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.
Разная производительность и характеристики. Таким образом, конфликт между твердостью и вязкостью традиционного твердого сплава с однородной структурой ограничивает дальнейшее расширение области его применения, трудно удовлетворить требования «двойной высокой» высокой твердости и высокой ударной вязкости для развития современного общества, так что исследуйте Новый тип твердосплавного материала делает особенно важным, чтобы разные части инструмента имели разные функциональные требования.

Свойства и применение градиентного цементированного карбида 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.

Свойства и применение градиентного цементированного карбида 2

6. Применение градиентного цементированного карбида

Градиентный твердый сплав успешно решает противоречие между твердостью и ударной вязкостью, существующее в обычном гомогенном твердом сплаве. Разработка этого нового материала считается самой важной в истории цементированного карбида с 1950-х годов. Инновации». Благодаря уникальной микроструктуре и свойствам градиентного цементированного карбида он стал важным предметом исследований в области градиентных функциональных материалов и твердых сплавов. В настоящее время он широко используется в покрытиях подложек, твердосплавных режущих инструментах, горнодобывающих и буровых инструментах, вытяжных штампах и штамповочных инструментах, 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 *