Secondo lo standard Sandvik, un metallo duro con una granulometria ≥5μm è chiamato metallo duro a grana ultra grossa. Il metallo duro a grana ultra grossa è uno dei principali progressi tecnologici nell'industria mondiale del metallo duro. Rispetto ad altri carburi con un contenuto di cobalto simile ma dimensioni del grano diverse, il carburo a grana ultra grossa ha una maggiore tenacità alla frattura, conduttività termica e resistenza alla fatica termica ed è ampiamente utilizzato nell'estrazione mineraria, nella perforazione della roccia, nei laminatoi e in altre applicazioni, con un'ampia prospettive di mercato.

Elementi essenziali per la preparazione del metallo duro a grana grossa

Il processo di sinterizzazione è anche un processo di ingrossamento della grana WC ed è uno dei passaggi chiave per ottenere metallo duro a grana ultra grossa. L'ingrossamento del carburo dipende principalmente dalla dissoluzione della polvere a grana fine e dalla crescita della polvere a grana grossa. La granulometria e la morfologia del metallo duro sono determinate congiuntamente dalle materie prime e dai processi di produzione, con la polvere WC originale e il contenuto di carbonio che sono importanti fattori di influenza.

Qualità della polvere WC

I grani WC rombici hanno spigoli vivi e spigoli, che possono facilmente causare una concentrazione di sollecitazioni locali se sottoposti a carico. Pertanto, l'utilizzo di polvere WC circolare come materia prima può migliorare efficacemente la tenacità del carburo e ridurre la sensibilità del carburo alle crepe. Quando il contenuto di cobalto e il contenuto di carbonio sono gli stessi, le prestazioni del carburo dipendono dalla granulometria del WC. Inoltre, dopo un'elevata macinazione a sfere, la polvere WC con particelle di dimensioni originali più piccole ha un tasso di ingrossamento della grana più elevato con lo stesso processo di sinterizzazione. Pertanto, la distribuzione delle dimensioni delle particelle della polvere originale gioca un ruolo importante nel prevedere l'ingrossamento dei grani WC.

Contenuto di carbonio nel metallo duro a grana ultra grossa

Quando il contenuto di carbonio è basso, le particelle fini di WC prodotte dalla macinazione a sfere non subiranno ricristallizzazione durante la sinterizzazione. Nelle stesse condizioni di preparazione, rispetto al carburo cementato a basso tenore di carbonio, il carburo cementato ad alto tenore di carbonio può ottenere una distribuzione granulometrica più uniforme e un tasso di ingrandimento più elevato.

Le curve cinetiche della crescita di WC a diverse temperature e diversi contenuti di carbonio sono mostrate nella Figura 1, e si può vedere chiaramente che un basso contenuto di carbonio inibisce fortemente la crescita di WC. Allo stesso tempo, l'ingrossamento del WC nel carburo cementato a medio o alto contenuto di carbonio dipende fortemente dalla temperatura, mentre il carburo cementato a basso contenuto di carbonio non è sensibile alla temperatura. L'energia di attivazione apparente per l'ingrossamento del WC nel carburo cementato con il contenuto di carbonio più basso (5.79%) è di 98 kcal/mol, che è vicina all'energia di attivazione per l'autodiffusione del C (88 kcal/mol), quindi il meccanismo di inibizione di questo il tipo di carburo cementato può essere controllato dal processo di autodiffusione di C in WC e fase liquida Co nei grani WC. Inoltre, l'effetto ostacolante del processo di precipitazione di W e C nei grani WC non può essere escluso nel carburo cementato ricco di W e povero di Co.

Nei carburi 2, 3 e 4, il processo di grana grossa WC dipende fortemente dal contenuto di carbonio e la concentrazione di tungsteno nella fase legante è relativamente alta. Si può dedurre che in questo caso la reazione di dissoluzione di C in WC è la più lenta. Pertanto, l'effetto inibitorio della riduzione del contenuto di carbonio sulla grana grossa del WC può essere correlato alla diminuzione della concentrazione di carbonio nel Co liquido e, a sua volta, questo processo è limitato dal tasso di dissoluzione del C sulla superficie dei grani WC.

La struttura a gradini sulla superficie del WC e la forma irregolare dei grani del WC sostengono che la nucleazione di nuovi strati atomici è il principale meccanismo a grana grossa. Pertanto, i difetti svolgono un ruolo importante nel processo di ingrossamento del grano riducendo l'energia di attivazione e promuovendo la nucleazione.

Additivi

Lo spessore dello strato legante di cobalto nel carburo cementato WC Co di grado ultra grossolano può raggiungere diversi micrometri, il che svolge un ruolo significativo nell'inibire l'inizio e la propagazione delle cricche termiche e delle cricche da fatica. Tuttavia, la durezza e la resistenza all'usura del legante Co sono basse. Quando la fase legante si consuma rapidamente, i grani WC sono esposti sulla superficie del carburo cementato. I grani WC che non vengono fissati dalla fase di incollaggio vengono facilmente estratti e danneggiati, portando a una rapida usura dell'intero carburo cementato.

Vale la pena notare che molti tentativi di rafforzare l'agente legante aggiungendo vari elementi chimici (Al, Si, Cr, B, ecc.) al metallo legante sono falliti. Sebbene l'aggiunta di elementi possa aumentare la durezza del carburo cementato, riduce anche significativamente la tenacità alla frattura e la resistenza alla frattura trasversale del carburo cementato.

Tracce di VC e CrC possono sopprimere efficacemente la crescita dei grani WC nei carburi cementati ultrafini e nanocristallini e migliorare la durezza del carburo cementato. Gli elementi delle terre rare hanno la capacità di inibire la crescita dei granuli di WC in modo discontinuo e irregolare. Utilizzando le caratteristiche di Cr, V e RE per modificare la microstruttura dei grani e migliorare la durezza del carburo cementato, alcuni studiosi le hanno applicate al campo dei carburi cementati ultra grossolani. Utilizzando WC sferico con una granulometria Feinman di 14 μm come materia prima e aggiungendo una piccola quantità di VC, è stato prodotto il carburo cocementato WC 10% e il confronto della morfologia è mostrato nella Figura 2. Si può vedere che la granulometria del il carburo cementato viene notevolmente soppresso e il VC aiuta anche a sopprimere i cambiamenti nella forma dei grani WC, che rimangono comunque circolari.

Le proprietà meccaniche del metallo duro a grana ultra grossa

I carburi cementati con una granulometria media di 5 10 μm sono molto adatti per l'uso nell'industria mineraria e nell'edilizia. La tenacità aumenta all'aumentare della granulometria del WC mantenendo la stessa durezza. Alcuni scienziati hanno ulteriormente dimostrato la fattibilità di migliorare la resistenza all'usura e la tenacità dei carburi cementati aumentando la granulometria WC pur mantenendo la durezza del carburo cementato. La relazione tra la durezza e la resistenza all'usura del carburo cementato è mostrata nella Figura 4.

Conclusione

L'applicazione del metallo duro a grana ultra grossa sta diventando sempre più diffusa e la ricerca e lo sviluppo di metallo duro a grana ultra grossa di alta qualità è diventato un tema caldo nella ricerca in tutto il mondo. Mentre apprendiamo e attingiamo alla tecnologia straniera avanzata, dovremmo anche prestare attenzione all'esplorazione della teoria di base, stabilendo un solido sistema teorico e standard.

1Esplorare il processo di preparazione del metallo duro a grana ultra grossa di alta qualità. Rafforzare la ricerca sui parametri di processo appropriati e la selezione di leganti e additivi e ricercare metodi più semplici ed efficienti per la promozione e l'applicazione.

2Per esplorare la tecnologia di rafforzamento della fase legante, migliorare la forza di legame dell'interfaccia tra la fase legante Co e la fase dura WC in metallo duro a grana ultra grossa. La resistenza all'usura e la durata del carburo cementato avranno un salto di qualità.

3Per stabilire un sistema di relazione corrispondente tra la dimensione del grano, il contenuto di cobalto e le prestazioni del metallo duro a grana ultra grossa. Stabilire un solido sistema di indice di valutazione del prodotto e corrispondenti standard di settore, che aiuteranno a progettare e sviluppare nuovi prodotti in metallo duro in modo più scientifico ed efficiente e a raggiungere l'industrializzazione più rapidamente.