Nadir toprak sert alaşımı ve özellikleri

I. Genel Bakış

Çimentolu karbür endüstrinin "dişleri" olarak da bilinir. Kuruluşundan bu yana, verimli bir alet malzemesi ve yapısal malzeme olarak, uygulama alanı sürekli olarak genişletilmiştir ve bu da endüstriyel kalkınmanın ve bilimsel ve teknolojik ilerlemenin teşvik edilmesinde önemli bir rol oynamıştır. Son 20 yılda, tungsten-kobalt-baz

d çimentolu karbürler, yüksek sertlik, tokluk ve diğer sert alaşımlara kıyasla mükemmel aşınma direnci nedeniyle metal kesme, metal şekillendirme aletleri, madencilik delme ve aşınma parçalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. .

Çimentolu karbür bir dizi mükemmel performans özelliğine sahiptir: yüksek sertlik ve aşınma direncine sahiptir, özellikle değerli, iyi kırmızı sertliğe sahiptir, 600 ° C'de yüksek hız çeliğinin normal sıcaklık sertliğini aşar ve 1000 ° C'de karbon çeliği aşar. Normal sıcaklık sertliği; iyi elastik modülü vardır, genellikle (4 ~ 7) × 104kg / mm2, normal sıcaklıkta iyi sertlik; 600kg / mm2'ye kadar yüksek basınç dayanımı; iyi kimyasal kararlılık, Bazı semente karbür kaliteleri asit ve alkali korozyonuna karşı dayanıklıdır ve yüksek sıcaklıklarda bile önemli oksidasyona maruz kalmaz; düşük termal genleşme katsayısı. Isı iletkenliği ve iletkenliği demir ve demir alaşımlarının iletkenliğine yakındır.

Çimentolu karbürde WC'nin ortalama tane boyutuna göre, çimentolu karbür, nanokristalin çimentolu karbür, ultra ince taneli çimentolu karbür, submikron taneli çimentolu karbür, ince taneli çimentolu karbür, Orta taneli çimentolu karbür, kaba taneli çimentolu karbür, süper kaba taneli semente karbür.

Alt mikron ve ultra ince taneli karbürler yüksek sertlik ve aşınma direncine sahiptir ve kesme aletleri, testere bıçağı, freze bıçakları, damgalayıcılar, valf sapı bileşenleri, kumlama ekipmanı nozullarında vb.

Ultra kalın taneli karbür daha iyi tokluğa ve termal yorulma direncine sahiptir ve madencilik ve kazı araçlarındaki uygulaması hızla gelişmiştir. Gradyan alaşımları ve karbür-elmas kompozitler, farklı uygulama gereksinimlerine göre belirli spesifik özellikleri vurgulamak için kullanılabilir, bu nedenle aletlerin ve madencilik araçlarının uygulanması hızla gelişmiştir.

Tungsten-kobalt esaslı semente karbürlerin özellikleri esas olarak Co'nun içeriğine ve WC'nin tane boyutuna bağlıdır. Tipik kobalt-kobalt çimentolu karbür, 3 ila 30 wt%'lik bir kobalt içeriğine sahiptir ve WC tane boyutu, mikron altı ila birkaç arasında değişir. Mikron. Nano ölçekli parçacık sentezi teknolojisinin, özellikle nano ölçekli WC ve Co parçacıklarının geliştirilmesi, nano-WC-Co çimentolu karbürün mekanik özelliklerini büyük ölçüde geliştirdi.

WC tane submikron boyutundan daha küçük olduğunda, alaşımın mukavemeti, sertliği, tokluğu ve aşınma özellikleri büyük ölçüde iyileştirilir ve sinterleme sıcaklığı düşürülürken yüksek yoğunluğa sahip alaşım elde edilebilir. Bu nedenle, çimentolu karbür alanında, geleneksel tiplerin ultra-ince ve nano-ölçeğe dönüşümü gelişme eğilimi haline gelmiştir.

Bununla birlikte, WC tahıl büyümesi, ultra ince WC-Co alaşımlarının geliştirilmesi ve üretiminde her zaman bir darboğaz olmuştur. Semente karbüre belirli katkı maddeleri eklemek, alaşımın özelliklerini iyileştirmenin etkili yollarından biridir. Semente karbüre iki ana tip katkı maddesi eklenir: biri refrakter metal karbür, diğeri metal katkı maddesidir. Katkı maddesinin rolü, alaşımın sinterleme sıcaklığı dalgalanmalarına duyarlılığını ve karbon içeriğindeki değişikliklere duyarlılığı azaltmak, karbür tanelerinin eşit olmayan büyümesini önlemek, alaşımın faz bileşimini değiştirmek, böylece alaşımın yapısını ve özelliklerini iyileştirmektir. alaşım.

En sık kullanılan karbür katkı maddeleri arasında krom karbür (Cr3C2), vanadyum karbür (VC), molibden karbür (Mo2C veya Mo C), kobalt karbür, tantal karbür ve benzerleri bulunur. İnhibitör seçimi, toplam inhibitör etkiye bağlıdır ve inhibitör etkiler aşağıdaki gibidir: VC> Cr3C2> Nb C> Ta C> Ti C> Zr / Hf C. Yaygın olarak kullanılan metal katkı maddeleri krom, molibden, tungsten, renyum, rutenyum, bakır, alüminyum ve nadir toprak elementleri. Semente karbürde nadir toprak elementlerinin eklenmesi sadece sinterleme sırasında WC tanelerinin büyümesini engellemekle kalmaz, aynı zamanda alaşımın mekanik özelliklerini ve aşınma direncini de geliştirir, böylece ürünlerin servis ömrünü daha da artırır. Semente karbürler alanında, nadir toprak katkıları üzerine araştırmalar sıcak bir konu olmuştur, ancak genel fikir sert alaşımları değiştirmek için nano ölçekli nadir toprak katkıları eklemektir, ancak nano nadir toprak katkılarının eklenmesi nadiren olmuştur. bildirildi.

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. Nadir toprak sert alaşım

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. Nadir toprak güçlendirme ve sertleştirme mekanizması

Semente karbürde eser miktarda nadir toprak elementlerinin eklenmesi, sadece sinterleme işlemi sırasında alaşımın tane büyümesini engellemekle kalmaz, aynı zamanda alaşımın mekanik özelliklerini de iyileştirir, böylece ürünün hizmet ömrünü daha da artırır. Semente karbür üzerindeki nadir toprakların güçlendirme mekanizması aşağıdaki gibidir:

(1) Zhang Fenglin ve diğ. γ fazı yüksek sıcaklıktan oda sıcaklığına soğutulduğunda fcc → hcp'nin bir difüzyon tipi (Ms mekanizması tarafından desteklenir) faz geçişi olduğuna inanır. Bunlar arasında, γfcc ve γhcp fazı yaklaşık 10%'dir. Nadir toprak eklenmesi martensitik dönüşümü engelleyebileceğinden, bağlayıcı fazdaki γhcp içeriği azaltılabilir. Martensit dönüşümünü inhibe etme mekanizması iki nedenden kaynaklanabilir: biri, yer değiştirme hareketini engelleyen nadir toprak oksit sabitleme çıkığıdır; Öte yandan, nadir toprak oksidi kusur yerine sabitlenir ve potansiyel ε çekirdekleşme çekirdeği oluşturulur. Embriyo azalır. Böylece gevrek faz azalır ve tokluk α fazı artar.

Wang Ruikun ve diğerleri, çimentolu karbürlere eser nadir toprakların eklenmesinin, Co binder fazındaki istifleme hatalarının genişlemesini engelleyebileceğini, böylece fcc α-Co → hcp ε-Co'nun (katmanlı çekirdeklenme) dönüşümünü engelleyebileceğine ve Alaşımlı -Co. Hacim oranı artar. α-Co'nun 12 slip sistemi bulunurken ε-Co'nun sadece 3 slip sistemi vardır. Nadir toprak çimentolu karbür esas olarak gerginliği koordine etme ve stresi gevşetme, böylece tokluğunu arttırma yeteneğini artıracak fcc α-Co'dan oluşur.

(2) W katı çözünürlüğü üzerindeki etkisi.

WC / Co faz arayüzünde nadir toprakların ayrılması, W ve Ti gibi elementlerin Co'dan ayrılmasını etkiler. Bağlayıcı fazda W ve Ti içeriğini arttırmak, böylece katı bir çözelti güçlendirmesi olarak işlev görmek mümkündür. Ancak mekanizma tam olarak tanınmıyor.

(3) Kuruluşu hassaslaştırın.

Semente karbürdeki nadir toprak, WC / Co ve WC / WC arayüzünde dağıtılır. Arayüzdeki nadir toprak elemanlarının adsorpsiyonu, katı-sıvı faz arayüzünün arayüzey enerjisini kesinlikle azaltacaktır. Bu, sinterleme sırasında WC tanelerinin kalınlaşma sürecini baskılayabilir.

(4) Tane sınırlarının ve faz sınırlarının güçlendirilmesi ve sertleştirilmesi.

Semente karbürün kırılmasında, esas olarak Co bağı faz kırığı boyuncadır ve WC tanesi boyunca bazı çatlaklar vardır. Bu nedenle, kırık davranışının WC / Co arayüzünün davranışı ile önemli bir ilişkisi vardır. Semente karbürlerde nadir toprakların varlığı esas olarak oksitlerden veya metaller arası bileşiklerden kaynaklanır. Dağıtım esas olarak WC / Co ve WC / WC arayüzündedir. Bağlayıcı fazda az miktarda nadir toprak oksitleri de bulunabilir. Şekli esas olarak küresel veya çok yüzlüdür. Tahıl sınırlarını ve faz sınırlarını arındırmada nadir toprak rolü ve faz arayüzünün gücünün iyileştirilmesi nedeniyle, nadir toprak çimentolu karbürlerin kırılma tokluğu büyük ölçüde geliştirilecektir.

Farklı yollar, formlar, nadir toprak tipleri ve araştırma yöntemleri nedeniyle, araştırma sonuçları farklıdır ve önerilen mekanizma farklı ve hatta çelişkili olacaktır. Nadir toprak sertleştirilmiş semente karbürler üzerinde yapılan araştırmalar için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.