Hartmetall ist ein typisches spr?des Material. Das traditionelle einheitliche Hartmetall, das Material der verschiedenen Teile der einheitlichen Zusammensetzung und Organisation, die Legierung ist durchweg homogen, ihre Leistung ist gleichbleibend. Die Hauptkomponenten von Hartmetall umfassen verschiedene harte Phasen und Bindungsphasen. Harte Phasen wie Phasen und feste L?sungen spielen eine wichtige Rolle für die H?rte und Verschlei?festigkeit von Legierungen. Die Verklebung hat einen wichtigen Einfluss auf die Festigkeit und Z?higkeit von Legierungen.

Im Allgemeinen erh?ht das Erh?hen der WC-Korngr??e oder das Erh?hen des Co-Gehalts die Bindungsphasendicke der Legierung und verbessert die Legierungsplastizit?t. Bei Legierungen mit guter Duktilit?t k?nnen lokale konzentrierte Spannungen die Legierungen mit geringer Plastizit?t aufgrund von Verformung entspannen. Rissinitiierung und -ausbreitung werden durch Spannungsrelaxation induziert, was zu Rissen in der Legierung führt.

Daher besteht die traditionelle Methode darin, die Legierung zu erh?hen. Der Gehalt und die Erh?hung der Korngr??e dienen als Richtung zur Erh?hung der Z?higkeit der Hartlegierung. Gleichzeitig werden jedoch die H?rte und die Verschlei?festigkeit verringert. Umgekehrt k?nnen H?rte und Verschlei?festigkeit erh?ht werden, ohne die Biegefestigkeit und Schlagz?higkeit zu beeintr?chtigen. Daher besteht ein scharfer Widerspruch zwischen der H?rte und Z?higkeit von Hartmetallmaterialien, und es ist nicht einfach, ein herk?mmliches gleichm??iges Hartmetall mit gleichzeitig hoher H?rte und Z?higkeit zu erhalten. Unter vielen Betriebsbedingungen weist die Anwendung herk?mmlicher gleichm??iger Hartlegierungen bestimmte Einschr?nkungen auf. Wenn beispielsweise die Gesteinsbohrkugel und der Kobaltkopf arbeiten, sind sie nicht nur Sto?- und Torsionsbelastungen ausgesetzt, sondern müssen auch vom Gestein ernsthaft abgenutzt werden.

Dies erfordert, dass die Kobaltz?hne nicht nur eine ausreichende Schlagz?higkeit aufweisen, sondern auch eine hohe Verschlei?festigkeit aufweisen. Bei der Verwendung in der synthetischen Diamantsynthese werden Hartmetall-Spitzenh?mmer einer hohen Temperatur und einem hohen Druck ausgesetzt, einige Teile werden einer Druckspannung ausgesetzt und einige Teile werden einer Zugspannung oder einer Scherbeanspruchung ausgesetzt. Verschiedene Teile haben Anforderungen.

Unterschiedliche Leistung und Funktionen. Auf diese Weise schr?nkt der Konflikt zwischen der H?rte und Z?higkeit der traditionellen Hartlegierung mit einheitlicher Struktur die weitere Ausdehnung ihres Anwendungsbereichs ein, es ist schwierig, die Anforderungen an die ?doppelte hohe“ hohe H?rte und hohe Z?higkeit für die Entwicklung der modernen Gesellschaft zu erfüllen. so explore Die neuartige Hartmetalllegierung macht es besonders wichtig, dass verschiedene Teile des Werkzeugs unterschiedliche funktionale Anforderungen haben.

Die Materialwissenschaftler verschiedener L?nder der Welt versuchen, die oben genannten Widersprüche in der traditionellen einheitlichen Hartlegierung auf verschiedene effektive Weise zu l?sen, die Produktions- und Verwendungskosten zu senken und ihre umfassende Leistung zu verbessern. Derzeit gibt es haupts?chlich ultrafeine und nanoharte Legierungen (sogenanntes ultrafeines Hartmetall ist eine Legierung mit einer Wolframcarbidkorngr??e von 0,2 bis 0,5 μm und eine nanoharte Legierung ist eine Legierung mit Wolframcarbid Korngr??e von weniger als 0,2 & mgr; m), pl?ttchengeh?rtetes Carbid, beschichtetes Carbid und funktionelles Gradientencarbid und andere Richtungen k?nnen diesen Widerspruch wirksam l?sen. Wenn beispielsweise der Kobaltgehalt der Hartlegierung in Nanogr??e hoch ist, weist sie nicht nur eine gute Bruchleistung auf, sondern weist auch eine hohe H?rte auf, wodurch die beste Kombination aus Legierungsz?higkeit und H?rte erreicht wird, indem der funktionelle Gradientencarbid hergestellt wird, indem die Bindemittelphase oder -hart gemacht wird Die Phase entlang einer Richtung nimmt zu oder ab, um den verschiedenen Teilen der Legierung unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen, so dass die Kombination aus Z?higkeit und Verschlei?festigkeit bei der Verwendung des Carbids vollst?ndig erreicht werden kann. Das Folgende ist eine kurze Einführung in den neuen Fortschritt von Gradienten-Hartmetall.

Funktionell abgestuftes Hartmetall

Abrupte ?nderungen der Materialzusammensetzung und der Eigenschaften des Bauteils führen h?ufig zu signifikanten lokalen Spannungskonzentrationen, unabh?ngig davon, ob es sich um interne oder externe Spannungen handelt. Wenn der übergang von einem Material zu einem anderen schrittweise durchgeführt wird, steigen diese Spannungskonzentrationen stark an. reduzieren.

Diese überlegungen bilden das logische Grundelement der meisten funktional abgestuften Materialien. Japanische Wissenschaftler schlugen zun?chst funktional abgestufte Materialien vor, die durch die Einführung allm?hlicher ?nderungen der Mikrostruktur und / oder Zusammensetzung eines Bauteils, die allm?hliche ?nderung seiner Mikrostruktur und / oder Zusammensetzung im Raum sowie die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften von gekennzeichnet sind das Material.

Die Leistung weist eine entsprechende Gradienten?nderung im Raum auf, so dass sie unterschiedliche Leistungsanforderungen an verschiedenen Stellen in der Komponente erfüllt, wodurch die Komponente als Ganzes die besten Ergebnisse erzielt.

Diese Konstruktionsidee wurde Mitte bis Ende der 1980er Jahre auf dem Gebiet des Hartmetalls eingeführt, und es wurde ein Gradienten-Hartmetall vorgeschlagen, und es wurde schnell eine rasche Entwicklung erreicht. Bei der tats?chlichen Verwendung von Hartmetall haben unterschiedliche Arbeitsst?tten h?ufig unterschiedliche Leistungsanforderungen. Beispielsweise erfordert der Kobaltkopf aus Hartmetall eine hohe Oberfl?chenverschlei?festigkeit und Gesamtschlagfestigkeit.

Es ist denkbar, dass, wenn ein neuer Typ von Hartmetallmaterial entwickelt werden kann, das strukturelle Merkmal dieses Materials darin besteht, dass die Oberfl?chenschicht eine Struktur mit einer niedrigen Bindemittelphase ist und der Bindemittelphasengehalt des Kerns ein Durchschnittswert zwischen dem ist Oberfl?chenschicht und der Kern. Es ist eine übergangsschicht mit einem hohen Bindungsgehalt und einer kontinuierlichen Verteilung. Bei dieser Art von Struktur ist aufgrund der unterschiedlichen Verteilung der Bindungsphase in jedem Teil der Gehalt der Bindungsschicht in der Legierungsoberfl?che niedriger als der Durchschnittswert in jedem Teil mit hoher H?rte und guter Verschlei?festigkeit und der Bindungsschicht Inhalt in der übergangsschicht. Hoch, kann gute Z?higkeit und Schlagfestigkeit erfüllen.

In der Zweiphasenstruktur ist der Kobaltgehalt der Oberfl?chenschicht niedriger als der nominale Kobaltgehalt der Legierung, der Kobaltgehalt der Zwischenschicht ist h?her als der nominale Kobaltgehalt der Legierung und der Kobaltgehalt des Kerns Die η-Phase enth?lt den nominalen Kobaltgehalt der Legierung. Da der Kobaltgehalt der Legierung eine Gradienten?nderung zeigt, spiegelt die H?rte der verschiedenen Teile der Legierung auch die entsprechenden Gesetze wider. Darüber hinaus macht die Gradientenverteilung des Kobaltgehalts die Sinterschrumpfung in verschiedenen Teilen des Querschnitts ungleichm??ig, was zu einer Restspannung in der Legierung führt. Aufgrund des geringen Kobaltgehalts in der Oberfl?chenschicht der Legierung und des hohen Gehalts an WC + Co + η weist die Oberfl?che der Legierung eine sehr hohe H?rte und eine sehr gute Verschlei?festigkeit auf. In der mittleren Schicht der Legierung ist der Kobaltgehalt h?her als der Nenngehalt der Legierung, und daher weist die Schicht eine gute Z?higkeit und Plastizit?t auf, so dass die Legierung h?heren Belastungen standhalten kann. Die η-Phasenstruktur innerhalb der Legierung weist eine gute Steifigkeit auf. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Verschlei?festigkeit und Z?higkeit der DP-Legierung offensichtlich besser sind als die der herk?mmlichen gleichm??igen Hartlegierung. Die Verwendung einer DP-Legierung kann offensichtlich die Effizienz des Gesteinsbohrens verbessern und die Bergbaukosten senken.

Nach dem aktuellen Forschungsstand von Gradientenmaterialien in verschiedenen L?ndern gibt es haupts?chlich drei Arten von Gradienten-Hartmetallen mit gebundener Phasenzusammensetzung wie Legierungen, Hartphasen-Zusammensetzungsgradienten-Hartmetall (wie die als Beschichtungsmatrix verwendete β-Schicht) Hartmetall) und Hartphasen-Korngr??engradient Hartmetall (wie z. B. Hartmetall-Hartmetall-Tophammer).

Der Gesichtspunkt des Bildungsmechanismus der Gradientenverteilung der Kobaltphase, der durch die gerichtete Wanderung der flüssigen Bindemittelphase in der Legierung nach dem Aufkohlen verursacht wird, ist noch nicht gekl?rt. Aktuellen Forschungsberichten zufolge umfasst die gerichtete Migration der flüssigen Phase haupts?chlich die Massenmigration, die durch drei verschiedene Arten von flüssigen Phasen verursacht wird, die Orientierungsmigration der Bindemittelphase, die durch unterschiedliche WC-Partikelgr??en verursacht wird, und die Migration der flüssigen Phase, die durch unterschiedliche Kohlenstoffgehalte verursacht wird. Beispielsweise überlappen sich zwei YG-Legierungen mit dem gleichen WC-Kohlenstoffgehalt, der einheitlichen Teilchengr??e und dem unterschiedlichen Bindemittelkobaltgehalt und werden für einen bestimmten Zeitraum auf der Flüssigphasentemperatur gehalten. Infolgedessen verschiebt sich die gebundene Kobaltphase von einem hohen Kobaltgehalt zu einem niedrigen Kobaltgehalt. Eine Seite der Migration.

Beispielsweise ist eine von verschiedenen Teilchengr??en feine Teilchen, und das andere sind grobe Teilchen, denen das gleiche Kobalt zugesetzt wird, um zwei Arten von Gemischen zu bilden, und die zum Vakuumsintern in eine Doppelschichtlegierung gepresst werden. Die flüssige Bindungsphase scheint von einer Seite zur anderen fein zu sein. Die Getreideseite wandert. W?hrend das kohlenstoffreiche Hartmetall in der Entkohlungsatmosph?re entkohlt wird, wandert die flüssige Bindungsphase von innen zur Oberfl?che der Probe, w?hrend die kohlenstoffarme Legierung nach der Bindungsphase der Aufkohlungsbehandlung in die Mitte wandert.

Das Ph?nomen der Migration, das durch den Unterschied im Kohlenstoffgehalt verursacht wird, wird durch den Unterschied in der Menge der flüssigen Phase in den verschiedenen Teilen der Legierung verursacht. Diese Art von entkohlter oder aufgekohlter Legierung hat einen ungleichen inneren Kohlenstoffgehalt, und der Kohlenstoffgehalt ist in Regionen mit hohem Kohlenstoffgehalt relativ hoch. In Regionen mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt wandert die flüssige Phase von Gebieten mit hohem Kohlenstoffgehalt in Gebiete mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Zusammengenommen sind die Hauptmechanismen der Flüssigphasenmigration:

Die Bindemittelphase wandert vom grobk?rnigen Carbidbereich zum feink?rnigen Carbidbereich, und die treibende Kraft für die Migration ist die Kapillardruckdifferenz, dh die Wirkung der Kapillarkraft. Die Bindungsphase wandert vom Bereich mit hoher flüssiger Phase in den Bereich mit niedriger flüssiger Phase und wandert. Die treibende Kraft ist die Druckdifferenz in der flüssigen Phase, dh die Rolle der Volumenexpansion oder -kontraktion zur Erzeugung von Druck, wenn sich der Zustand der Substanz in der Flüssigphasen-Volumendifferenz ?ndert.

Gradienten-Sintercarbid l?st erfolgreich den Widerspruch zwischen H?rte und Z?higkeit, der bei herk?mmlichem homogenem Sintercarbid besteht. Die Entwicklung dieses neuen Materials gilt als die wichtigste in der Geschichte des Hartmetalls seit den 1950er Jahren. Innovation." Aufgrund der einzigartigen Mikrostruktur und Eigenschaften von Gradienten-Hartmetall ist es zu einem wichtigen Forschungsinhalt auf dem Gebiet der Gradienten-Funktionsmaterialien und Hartlegierungen geworden. Derzeit ist es weit verbreitet bei der Beschichtung von Substraten, Hartmetall-Schneidwerkzeugen, Bergbau- und Gesteinsbohrwerkzeugen, Streckmatrizen und Stanzwerkzeugen, und seine Anwendungsgebiete werden st?ndig erweitert.

(1) Wird als Beschichtungssubstrat verwendet

Aufgrund der unterschiedlichen W?rmeausdehnungskoeffizienten verschiedener Materialien k?nnen Beschichtungswerkzeugmaterialien aufgrund thermischer Beanspruchung w?hrend des Abkühlens Risse bekommen. Als Matrix wird Hartmetall mit Gradientenstruktur verwendet, dh die mit Gradienten gesinterte Beschichtungsmatrix bildet einen duktilen Bereich ohne kubische Carbide und Carbonitride im Oberfl?chenbereich, wodurch wirksam verhindert werden kann, dass sich in der Beschichtung gebildete Risse in das Innere der Legierung ausdehnen . , Verbesserung der Grenzfl?chenbindungsst?rke und Verringerung der Grenzfl?chenspannungskonzentration, wodurch die Leistung von Hartmetallschneidwerkzeugen verbessert wird.

(2) Wird als Hartmetallwerkzeug verwendet

?ndern Sie das traditionelle Hartmetall. Das Modell mit konstantem Anteil wird verwendet, um eine Hartlegierung mit abgestufter Struktur mit geringem Oberfl?chengehalt und hohem Kerngehalt herzustellen, so dass die Oberfl?chenschicht eine hohe H?rte und eine gute Verschlei?festigkeit aufweist, w?hrend der Kern eine hohe Festigkeit und eine gute Schlagz?higkeit aufweist, was die Festigkeit ausmacht und Z?higkeit der Legierung. Es ist gut koordiniert und kann daher zur Herstellung von Schneidwerkzeugen mit Verschlei?festigkeit und Z?higkeit verwendet werden.

(3) Bergbau- und Gesteinsbohrwerkzeuge Bergbau- und Gesteinsbohrwerkzeuge

Die Verwendung von Kugelz?hnen erfordert einen gr??eren Verschlei? und Schlag w?hrend des Betriebs, was erfordert, dass die Legierung eine hohe Oberfl?chenverschlei?festigkeit und eine hohe Festigkeit aufweist. Herk?mmliche gleichm??ige Legierungen sind schwierig, diese Anforderung zu erfüllen. Sowohl die Verschlei?festigkeit als auch die Z?higkeit sind deutlich besser als bei herk?mmlichen einheitlichen Karbiden.

(4) Wird als Stanzwerkzeug verwendet

Blech wird normalerweise durch Stanzen oder Stanzen hergestellt. Bei dieser Methode wird das Material zwischen einander zugewandten Arbeitskanten gebrochen. W?hrend des Stanzens bewegt sich der Stempel in einer Richtung senkrecht zur Metallplatte durch die Matrize und stanzt die Metallplatte. Der Versagensmodus des Stempels ist normalerweise auf den Verschlei? der Arbeitskante zurückzuführen und führt schlie?lich dazu, dass die Schneidkante des Stempels konisch wird, wodurch die Reibungskraft w?hrend des Stanzens erh?ht wird und schlie?lich die Stanzqualit?t abnimmt. Um die Lebensdauer des Gradientencarbid-Schneidwerkzeugs so weit wie m?glich zu verl?ngern, sollte ein abgestuftes Hartmetall mit einem zentralen η-Phasenbereich verwendet werden, der von einem kernfreien Umgebungsbereich umgeben ist und eine freiliegende Arbeitsfl?che des η aufweist -Phase. Unter Verwendung von Hartmetall als Stempel betr?gt die Korngr??e von WC 2-3 um, die Anzahl der Stanzzeiten für Standard-Hartmetall betr?gt nur das 15-fache und die Anzahl des Stanzens und Scherens von Hartmetall für die Gradientenstruktur betr?gt das 64.000-fache. w?hrend die des Stahlstempelns Die Zahl ist ungef?hr 7231 mal. Es ist ersichtlich, dass Gradienten-Hartmetall als Stanzwerkzeug die Lebensdauer des Werkzeugs erheblich verbessern kann.

Die Untersuchung von Gradienten-Hartmetall besteht aus drei Teilen: Materialdesign, Materialvorbereitung und Bewertung der Eigenschaften. Diese drei Teile erg?nzen sich und sind unverzichtbar. Die Materialvorbereitung ist der Kern der Gradienten-Hartmetallforschung. Das Materialdesign bietet die beste Zusammensetzung und Gradientenverteilung der Struktur. Um zu beurteilen, ob das entworfene und vorbereitete Material die vorgegebene Funktion erfüllt, muss eine Leistungsbewertung durchgeführt werden.

Gradient-Hartmetall-Design, sollte im Allgemeinen die folgenden verschiedenen Verbindungen durchlaufen. Ziehen Sie zun?chst anhand der strukturellen Form der Komponenten und der tats?chlichen Verwendungsbedingungen die thermodynamischen Randbedingungen aus der vorhandenen Materialsynthese- und Leistungsdatenbank und w?hlen Sie die m?gliche Metallsynthese aus. Keramik Materialkombinationssystem und Herstellungsverfahren Nehmen Sie das Kombinationsverh?ltnis und die Verteilungsregel der Bindemittelphase und der harten Phase an und verwenden Sie das Materialmikrostruktur-Mischgesetz, um die ?quivalenten physikalischen Parameter der Materialstruktur unter Verwendung der thermoelastischen Theorie und der Berechnungsmathematikmethode abzuleiten. Die Verteilungsfunktion der Gradientenkomponenten der Materialstruktur wird durch Temperaturverteilung und durch thermische Beanspruchung simuliert, und die optimale Zusammensetzungsverteilung und das optimale Materialsystem werden entworfen. Die Kernarbeit der Gradienten-Hartmetallkonstruktion besteht aus den folgenden drei Teilen:

(1) Erstellen Sie ein geeignetes Modell für die Verteilung der Gradientenkomponenten, damit das entworfene Gradientenfunktionsmaterial den Leistungsanforderungen entspricht

(2) Absch?tzung der physikalischen Eigenschaften von Gradientenmaterialien

(3) Berechnung des Temperaturfeldes und der thermischen Beanspruchung von funktional abgestuften Materialien

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