Xử lý nhiệt của các sản phẩm cacbua vonfram

Cacbua xi măng (hardmetal) là một thuật ngữ chung cho các hợp kim bao gồm các cacbua, nitrua, bo, hoặc silicat của các kim loại có điểm nóng chảy cao (W, Mo, Ti, V, Ta, v.v.). Được chia thành hai loại chính của đúc và thiêu kết. Hợp kim đúc có độ giòn cao và độ dẻo dai thấp, và có ít giá trị ứng dụng thực tế. Được sử dụng rộng rãi là các hợp kim thiêu kết, thường được thiêu kết từ cacbua vonfram hoặc titan cacbua và bột coban và có độ cứng cao, chống mài mòn và độ cứng nóng. Chủ yếu được sử dụng để sản xuất cắt và xử lý vật liệu cứng tốc độ cao, trong những năm gần đây, việc sử dụng cacbua trong ngành công nghiệp khuôn cũng ngày càng tăng, vì vậy nó có ý nghĩa thiết thực để thảo luận và nghiên cứu xử lý nhiệt hợp kim cứng.

Cacbua được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột từ hợp chất cứng kim loại chịu lửa và pha liên kết kim loại. Các hợp chất cứng thường được sử dụng là cacbua. Là hợp kim cứng cho dụng cụ cắt, thường được sử dụng WC, TiC, TaC, NbC, v.v., chất kết dính là Co và cường độ của cacbua xi măng chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng của Công ty vì cacbua trong cacbua xi măng có điểm nóng chảy cao (như nhiệt độ nóng chảy 3140 ° C. của Ti C), độ cứng cao (như độ cứng 3200 HV của TiC), độ ổn định hóa học tốt và độ ổn định nhiệt tốt, độ cứng và chống mài mòn chúng cao Độ ổn định giới tính và hóa học cao hơn nhiều so với thép công cụ tốc độ cao.

Pha cứng cacbua ximăng thường được sử dụng chủ yếu là WC, có khả năng chống mài mòn tốt. Mặc dù một số cacbua có độ cứng tương tự như WC, nhưng chúng không có cùng khả năng chống mài mòn. WC có cường độ chảy cao hơn (6000 MPa) nên có khả năng chống biến dạng dẻo cao hơn. Độ dẫn nhiệt của WC cũng tốt, và độ dẫn nhiệt là một chỉ số hiệu suất quan trọng của dụng cụ. WC có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn, khoảng 1/3 so với thép; mô đun đàn hồi của nó gấp 3 lần thép, và cường độ nén của nó cũng cao hơn thép. Ngoài ra, WC có khả năng chống ăn mòn và oxi hóa ở nhiệt độ thường, chịu điện tốt, chịu uốn cao.

Hình 1 Sơ đồ cân bằng của hợp kim WC-Co

Nó đã được nghiên cứu về các giai đoạn liên kết của hợp kim WC-Co với các tỷ lệ C / W khác nhau từ 5% đến 35% WC. Các kết luận được rút ra như sau: các pha pha hoặc (γ + WC) được tạo ra trong hợp kim khi làm nguội chậm; Khi có (+) xuất hiện. Tuy nhiên, vì pha (γ +) không ổn định, pha (γ +) sẽ chuyển thành pha ổn định (γ + WC) sau khi ủ. Theo kết quả thử nghiệm, sơ đồ pha cân bằng bán kính như trong hình 1 được vẽ (đường liền nét là sơ đồ pha của hệ ổn định và đường đứt nét là sơ đồ pha cục bộ minh họa các đặc tính của ổn định bán cầu giai đoạn).

Việc ủ (làm lạnh chậm) của cacbua xi măng điển hình phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng carbon: khi C / W> 1, carbon tự do kết tủa trên ranh giới pha WC-Co; khi C / W <1, cấu trúc vi mô của hợp kim có Trong cả hai trường hợp: Một nằm trong vùng ba pha (WC + +). Không thể tránh khỏi pha appears xuất hiện sau khi hợp kim được làm lạnh chậm. Nếu một lượng lớn pha such như vậy tồn tại trong pha xi măng, các hạt tinh thể phân nhánh xuất hiện và các hạt nhỏ phân bố không đều; nếu có một hạt lớn pha ,, các hạt được phân tách bằng một khoảng cách dài, do đó có thông tin rằng pha is là nhiệt độ cao hơn đã bắt đầu hình thành.

Trong trường hợp khác, khi hợp kim ở vùng hai pha (WC +), hợp kim W sẽ được kết tủa dưới dạng Co3W từ pha liên kết sau khi hợp kim cacbon thấp được ủ. Quá trình phản ứng có thể được thể hiện bằng công thức sau đây. Khối lập phương trung tâm Co → Khối lập phương trung tâm Co + Co3W Do đó, hợp kim WC-Co hai pha có hàm lượng carbon thấp này sẽ được chuyển thành cấu trúc ba pha (WC + + CoW) sau khi ủ. Hình 2 cho thấy đường cong hòa tan của W đối với hợp kim WC-Co hai pha ở các nhiệt độ ủ khác nhau. Đường cong là đường cong nhiệt độ tới hạn đối với hợp kim hai pha được chuyển thành hợp kim ba pha (WC + γ + CoW): trên nhiệt độ đường cong Kết quả luyện kim trong hợp kim vi cấu trúc hai pha; Ủ ở nhiệt độ dưới đường cong mang lại cấu trúc ba pha có chứa Co3W.

(1) Ảnh hưởng đến độ bền Vì WC có độ hòa tan rắn khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau trong Co, nó cung cấp khả năng làm cứng kết tủa của chất kết dính bằng cách làm nguội nhiệt độ dung dịch rắn và lão hóa tiếp theo. Làm nguội có thể ức chế sự kết tủa của WC và quá trình chuyển đổi đồng đẳng của Co (Co dày đặc hình lục giác, Co mặt trung tâm khối). Người ta đã báo cáo rằng độ bền của hợp kim chứa coban 40% có thể tăng thêm khoảng 10% sau khi làm nguội, nhưng độ bền của hợp kim chứa coban 10% bị giảm sau khi làm nguội. Xem xét rằng lượng coban có trong cacbua xi măng thường được sử dụng trong kỹ thuật thường là 10% đến 37%, ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến cường độ hợp kim là rất nhỏ. Vì vậy, một người nào đó dám khẳng định rằng dập tắt không phải là một cách để tăng sức mạnh cho hợp kim W-Co. Ủ cũng làm giảm độ bền của hợp kim, như trong Bảng 1 và 3. Tính chất của cacbua vonfram thay đổi theo lượng Co chứa và độ dày của hạt, như trong Hình 4.

Hình 2 Đường cong hòa tan rắn của vonfram trong hợp kim hai pha WC-10%Co

Hình 3 Ảnh hưởng của ủ ở 800 ° C đến cường độ uốn của nội dung WC-10%Co

Bảng 1 Ảnh hưởng của ủ ở 650 ° C đến cường độ uốn của hợp kim WC-11%

(2) Ảnh hưởng đến độ cứng Khi hợp kim WC-Co già đi, Co3WCX và Co3WCX kết tủa ở pha mô dày đặc, do đó độ cứng của hợp kim sẽ tăng, nhưng độ cứng của hợp kim sẽ giảm khi sau đó được chuyển thành Co3W. Dữ liệu thử nghiệm H.Jonsson được hiển thị trong Hình 5 và Hình 6. Mặc dù sự tồn tại của Co3WCX sau khi xử lý nhiệt giúp cải thiện độ cứng của hợp kim một chút, xem xét thời gian xử lý nhiệt lâu hơn và giảm độ bền uốn, người ta cho rằng sự kết tủa của pha Co3WCX để làm cho pha kết dính phân tán và đông cứng không phải là một phương pháp hiệu quả để phát triển các lớp mới. Một cách khác nên được tìm thấy. .

(3) Xử lý nhiệt điển hình của cacbua xi măng được thể hiện trong Bảng 2.

Bảng 2 quy trình xử lý nhiệt điển hình của hợp kim cứng

Hình 4 Các tính chất của cacbua xi măng WC thay đổi theo lượng Co và kích thước hạt

Hình 5 Mối quan hệ giữa độ cứng và thời gian lão hóa của pha chất kết dính hợp kim WC-Co

Hình 6 Mối quan hệ giữa độ cứng và thời gian lão hóa của hợp kim WC-Co

Để cải thiện hơn nữa khả năng chống mài mòn của hợp kim cứng, một vật liệu cứng như TiC hoặc TiN có thể được lắng đọng hơi trên bề mặt của chúng. Vật liệu phủ phải đáp ứng các yêu cầu sau:

1 Nó phải có độ cứng cao ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao.

2 có tính ổn định hóa học tốt.

3 nên có độ thấm và không có lỗ khí.

4 Vật liệu cần xử lý phải có hệ số ma sát thấp.

5 Để liên kết chắc chắn với thân dụng cụ. 6 Nó là kinh tế và dễ sản xuất. Trong thế giới ngày nay, cacbua xi măng cũng là vật liệu chính của dụng cụ cắt. Nó cũng đang mở rộng thị phần ứng dụng của mình trong khuôn mẫu, công cụ đo lường và các lĩnh vực khác.

Tóm lại, nó chủ yếu được sử dụng trong các khía cạnh sau:

1 Quay trong cắt liên tục.

2 Hồ sơ quay vòng với ít thay đổi về độ sâu của dao.

3 yêu cầu xe không liên tục với cường độ thấp.

Ưu điểm của cacbua tráng xi măng rất nhiều và được tóm tắt như sau:

1 tính linh hoạt tốt.

2 có thể cải thiện độ chính xác của bề mặt cắt phôi.

3 Tốc độ cắt được tăng lên rất nhiều ở cùng tuổi thọ công cụ.

4 Ở cùng tốc độ cắt, tuổi thọ dao có thể tăng lên.

(1) Vật liệu phủ Hầu hết các nhà sản xuất nước ngoài sử dụng lớp phủ TiC để chèn lớp phủ, tiếp theo là lớp phủ TiN. Lớp phủ hỗn hợp TiC-TiN và lớp phủ dung dịch rắn Ti (C • N) tăng dần. Trong những năm gần đây, nhiều lớp phủ composite mới cũng đã được phát triển.

TiC hiện là một vật liệu phủ lý tưởng, ưu điểm của nó là độ cứng nhiệt độ cao, độ bền cao, chống oxy hóa tốt và chống mài mòn miệng hố; Nhược điểm của nó là hệ số giãn nở nhiệt và cơ thể lớn hơn, và khả năng chống mòn bên kém. So với lớp phủ TiC, lớp phủ TiN có những ưu điểm sau: lưỡi được tráng có xu hướng tạo thành miệng hố thấp khi cắt và hệ số giãn nở nhiệt của nó gần với lớp nền và có độ nhạy thấp đối với sốc nhiệt và không có khả năng hình thành khối u. Chống mài mòn là tốt, và nó dễ dàng để gửi và kiểm soát. Nhược điểm là độ bám dính với chất nền kém vững chắc. Lớp phủ hỗn hợp TiC-TiN và lớp phủ dung dịch rắn Ti (C • N) là lớp phủ mới được phát triển vào những năm 1970 và đã được ứng dụng thành công trong sản xuất.

Lớp phủ cứng composite có một tương lai đầy hứa hẹn.

(2) Quy trình phủ Quá trình và thiết bị để sản xuất chèn lớp phủ TiC trong và ngoài nước là tương tự nhau. Đặc điểm chung là các hạt cacbua đã được xử lý được đặt trong buồng phản ứng lắng, và sau đó H2 được sử dụng làm chất mang để đưa TiCl4 và metan vào buồng phản ứng. Phản ứng lắng đọng. Nhiệt độ phản ứng được kiểm soát ở khoảng 1000 ° C. Phương pháp gia nhiệt hầu như luôn luôn là sưởi ấm cảm ứng tần số cao, và áp suất lắng đọng chủ yếu là áp suất âm. Mặc dù một lớp phủ chất lượng tốt có thể được lắng đọng dưới áp suất bình thường, việc sử dụng lắng đọng áp suất âm hiệu quả hơn và lớp phủ đồng đều và dày đặc hơn. Đặc biệt là khi số lượng lưỡi lắng đọng lớn, lợi thế của việc sử dụng lắng đọng áp suất âm là đặc biệt đáng kể.

(3) Độ dày lớp phủ Độ dày của lớp phủ TiC thường là 5 ~ 8μm đối với các lớp phủ được sản xuất trong và ngoài nước. Độ dày của lớp phủ TiN nằm trong khoảng 8 ~ 12μm. (4) Hiệu suất lớp phủ ma trận lớp phủ bị ảnh hưởng rất lớn bởi thành phần ma trận, ma trận lưỡi được phủ phải đáp ứng các yêu cầu sau: 1 có độ bền tốt và khả năng chống biến dạng dẻo. 2 có độ cứng cao. 3 Thành phần hóa học của nó phải phù hợp với vật liệu phủ, và độ bám dính lẫn nhau phải chắc chắn. 4 không bị hư hại ở nhiệt độ lắng cao. 5 Hệ số giãn nở tương tự như của vật liệu phủ. 6 có tính dẫn nhiệt tốt. Khi gia công vật liệu thép, nên chọn hợp kim WiC-TC-Co hoặc WC-TiC-TaC-Co; khi gia công gang hoặc kim loại màu, nên chọn hợp kim WC-Co. Các vật liệu xử lý khác nhau, các yêu cầu của ma trận hợp kim lớp phủ cũng khác nhau, có nghĩa là lớp phủ cũng phải được cá nhân hóa, bất kỳ quá trình xử lý nhiệt nào không phải là thuốc chữa bách bệnh, miễn là trong các điều kiện cụ thể để tối đa hóa hiệu quả của chúng.

(1) Trong lĩnh vực dụng cụ cắt, cacbua xi măng duy trì hiệu suất cắt tuyệt vời ngay cả ở nhiệt độ cao 800-1000 ° C. Nó phù hợp để cắt nhanh ở nhiệt độ cao và có ý nghĩa thiết thực để cải thiện hiệu quả kinh tế. Do đó, nó đang dần thay thế thép công cụ tốc độ cao. Làm dụng cụ. Trong năm 2017, nó đã được sử dụng rộng rãi không chỉ trong máy tiện, máy bào, dao nhàm chán, máy cắt ba lưỡi, máy cắt bế và nhà máy cuối, mà còn với sự thúc đẩy liên tục của sản xuất thông minh và công nghiệp 4.0. Rộng hơn, mong chờ vật liệu Công cụ tương lai chắc chắn là thế giới của hợp kim cứng.

(2) Trong lĩnh vực khuôn mẫu, nhiều loại khuôn vẽ dây và khuôn vẽ dây cơ bản được làm bằng cacbua xi măng. Chết tiến bộ để làm răng dây kéo sử dụng hợp kim cứng YG8 và YG15 để làm khuôn vẽ đường kính lớn và chết cứng YG20C. Hợp kim cho nhiều vị trí tiến bộ chết. Chế độ không từ tính thường được làm bằng cacbua xi măng YG15 và YG20. Tuổi thọ sử dụng của dây rút ion nitơ YG8 được nhân lên gấp đôi. Nói tóm lại, việc áp dụng cacbua xi măng trong khuôn ngày càng trở nên phổ biến. Nó cũng được sử dụng trong thiết bị đo và các ngành công cụ khác và sẽ không được mô tả chi tiết.

Sau khi xử lý nhiệt thích hợp của hợp kim cứng, mặc dù nó có thể cải thiện một chút độ cứng, nhưng có tính đến thời gian xử lý nhiệt lâu hơn và gây bất lợi cho cường độ uốn, vì vậy xử lý nhiệt nên có độ đặc hiệu nhất định. Lớp phủ bề mặt củng cố con đường mới cho việc sử dụng cacbua xi măng, và chất nền, vật liệu, quy trình và độ dày cũng được cá nhân hóa.