Nguyên lý thiêu kết bột trong luyện kim

Phương pháp được gọi là phương pháp luyện kim bột là tạo ra một loại bột nguyên liệu thô của hợp kim được sản xuất, sau đó trộn bột với một lượng thích hợp và tạo áp suất và hóa rắn thành một hình dạng nhất định. Những miếng bột này sẽ được đặt trong môi trường khử (ví dụ hydro), được nung nóng và thiêu kết để tạo thành hợp kim. Đây là một phương pháp luyện kim hoàn toàn khác với phương pháp đúc trước đây.

Sự thiêu kết được đề cập ở đây có thể được định nghĩa đơn giản là sự thúc đẩy sự kết tụ của các hạt tinh thể kim loại bằng tác động của áp suất và sự nóng lên. Chúng tôi áp dụng một lượng áp lực nhất định cho bột với thành phần hợp kim để nén nó. Ở nhiệt độ cao, các loại bột tiếp xúc mật thiết dính vào nhau và dần dần lấp đầy các lỗ rỗng để tạo thành một hợp kim mật độ cao. Nhiệt độ gia nhiệt tại thời điểm này là nhiệt độ nóng chảy của thành phần nóng chảy thấp trong thành phần hợp kim. Do đó, thỏi hợp kim được thiêu kết ở nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của toàn bộ thành phần bột. Phương pháp này tương tự như phương pháp kết hợp hai quá trình nấu chảy và đúc, và các tính chất của nó gần với các quy trình của hợp kim đúc. Nhưng từ quan điểm luyện kim, nó phải là một nhánh của vật đúc hợp kim.

Cacbua xi măng được sản xuất theo phương pháp luyện kim bột này. Thông thường, các loại bột như vonfram, carbon, coban, titan và xeri được sử dụng để trộn hàng loạt, sau đó được ép và thiêu kết để tạo thành hợp kim. Do đó, sản phẩm của quá trình luyện kim này cũng được gọi là cacbua xi măng thiêu kết hoặc hợp kim cacbua xi măng. Trong những năm gần đây, phương pháp luyện kim bột đã phát triển rất nhanh. Cacbua xi măng, hợp kim chịu dầu, tiếp xúc điện, bánh xe kim cương ngoại quan và các sản phẩm kim loại trang trí đặc biệt đều được sản xuất theo phương pháp luyện kim bột này.

Ví dụ, sản phẩm bán thành phẩm ép có chiều dài 30 mm hiện được làm nóng đến 1000-1400 ° C. Sự thay đổi âm lượng của sản phẩm được ép ở khoảng 30 ° C trong khoảng 5 phút được hiển thị trong Hình 2-2. Co ngót thường bắt đầu ở 1150 ° C. Trong trường hợp của 6% Co, sự co lại diễn ra rất đều đặn, kết thúc ở khoảng 1320 ° C. Trong trường hợp của 10% Co, ở 1180-1200 ° C, sự co lại tạm thời bị gián đoạn. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, sự co ngót diễn ra nhanh chóng và khi nhiệt độ đạt tới 1300 ° C, nó có xu hướng cân bằng.

Sau đó, do số lượng điểm tiếp xúc của các hạt và diện tích tiếp xúc tăng lên đáng kể, mỗi hạt đều ở trạng thái dễ dàng giải phóng năng lượng dư thừa (năng lượng tự do) do chính nó nắm giữ. Do đó, từ khoảng 200 ° C, coban bắt đầu khuếch tán, tại thời điểm đầu tiên của quá trình thiêu kết bắt đầu. Khi nhiệt độ tăng trở lại,-Co được chuyển đổi thành-Co ở khoảng 490 ° C. Ở 600 ° C, carbon bắt đầu khuếch tán vào coban và trở thành dung dịch khối. Các hạt cacbua vonfram càng mịn, hoặc cacbua vonfram phủ coban càng tốt thì hiện tượng khuếch tán này sẽ xảy ra càng nhanh. Sự khuếch tán này có tác dụng tương tự như áp dụng áp lực nén mạnh vào máy compact. Tuy nhiên, trong quá trình tăng nhiệt độ, hầu như không quan sát thấy pha lỏng ở nhiệt độ này.

Tuy nhiên, gần nhiệt độ này, cường độ uốn được tăng lên đáng kể. Thông thường, một hợp kim có độ cứng 6% coban được thiêu kết ở nhiệt độ khoảng 1400 ° C. Ở nhiệt độ này, WC dần tan vào pha lỏng và WC đặc biệt tan nhanh và WC lớn có năng lượng bề mặt lớn do sắc nét phần góc. Đó là vòng sau khi được giải thể. Do đó, phần pha lỏng ngày càng nhiều hơn và khi phản ứng tiến dần theo hướng năng lượng tự do giảm, hợp kim co lại và lỗ chân lông giảm dần. Mặt khác, trong phần mà các hạt cacbua vonfram tiếp xúc với nhau, hiện tượng khuếch tán thể tích, đặc biệt là khuếch tán bề mặt, tiếp tục xảy ra. Cũng có khả năng các hạt cacbua sẽ liên kết với nhau. Hơn nữa, WC cũng có thể kết tủa cục bộ từ pha lỏng ở phần mà cacbua vonfram tiếp xúc với nhau. Kết quả là, nhiều lý do đã thúc đẩy sự phát triển của các hạt cacbua vonfram, dẫn đến sự liên kết dày đặc. Tuy nhiên, nhiệt độ được tăng thêm và khi vượt quá 1600 ° C, khí được tạo ra bên trong sản phẩm, gây ra sự mở rộng của sự sắp xếp tinh thể. Người ta nói rằng khí được tạo ra bởi sự hiện diện của các tạp chất như SiO2. Ngược lại, nếu nhiệt độ hạ thấp, các hạt WC hòa tan trong pha lỏng được kết tủa trên các hạt WC có năng lượng bề mặt nhỏ. Ngay cả sau khi pha lỏng biến mất ở trạng thái rắn, cacbua vonfram vẫn tiếp tục tách ra cho đến khi chỉ còn lại 1%.

Trong quá trình thiêu kết, cacbua vonfram có ở dạng nóng chảy trong coban di chuyển một khoảng cách nhỏ và được liên kết với cacbua vonfram không hòa tan, do đó cấu trúc không đồng đều như hợp kim đúc không được hình thành. Thép có chứa một lượng lớn ngọc trai bị lão hóa và cứng lại do sự kết tủa của sự tan chảy carbon của sắt alpha. Ngược lại, trong quá trình thiêu kết, các hạt WC đóng vai trò tạo mầm hiệu quả, do đó không có hiện tượng đông cứng, do đó cấu trúc đồng nhất và rất ổn định, không nhạy cảm với xử lý nhiệt và độ cứng không thay đổi ngay cả ở mức tương đối cao nhiệt độ. Hình 2-3 cho thấy độ cứng nhiệt độ cao của thép công cụ, thép tốc độ cao, hợp kim đúc, hợp kim stocate (Co-Cr-W) và cacbua xi măng WC + Co.