I. Обзор

Цементированный карбид также известен как ?зубья? промышленности. С момента своего создания в качестве эффективного инструментального материала и конструкционного материала область его применения постоянно расширялась, что сыграло важную роль в содействии промышленному развитию и научно-техническому прогрессу. В последние 20 лет вольфрам-кобальт-основа

Твердосплавные сплавы d широко используются в металлорежущих, металлообрабатывающих инструментах, горном бурении и быстроизнашивающихся деталях из-за их высокой твердости, вязкости и отличной износостойкости по сравнению с другими твердыми сплавами. ,

Цементированный карбид обладает рядом превосходных эксплуатационных характеристик: он обладает высокой твердостью и износостойкостью, что особенно ценно, он обладает хорошей красной твердостью, превышает твердость при нормальной температуре высокоскоростной стали при 600 ° C и превышает углеродистую сталь при 1000 ° C. Нормальная температура твердости; имеет хороший модуль упругости, обычно (4 ~ 7) × 104 кг / мм2, хорошую жесткость при нормальной температуре; высокая прочность на сжатие, до 600 кг / мм2; хорошая химическая стабильность, некоторые сорта цементированного карбида устойчивы к кислотной и щелочной коррозии и не подвергаются значительному окислению даже при высоких температурах; низкий коэффициент теплового расширения. Теплопроводность и проводимость близки к таковым у железа и железных сплавов.

По среднему размеру зерна WC в цементированном карбиде, цементированный карбид можно разделить на: нанокристаллический цементированный карбид, ультрамелкозернистый цементированный карбид, субмикронный гранулированный карбид, мелкозернистый цементированный карбид, среднезернистый цементированный карбид, крупнозернистый цементированный карбид, крупнозернистый зернистый цементированный карбид.

Субмикронные и ультрамелкозернистые карбиды имеют высокую твердость и износостойкость и широко используются в режущих инструментах, пильных лезвиях, фрезах, штамповках, компонентах штока клапана, насадках для пескоструйного оборудования и т. Д.

Ультра-толстый зернистый карбид обладает лучшей прочностью и устойчивостью к термической усталости, и его применение в инструментах для горнодобывающей промышленности и выемки грунта быстро развивается. Градиентные сплавы и карбидно-алмазные композиты могут использоваться для выделения определенных специфических свойств в соответствии с различными требованиями применения, поэтому применение инструментов и инструментов для горного дела быстро развивается.

Свойства цементированных карбидов на основе вольфрама-кобальта в основном зависят от содержания Co и размера зерна WC. Типичный кобальт-кобальтовый цементированный карбид имеет содержание кобальта от 3 до 30 мас. Т1 ТП1Т, а размер зерна WC варьируется от субмикронного до нескольких. Micron. Развитие технологии синтеза наноразмерных частиц, особенно наноразмерных частиц WC и Co, значительно улучшило механические свойства цементированного карбида nano-WC-Co.

Когда зерно WC меньше размера субмикрона, прочность, твердость, ударная вязкость и износостойкость сплава значительно улучшаются, и сплав, имеющий высокую плотность, может быть получен при понижении температуры спекания. Следовательно, в области цементированного карбида преобразование традиционных типов в ультратонкие и наномасштабы стало тенденцией его развития.

Однако рост зерна WC всегда был узким местом в разработке и производстве ультрадисперсных сплавов WC-Co. Добавление определенных добавок к цементированному карбиду является одним из эффективных способов улучшения свойств сплава. Существует два основных типа добавок, добавляемых к цементированному карбиду: один представляет собой карбид тугоплавкого металла, а другой - добавку металла. Роль добавки заключается в снижении чувствительности сплава к колебаниям температуры спекания и чувствительности к изменениям содержания углерода, предотвращении неравномерного роста карбидных зерен, изменении фазового состава сплава, улучшая тем самым структуру и свойства сплав.

Наиболее часто используемые карбидные добавки включают карбид хрома (Cr3C2), карбид ванадия (VC), карбид молибдена (Mo2C или MoC), карбид кобальта, карбид тантала и тому подобное. Выбор ингибитора зависит от общего ингибирующего эффекта, и ингибирующие эффекты следующие: VC> Cr3C2> NbC> TaC> TiC> Zr / HfC. Обычно используемыми металлическими добавками являются хром, молибден, вольфрам, рений, рутений, медь, алюминий и редкоземельные элементы. Добавление редкоземельных элементов в цементированный карбид не только препятствует росту зерен WC во время спекания, но также улучшает механические свойства и износостойкость сплава, тем самым дополнительно улучшая срок службы изделий. В области цементированных карбидов исследования по редкоземельным присадкам были горячей темой, но общая идея заключается в добавлении не наноразмерных редкоземельных присадок для модификации твердых сплавов, но добавление нано-редкоземельных добавок редко сообщили.

Использование нано-редкоземельной добавки ниже, чем использование обычной редкоземельной добавки, а зазор с зерном WC (большой круг) мал, а расположение более плотное. Размер обычной редкоземельной добавки почти такой же, как у WC, поэтому легко создать источник трещин. Поэтому в этом эксперименте в качестве добавки используются нано-редкоземельные элементы, чтобы не снижать стоимость и не повышать производительность. Китай богат редкоземельными ресурсами. Если мы будем использовать такое мышление для разработки новых технологий, в полной мере использовать китайские ресурсы вольфрамовой руды и редкоземельных элементов, исследовать и разрабатывать твердосплавные материалы, модифицированные редкоземельными элементами, повышать уровень производства и развивать китайскую промышленность по производству цементированного карбида. Высокое качество продукции глубокой переработки с высокой добавленной стоимостью, повышение конкурентоспособности, изменение неблагоприятной ситуации на международном рынке и достижение благотворного цикла сырья имеют большое значение.

2. Редкоземельный твердый сплав

Редкоземельный элемент — это 15 лантаноидов третьей подгруппы периодической таблицы Менделеева с атомными номерами от 57 до 71, а также в общей сложности 17 элементов, сходных по электронному строению и химическим свойствам. Редкоземельные элементы известны как ?сокровищница? новых материалов и представляют собой группу элементов, которые больше всего беспокоят отечественных и зарубежных ученых, особенно специалистов по материалам. Благодаря своим особым свойствам редкоземельные элементы нашли широкое применение в металлургии, оптике, магнетизме, электронике, машиностроении, химии, атомной энергетике, сельском хозяйстве и легкой промышленности. Хотя редкоземельные элементы используются в качестве добавок и модификаторов, их прямая выходная ценность и прибыль невелики, зато вторичный экономический эффект может быть увеличен в десятки и даже сотни раз. Редкоземельные ресурсы Китая богаты, его запасы занимают первое место в мире, а его комплексные производственные мощности занимают второе место в мире. В стране и за рубежом редкоземельные элементы и их соединения находят практически повсеместное применение в народном хозяйстве. Редкоземельные элементы обладают очевидным улучшением характеристик цементированного карбида. Большое количество исследований показало, что добавление редкоземельных элементов может в значительной степени улучшить прочность и ударную вязкость цементированного карбида, так что цементированный карбид с добавлением редкоземельных элементов может широко использоваться в инструментальных материалах и горнодобывающих инструментах. , пресс-формы, перфораторы и т. д. имеют отличные перспективы развития. Редкоземельными элементами, обычно используемыми в качестве добавок, являются Ce, Y, Pr, La, Sc, Dy, Gd, Nd, Sm и т.п. Форма присоединения обычно представляет собой оксид, чистый металл, нитрид, гидрид, карбид, промежуточный сплав редкоземельных элементов и кобальта, карбонат, нитрат и т.п. Тип и морфология добавленных редкоземельных элементов влияют на физические и механические свойства цементированного карбида.

3. Механизм упрочнения и упрочнения редкоземельных элементов.

Добавление следов редкоземельных элементов в цементированный карбид не только препятствует росту зерен сплава во время процесса спекания, но также улучшает механические свойства сплава, тем самым дополнительно улучшая срок службы изделия. Механизм усиления редкоземельного элемента на цементированном карбиде заключается в следующем:

(1) Чжан Фенлин и соавт. полагают, что при охлаждении γ-фазы от высокой температуры до комнатной температуры fcc → hcp является фазовым переходом диффузионного типа (с помощью механизма Ms). Среди них фазы γfcc и γhcp составляют около 10%. Поскольку добавление редкоземельного элемента может ингибировать мартенситное превращение, содержание γhcp в связующей фазе может быть уменьшено. Механизм его ингибирования мартенситного превращения может быть обусловлен двумя причинами: одной является дислокация пиннинга оксида редкоземельного элемента, которая препятствует движению дислокации; с другой стороны, оксид редкоземельного элемента закрепляется в месте дефекта, образуя потенциальное ядро ε-зародыша. Зародыш уменьшается. Таким образом, хрупкая ε-фаза уменьшается, и ударная вязкость α-фазы увеличивается.

Wang Ruikun и другие считают, что добавление следовых редкоземельных элементов в цементированные карбиды может ингибировать расширение дефектов упаковки в фазе Co-связующего, тем самым ингибируя превращение ГЦК-α-Co → ГПУ-ε-Co (слоистое зародышеобразование), делая ГЦК-α -Ко в сплаве. Объемная доля увеличивается. α-Co имеет 12 систем скольжения, в то время как ε-Co имеет только 3 системы скольжения. Редкоземельный цементированный карбид в основном состоит из ГЦК-α-Co, который улучшит его способность координировать напряжение и ослаблять стресс, тем самым улучшая его ударную вязкость.

(2) Влияние на растворимость твердого вещества W.

Разделение редкоземельных элементов на границе раздела фаз WC / Co влияет на десольватацию таких элементов, как W и Ti из Со. Можно увеличить содержание W и Ti в связующей фазе, тем самым функционируя как упрочняющий твердый раствор. Но механизм не полностью признан.

(3) Уточните организацию.

Редкоземельный элемент в цементированном карбиде распределяется на границе раздела WC / Co и WC / WC. Адсорбция редкоземельных элементов на границе раздела, безусловно, уменьшит межфазную энергию границы раздела твердое тело-жидкость. Это может подавить процесс укрупнения зерен WC во время спекания.

(4) Укрепление и ужесточение границ зерен и фазовых границ.

При разрушении цементированного карбида он происходит главным образом вдоль фазы разрушения связи Co, и вдоль зерна WC имеются некоторые трещины. Следовательно, его поведение при разрушении имеет важное отношение к поведению интерфейса WC / Co. Присутствие редкоземельных элементов в цементированных карбидах происходит главным образом из-за оксидов или интерметаллидов. Распределение в основном на стыке WC / Co и WC / WC. Небольшое количество редкоземельных оксидов также может быть найдено в связующей фазе. Его форма в основном сферическая или многогранная. Ввиду роли редкоземельных элементов в очистке границ зерен и фаз и улучшении прочности межфазной границы вязкость разрушения редкоземельных цементированных карбидов будет значительно улучшена.

Из-за различий в способах, формах, типах редкоземельных элементов и методах исследований выводы исследований различны, и предлагаемый механизм будет другим и даже противоречивым. Исследования по цементированным карбидам, упрочненным редкоземельными элементами, требуют дальнейшего изучения.