1. Противоречивые характеристики традиционного однородного карбида

Цементированный карбид является типичным хрупким материалом. Традиционный однородный твердосплавный материал, материал различных частей однородного состава и организации, сплав однороден во всем, его производительность является последовательной. Основные компоненты цементированного карбида включают различные твердые фазы и фазы связывания. Твердые фазы, такие как фазы и твердые растворы, играют важную роль в твердости и износостойкости сплавов. Склеивание оказывает важное влияние на прочность и ударную вязкость сплавов.
Как правило, увеличение размера зерна WC или увеличение содержания Co приведет к увеличению толщины фазы соединения сплава и улучшит пластичность сплава. В сплавах с хорошей пластичностью локальные концентрированные напряжения могут ослаблять сплавы с плохой пластичностью из-за деформации. Возникновение и распространение трещины индуцируются релаксацией напряжений, что приводит к растрескиванию сплава.
Поэтому традиционным способом является увеличение сплава. Содержание и увеличение размера зерна служат в качестве направления для повышения ударной вязкости твердого сплава. Однако в то же время твердость и износостойкость снижаются. И наоборот, твердость и износостойкость могут быть увеличены без ущерба для прочности на изгиб и ударной вязкости. Следовательно, существует резкое противоречие между твердостью и ударной вязкостью цементированных карбидных материалов, и нелегко получить обычный однородный цементированный карбид с высокой твердостью и ударной вязкостью одновременно. Во многих условиях эксплуатации применение традиционных однородных твердых сплавов будет иметь определенные ограничения. Например, когда шар для бурения скальной породы и головка кобальта работают, они не только подвергаются ударной нагрузке и кручению, но и должны серьезно изнашиваться скалой.
Это требует, чтобы зубцы кобальта не только имели достаточную ударную вязкость, но и имели высокую износостойкость, чтобы завершить свою работу. При использовании в синтезе синтетического алмаза твердосплавные молотки подвергаются воздействию высокой температуры и высокого давления, некоторые детали подвергаются сжимающему напряжению, а некоторые детали - растягивающему или сдвиговому напряжению. Различные части имеют требования.
Различная производительность и особенности. Таким образом, конфликт между твердостью и ударной вязкостью традиционного однородного строения твердого сплава ограничивает дальнейшее расширение области его применения, трудно удовлетворить требования «двойной высокой» высокой твердости и высокой вязкости для развития современного общества, так что исследуйте Новый тип твердосплавных материалов делает особенно важным, чтобы разные части инструмента имели разные функциональные требования.

Properties and Application Of Gradient Cemented Carbide 1

2. Новые достижения в цементированном карбиде

Ученые по материалам из разных стран мира пытаются разрешить вышеупомянутые противоречия в традиционном однородном твердом сплаве различными эффективными способами, снизить затраты на производство и использование и улучшить их всестороннюю производительность. В настоящее время в основном используются сверхтонкие и нанотвердые сплавы (так называемый сверхтонкий цементированный карбид представляет собой сплав с размером зерна карбида вольфрама 0,2-0,5 мкм, а нанотвердый сплав представляет собой сплав с карбидом вольфрама. размер зерна менее 0,2 мкм), карбид, закаленный в тромбоцитах, карбид с покрытием и карбид с функциональным градиентом, и другие направления могут эффективно разрешить это противоречие. Например, когда содержание кобальта в твердом сплаве с наноразмерами является высоким, оно не только имеет хорошие характеристики разрушения, но также имеет высокую твердость, достигая наилучшего сочетания твердости сплава и карбида с функциональным градиентом твердости, делая фазу связующего или твердую фаза вдоль одного направления увеличивается или уменьшается, чтобы придать различным частям сплава различные свойства, так что сочетание твердости и износостойкости может быть полностью достигнуто при использовании карбида. Ниже приводится краткое введение в новый прогресс в области градиентного цементированного карбида.
Функционально-градиентный цементированный карбид

3. Предложенный градиент карбида

Резкие изменения в составе материала и свойствах компонента часто приводят к значительным локальным концентрациям напряжений, независимо от того, является ли напряжение внутренним или внешним. Если переход от одного материала к другому будет выполняться постепенно, эти концентрации напряжений значительно возрастут. уменьшить.
Эти соображения формируют основной логический элемент большинства функционально классифицированных материалов. Японские ученые впервые предложили функционально-градиентные материалы, которые характеризуются постепенным изменением микроструктуры и / или состава компонента, постепенным изменением его микроструктуры и / или состава в пространстве, а также физико-химических и механических свойств материал.
Производительность демонстрирует соответствующее изменение градиента в пространстве, так что она соответствует различным требованиям к производительности в разных местах компонента, благодаря чему компонент в целом достигает наилучших результатов.
Эта идея дизайна была введена в области цементированного карбида в середине-конце 1980-х годов, и был предложен градиентный цементированный карбид, и быстрое развитие было быстро достигнуто. При фактическом использовании цементированного карбида для разных рабочих площадок часто предъявляются разные требования к производительности. Например, кобальтовая головка из цементированного карбида требует высокой износостойкости поверхности и общей ударопрочности.
Возможно, что если будет разработан новый тип материала из цементированного карбида, структурная особенность этого материала состоит в том, что поверхностный слой представляет собой структуру с низкой фазой связующего, а содержание фазы связующего в сердечнике представляет собой среднее значение между поверхностный слой и ядро. Это переходный слой с высоким содержанием связующего и непрерывным распределением. В структуре такого типа из-за различного распределения фазы связывания в каждой части содержание связующего слоя на поверхности сплава ниже, чем среднее значение в каждой детали, с высокой твердостью и хорошей износостойкостью, а также связующим слоем. содержание в переходном слое. Высокая, может встретить хорошую прочность и ударопрочность.

4. Свойства градиентного цементированного карбида

В двухфазной структуре содержание кобальта в поверхностном слое ниже, чем номинальное содержание кобальта в сплаве, содержание кобальта в промежуточном слое выше, чем номинальное содержание кобальта в сплаве, и содержание кобальта в ядре. содержащая η фаза представляет собой номинальное содержание кобальта в сплаве. Поскольку содержание кобальта в сплаве показывает градиентное изменение, твердость различных частей сплава также отражает соответствующие законы. Кроме того, градиентное распределение содержания кобальта делает усадку при спекании в разных частях поперечного сечения неоднородной, что приводит к остаточному напряжению в сплаве. Из-за низкого содержания кобальта в поверхностном слое сплава и высокого содержания WC + Co + η поверхность сплава имеет очень высокую твердость и очень хорошую износостойкость. В среднем слое сплава содержание кобальта выше, чем номинальное содержание сплава, и, таким образом, слой обладает хорошей ударной вязкостью и пластичностью, так что сплав может выдерживать более высокие нагрузки. Структура η-фазы внутри сплава имеет хорошую жесткость. Экспериментальные результаты показывают, что износостойкость и ударная вязкость сплава DP явно лучше, чем у традиционного однородного твердого сплава. Применение сплава DP, очевидно, может повысить эффективность бурения в горных породах и снизить стоимость добычи.
Согласно текущему состоянию исследований в области градиентных материалов в различных странах, существует в основном три типа карбидов, связанных с градиентно-цементированным карбидно-фазовым составом, таких как сплавы, твердо-фазовый состав, градиентно-цементированный карбид (такой как β-слой, используемый в качестве матрицы покрытия. Градиент). цементированный карбид) и твердофазный градиент размера зерна, цементированный карбид (такой как верхний молоток из цементированного карбида с градиентом зерна)

5. Механизм формирования градиента

Точка зрения механизма формирования градиентного распределения фазы кобальта, вызванного направленной миграцией фазы жидкого связующего в сплаве после цементации, до сих пор не унифицирована. Согласно текущим исследовательским отчетам, направленная миграция жидкой фазы в основном включает массовую миграцию, вызванную тремя различными типами жидких фаз, ориентационную миграцию связующей фазы, вызванную различными размерами частиц WC, и миграцию жидкой фазы, вызванную различным содержанием углерода. Например, два сплава YG с одинаковым содержанием углерода в WC, однородным размером частиц и различным содержанием связующего кобальта перекрываются и выдерживаются при температуре жидкой фазы в течение определенного периода времени. В результате связанная фаза кобальта сдвигается от высокого содержания кобальта к низкому содержанию кобальта. Одна сторона миграции.
Например, один из частиц разных размеров представляет собой мелкие частицы, а другой - грубые частицы, добавленные с одним и тем же кобальтом для образования двух видов смеси и спрессованные в двухслойный сплав для вакуумного спекания. Фаза жидкого связывания выглядит хорошо с одной стороны на другую. Зерновая сторона мигрирует. В то время как высокоуглеродистый цементированный карбид обезуглероживается в атмосфере обезуглероживания, жидкая связывающая фаза будет мигрировать изнутри на поверхность образца, в то время как низкоуглеродистый сплав будет мигрировать в центр после фазы связывания жидкой связывающей обработки.
Явление миграции, вызванное различием в содержании углерода, вызвано различием в количестве жидкой фазы в разных частях сплава. Этот тип обезуглероженного или науглероженного сплава имеет неодинаковое внутреннее содержание углерода, и содержание углерода является относительно высоким в регионах с высоким содержанием углерода. В регионах с более низким содержанием углерода жидкая фаза мигрирует из районов с высоким содержанием углерода в районы с низким содержанием углерода. Взятые вместе, основные механизмы миграции жидкой фазы:
Связующая фаза мигрирует из области крупнозернистого карбида в область мелкозернистого карбида, и движущей силой миграции является разница капиллярного давления, то есть действие капиллярной силы. Фаза связывания мигрирует из области с высокой жидкой фазой в область с низкой жидкой фазой и мигрирует. Движущей силой является разность давлений в жидкой фазе, то есть роль объемного расширения или сжатия для создания давления при изменении состояния вещества в разности объемов жидкой фазы.

Properties and Application Of Gradient Cemented Carbide 2

6. Применение градиентного цементированного карбида

Градиентный цементированный карбид успешно решает противоречие между твердостью и ударной вязкостью, существующей в обычном гомогенном цементированном карбиде. Разработка этого нового материала считается самой важной в истории цементированного карбида с 1950-х годов. Инновация «. Благодаря уникальной микроструктуре и свойствам градиентного цементированного карбида, он стал важным научным материалом в области материалов с градиентными функциональными свойствами и твердых сплавов. В настоящее время он широко используется для нанесения покрытия на подложки, твердосплавные режущие инструменты, инструменты для горного и горного бурения, растяжные штампы и штамповочные инструменты, и области его применения постоянно расширяются.
(1) Используется в качестве подложки для покрытия
Из-за различных коэффициентов теплового расширения различных материалов материалы для инструмента для нанесения покрытий могут растрескиваться из-за термического напряжения во время охлаждения. В качестве матрицы используется цементированный карбид с градиентной структурой, то есть матрица градиентно-спеченного покрытия образует пластичную область, в которой отсутствуют кубические карбиды и карбонитриды в поверхностной области, что может эффективно предотвращать расширение трещин, образованных в покрытии, во внутреннюю часть сплава , улучшить прочность соединения интерфейса и уменьшить концентрацию напряжений на границе раздела, тем самым улучшая рабочие характеристики твердосплавных режущих инструментов.
(2) Используется как твердосплавный инструмент
Заменить традиционный цементированный карбид. Модель с постоянной пропорцией используется для изготовления твердого сплава с градиентной структурой с низким содержанием поверхности и высоким содержанием сердечника, так что поверхностный слой имеет высокую твердость и хорошую износостойкость, в то время как ядро обладает высокой прочностью и хорошей ударной вязкостью, что обеспечивает прочность и прочность сплава. Он хорошо скоординирован и поэтому может использоваться для изготовления режущих инструментов, обладающих как износостойкостью, так и ударной вязкостью.
(3) Инструменты для горного и горного бурения Инструменты для горного и горного бурения
Использование шариковых зубьев требует большего износа и ударных нагрузок во время работы, что требует от сплава высокой износостойкости поверхности и высокой прочности. Обычные однородные сплавы трудно удовлетворить этому требованию. Износостойкость и ударная вязкость значительно лучше, чем у обычных однородных карбидов.
(4) Используется как штамповочный инструмент
Листовой металл обычно готовят штамповкой или штамповкой. При этом методе материал разбивается между рабочими кромками, которые обращены друг к другу. Во время штамповки пуансон движется через матрицу в направлении, перпендикулярном металлической пластине, и пробивает металлическую пластину. Режим разрушения пуансона обычно связан с износом рабочей кромки и в конечном итоге приводит к тому, что режущая кромка пуансона становится конической, что увеличивает силу трения во время штамповки и в конечном итоге приводит к снижению качества штамповки. Чтобы максимально продлить срок службы режущего инструмента с градиентным твердосплавным покрытием, следует использовать градиентный цементированный карбид с центральной областью η-фазы, окруженный безъядерной окружающей областью и с открытой рабочей поверхностью η. -фазы. При использовании цементированного карбида в качестве пуансона размер зерен WC составляет 2-3 мкм, количество раз штамповки для стандартного цементированного карбида составляет только 15 раз, а количество штамповки и сдвига цементированного карбида для градиентной структуры составляет до 64 000 раз, в то время как у штамповки стальной штамповки число составляет около 7231 раз. Можно видеть, что градиентно-цементированный карбид как штамповочный инструмент может значительно увеличить срок службы инструмента.
Исследование градиентного цементированного карбида состоит из трех частей: дизайн материала, подготовка материала и оценка свойств. Эти три части дополняют друг друга и незаменимы. Подготовка материала является ядром исследования градиентного цементированного карбида. Конструкция материала обеспечивает наилучший состав и градиентное распределение структуры. Чтобы судить, соответствует ли разработанный и подготовленный материал заданной функции, необходимо выполнить оценку эффективности.

7. Градиентная конструкция из цементированного карбида

Конструкция с градиентным цементированным карбидом, как правило, должна проходить по следующим нескольким ссылкам. Сначала, в соответствии со структурной формой компонентов и фактическими условиями использования, извлеките термодинамические граничные условия из существующей базы данных синтеза и характеристик материала, выберите возможный синтез металла- керамика Система комбинирования материалов и метод подготовки. Предположим, что соотношение и правило распределения фазы связующего вещества и твердой фазы используют закон смешивания микроструктуры материала, чтобы получить эквивалентные физические параметры структуры материала с использованием теории термоупругости и математического метода расчета. Функция распределения компонентов градиента структуры материала моделируется распределением температуры и моделируется тепловым напряжением, и определяются оптимальное распределение состава и система материалов. Основная работа по проектированию градиентного цементированного карбида состоит из следующих трех частей:
(1) Установите соответствующую модель распределения компонентов градиента, чтобы спроектированный материал с градиентным функционалом соответствовал требованиям к рабочим характеристикам.
(2) Оценка физических свойств градиентных материалов
(3) Расчет температурного поля и теплового напряжения функционально-градиентных материалов
Смотрите наши биты кнопки добычи карбида вольфрама Вот

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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