Hartmetall für den Bergbau muss in der Lage sein, unter starken Schlagbedingungen schnell zu bohren und gleichzeitig den Verschlei? zu minimieren und l?ngere St??e ohne Bruch auszuhalten. Anders ausgedrückt: Hartmetall im Bergbau muss über eine hervorragende Verschlei?festigkeit und ausreichende Z?higkeit verfügen, was sowohl im Inland als auch im Ausland seit langem ein schwieriges Problem darstellt.

Im Allgemeinen führt eine Verbesserung der Verschlei?festigkeit von Hartmetall zu einer Verringerung der Hartmetallz?higkeit, und eine Erh?hung der Z?higkeit von Hartmetallen führt zu einer verringerten Verschlei?festigkeit. Verschlei?festigkeit und Z?higkeit sind eine widersprüchliche Einheit. Die L?sung dieses Widerspruchs ist in der heutigen Hartmetallproduktion zu einer gro?en Herausforderung geworden. Durch Tests haben wir herausgefunden, dass die Zugabe von Spurenelementen seltener Erden zu Bergbaukarbiden dieses Problem wirksam l?sen kann.

Die Faktoren, die den Einfluss seltener Erdelemente auf Bergbaukarbide beeinflussen

Wir haben das Bergbaukarbid MTY25 unserer Fabrik ausgew?hlt und vor dem Nassmahlen eine Mischung aus Seltenerdelementen hinzugefügt, um eine Mischung namens MTY25R herzustellen. Beide wurden bei hoher Temperatur gesintert, um experimentelle Materialien für Leistungstests herzustellen.

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Zugabe von Seltenerdelementen die Werte für Biegefestigkeit und Schlagz?higkeit des Bergbaukarbids erh?ht hat, mit minimalen Auswirkungen auf H?rte, Dichte und magnetische Eigenschaften. Dies weist darauf hin, dass der Einschluss von Seltenerdelementen die plastische Verformungsf?higkeit der Bindungsphase und ihre Bindungsst?rke mit der Hartphase an der Grenzfl?che verbessert.

Die Zugabe von Seltenerdelementen zum Karbid kann das Karbid mit Verunreinigungselementen anreichern, die Verteilung von Grenzfl?chenverunreinigungen verbessern, Korngrenzen reinigen, die Bindungsphase st?rken und die Zusammensetzung der Co-Phase ver?ndern. Wir glauben, dass Seltenerdelemente neben der St?rkung der Co-Matrix der Bindungsphase vor allem die Phasenumwandlung von Co hemmen.

Wir haben MTY25R- und MTY25-Bergbaukarbid einer elektrolytischen Aufl?sungsmethode unterzogen, bei der die Oberfl?chenschicht von WC selektiv aufgel?st wurde und die Co-Phase für die quantitative R?ntgenanalyse übrig blieb. Wir fanden heraus, dass die Zugabe von Seltenerdelementen den Gehalt an duktilem α-Co im Karbid von etwa 60% auf über 90% erh?ht und so die Plastizit?t der Co-Phase deutlich erh?ht. Folglich führt diese Verbesserung zu einer h?heren Biegefestigkeit und Schlagz?higkeit des Hartmetalls.

 

Die Validierung der Ergebnisse durch die experimentellen Daten

Um die Leistungsunterschiede zwischen Karbiden mit und ohne Zus?tze von Seltenerdelementen w?hrend der tats?chlichen Verwendung zu verstehen, haben wir die folgenden zwei Schritte durchgeführt:

1Dynamische thermische Simulationstests wurden durchgeführt, um die ?nderungen der Karbidleistung unter Betriebsbedingungen zu simulieren und den Einfluss seltener Erdelemente auf die Leistung des Karbids zu bestimmen.

2Feldversuche wurden an Bergbaustandorten durchgeführt, um die Lebensdauer des Karbids zu beurteilen. Wir haben dynamische Hochtemperatursimulationstests an der Central South University in China durchgeführt (siehe Tabelle 2).

 

Die Testergebnisse deuten darauf hin, dass die Zugabe von Seltenerdelementen zum Karbid die thermische Festigkeit des Karbids verringert und gleichzeitig seine thermische Plastizit?t und Hochtemperaturz?higkeit (dargestellt durch die Gesamtfl?che unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve) erh?ht. Dieser Effekt ?hnelt der Erh?hung des Co-Gehalts. Karbide, die Seltenerdelemente enthalten, weisen eine hervorragende thermische Plastizit?t und Z?higkeit auf, wodurch sie die komplexen thermischen Belastungsunterschiede bei der plastischen Verformung in Umgebungen mit hohen Temperaturen besser bew?ltigen k?nnen. Daher k?nnen Karbide mit Zus?tzen von Seltenerdelementen ihre Leistung im Einsatz verbessern, die Verschlei?festigkeit erh?hen und ihre Lebensdauer verl?ngern.

Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass das MTY25R-Karbid mit zugesetzten Seltenerdelementen im Vergleich zum MTY25-Karbid ohne Seltenerdelemente eine Verbesserung sowohl der Lebensdauer als auch der Verschlei?festigkeit aufweist. Insbesondere bei dem in der Lugu-Eisenmine durchgeführten Test zeigte das MTY25R-Hartmetall eine hervorragende Leistung.

Die Lugu-Eisenmine ist einer der Standorte in China, der für das h?rteste Gestein bekannt ist. Typischerweise werden in dieser Region Bohrkronen mit Hartmetalleins?tzen mit einer Dicke von 16 mm für die Erzgewinnung verwendet, w?hrend die Hartmetalleins?tze, die wir in unserem Test verwendeten, 10 mm dick waren. W?hrend des gesamten Experiments wurden jedoch keine F?lle von Karbidbrüchen bei den mit Seltenerdelementen versetzten Hartmetalleins?tzen beobachtet. Auch die Lebensdauer dieser Eins?tze wurde im Vergleich zu den Eins?tzen ohne Seltenerdelemente deutlich verl?ngert. Dies stützt nachdrücklich die Schlussfolgerung, dass die Zugabe von Seltenerdelementen tats?chlich die Biegefestigkeit und Schlagz?higkeit des Hartmetalls verbessern und so seine Leistung in realen Anwendungen verbessern kann.

 

Fazit

1Die Zugabe einer bestimmten Menge und Form von Seltenerdelementen zu Bergbaukarbiden kann die Biegefestigkeit und Schlagz?higkeit des Karbids verbessern und so die Verschlei?festigkeit verbessern und die Lebensdauer des Karbids verl?ngern.

2Die Zugabe von Seltenerdelementen hat einen ?hnlichen Effekt wie die Erh?hung des Co-Gehalts im Karbid und erh?ht dessen thermische Plastizit?t und Z?higkeit.