro de revestimento composto tem um futuro promissor.
(2) Processo de revestimento O processo e o equipamento para a produção de pastilhas de revestimento de TiC em casa e no exterior são semelhantes. A característica comum é que as pastilhas de metal duro tratadas são colocadas em uma câmara de reação de deposição e, em seguida, H2 é usado como veículo para introduzir TiCl4 e metano na câmara de reação. Reação de deposição. A temperatura da reação é aproximadamente controlada a cerca de 1000 ° C. O método de aquecimento é quase sempre o mesmo aquecimento por indução de alta frequência, e a pressão de deposição é principalmente pressão negativa. Embora um revestimento de boa qualidade possa ser depositado sob pressão normal, o uso de deposição de pressão negativa é mais eficiente e o revestimento é mais uniforme e denso. Especialmente quando o número de lâminas de deposição é grande, as vantagens do uso da deposição de pressão negativa são particularmente significativas.
(3) Espessura do revestimento A espessura do revestimento de TiC é geralmente de 5 a 8 μm para as pastilhas de revestimento produzidas em casa e no exterior. A espessura do revestimento de TiN está na faixa de 8 ~ 12μm. (4) O desempenho do revestimento da matriz de revestimento é muito afetado pela composição da matriz; a matriz da lâmina revestida deve atender aos seguintes requisitos: 1 possui boa tenacidade e resistência à deformação plástica. 2 tem uma dureza alta. 3 Sua composição química deve corresponder ao material de revestimento e a adesão mútua deve ser firme. 4 não é danificado em altas temperaturas de deposição. 5 O coeficiente de expansão é semelhante ao do material de revestimento. 6 tem boa condutividade térmica. Ao usinar materiais de aço, as ligas WiC-TC-Co ou WC-TiC-TaC-Co devem ser selecionadas; Ao usinar ferro fundido ou metais não ferrosos, as ligas WC-Co devem ser selecionadas. Diferentes materiais de processamento, os requisitos da matriz de liga de revestimento também são diferentes, o que significa que o revestimento também deve ser personalizado, qualquer processo de tratamento térmico não é uma panacéia, desde que sob condições específicas para maximizar sua eficácia.

5. Aplicação de carboneto cimentado na produção de ferramentas e matrizes

(1) No campo das ferramentas de corte, o metal duro mantém excelente desempenho de corte mesmo em altas temperaturas de 800-1000 ° C. É adequado para corte rápido em altas temperaturas e tem um significado prático para melhorar a eficiência econômica. Portanto, está substituindo gradualmente os aços para ferramentas de alta velocidade. Faça ferramentas. Em 2017, foi amplamente utilizado não apenas em tornos, plaina, facas de mandrilar, fresas de três lâminas, fresas e fresas de topo, mas também com a promoção contínua da fabricação inteligente e da indústria 4.0. Mais amplo, ansioso pelo futuro O material da ferramenta é, sem dúvida, o mundo das ligas duras.
(2) No campo dos moldes, vários tipos de matriz de trefilação e matriz de trefilação são basicamente feitos de carboneto cimentado. A matriz progressiva para fabricar dentes com zíper usa as ligas duras YG8 e YG15 para fazer matrizes de grande diâmetro e matrizes duras YG20C. Ligas para matriz progressiva de múltiplas posições. O modo não magnético é geralmente feito de carboneto cimentado YG15 e YG20. A vida útil da matriz de trefilagem implantada com íons de nitrogênio YG8 é mais do que duplicada. Em suma, a aplicação de carboneto cimentado em moldes está se tornando cada vez mais comum. Também é usado no setor de instrumentos de medição e outras ferramentas e não será descrito em detalhes.

6. Conclusão

Após o tratamento térmico adequado da liga dura, embora possa melhorar um pouco da dureza, mas levando em consideração o tempo de tratamento térmico mais longo e prejudicial à resistência à flexão, o tratamento térmico deve ter um certo grau de especificidade. O revestimento de superfície fortalece o novo caminho para o uso de carboneto cimentado, e o substrato, material, processo e espessura do revestimento também devem ser individualizados.

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