Цементированный карбид - это композитный материал, состоящий из высокопрочных карбидов тугоплавких металлов и цементированных металлов. Благодаря своей высокой твердости, износостойкости и стабильным химическим свойствам, он используется в современных инструментальных материалах и износостойких материалах. Материалы, устойчивые к высоким температурам и коррозии, занимают важное место. В настоящее время твердые сплавы на основе карбида вольфрама являются наиболее широко используемыми среди карбидов, производимых в мире, с наибольшим выходом и наиболее широким использованием. Среди них твердый сплав WC, используемый в шахтах, рассматривается как ?зуб? в горнодобывающей промышленности, бурении нефтяных скважин и геологоразведочных работах, и ему уделяется большое внимание.

Инструменты для бурения горных пород состоят из металлического основного корпуса и встроенных в него различных геометрических форм, а также различных сортов зубьев из твердого сплава WC для сверления в соответствии с различными условиями работы. В качестве примера возьмем кирки с откидной осью, рабочая среда кирок является жесткой, и в дополнение к абразивному износу при сжатии, изгибе и высоком напряжении он также имеет неопределенную силу удара, поэтому карбиды часто встречаются при добыче угля. Головка сломана и падает, что приводит к преждевременному износу и выходу из строя матрицы подборщика, что значительно сокращает срок службы подборщиков в форме подборщика. Следовательно, превосходный твердый сплав для горной промышленности должен обладать высокой прочностью, высокой твердостью, необходимой для сопротивления истиранию, и высокой прочностью, необходимой для сопротивления ударному разрушению.

Ширер в прямом контакте с угольным пластом во время рабочего процесса. Характеристики абразивного износа ножниц тесно связаны со структурой и твердостью угольного пласта. Твердость угля низкая, обычно от 100 до 420 HV, но уголь часто имеет различную твердость. Такие примеси, как кварц и пирит (от 900 до 1100 HV), имеют высокую твердость и оказывают большое влияние на характеристики абразивного износа зубьев.

В большинстве рабочих примеров износостойкость является основной функцией твердости материала. Чем выше твердость, тем выше абразивная износостойкость. Чистый туалет очень твердый и похож на алмаз. В цементированном карбиде частицы WC образуют прочный каркас, поэтому цементированные карбиды WC обладают очень высокой твердостью. Кроме того, WC относится к гексагональной кристаллической системе и обладает анизотропией по твердости. Твердость по Виккерсу нижней поверхности {0001} и краевой поверхности {1010} составляет 2 100 HV и 1 080 HV соответственно. В крупнозернистом цементированном карбиде доля зерен WC на плоскости {0001} высока, и, таким образом, карбид, содержащий крупнозернистый WC, показывает более высокую твердость. В то же время при высокой температуре, равной 1000 ° C, твердые сплавы WC с крупнозернистой структурой имеют более высокую твердость, чем обычные твердые сплавы, и показывают хорошую твердость красного цвета.

В процессе резания угля частицы WC подвергаются воздействию на поверхности цементированного карбида после того, как цементированные фазы цементированного карбида в носике инструмента, защищенные заштрихованной кромкой, были выдавлены или унесены абразивным царапанием. Частицы WC со связанными фазами на подложке легко измельчаются, разрушаются и высвобождаются. Из-за грубых зерен WC, цементированный карбид обладает сильной удерживающей силой по отношению к WC, а зерна WC трудно вынуть и проявляют превосходную износостойкость.

Когда режущее долото рассекает угольную породу, режущая головка подвергается высокому напряжению, растягивающему и сдвиговому напряжению под действием ударной нагрузки. Когда напряжение превышает предел прочности сплава, режущая головка сплава будет фрагментирована. Даже если создаваемое напряжение не достигает предела прочности цементированного карбида, усталостное растрескивание цементированного карбида будет происходить при многократном воздействии ударной нагрузки, и расширение усталостной трещины может привести к падению головки инструмента или зазубрин. В то же время, при резке угольного пласта, шип-подборщик создает высокую температуру 600-800 ° С на режущей поверхности, а резка угольного шва происходит при периодических вращательных движениях. Повышение температуры чередуется, и температура увеличивается, когда режущая головка контактирует с угольной породой. остыть, оставляя угольную скалу. Из-за постоянного изменения температуры поверхности плотность дислокаций увеличивается и концентрируется, и появляется поверхность серпантинного рисунка.

Глубина трещин и скорость распространения уменьшаются с увеличением размера карбидного зерна, а морфология, направление и глубина трещин также зависят от размера зерна WC. Трещины в мелкозернистых сплавах в основном прямые, мелкие и длинные; крупнозернистые сплавные трещины нерегулярные и короткие. Трещины в основном распространяются на слабой границе зерна. В крупнозернистом цементированном карбиде, если микротрещины обходят крупнозернистые зерна WC, они имеют зигзагообразную форму и должны иметь энергию, соответствующую площади разрушения; если они проходят, когда зерна WC расширяются, они должны иметь значительную энергию разрушения. В результате крупнозернистые частицы WC имеют улучшенное отклонение и раздвоение трещин, что может предотвратить дальнейшее распространение микротрещин и увеличить ударную вязкость цементированного карбида. При том же содержании цементирующей фазы крупнозернистый сплав имеет более толстую связующую фазу, что благоприятно для пластической деформации связующей фазы, препятствует расширению трещин и показывает хорошую ударную вязкость.

Исследования прочности и структуры цементированного карбида WC-Co также показывают, что существует определенное правило между прочностью цементированного карбида и размером зерна WC. Когда содержание кобальта является постоянным, прочность обычных сплавов с низким содержанием кобальта всегда увеличивается, поскольку размер зерна WC в цементированном карбиде становится более грубым, а прочность сплава с более высоким содержанием кобальта достигает пика с укрупнением зерна WC.

В настоящее время порошки карбида вольфрама обычно получают способом восстановления оксида вольфрама с получением грубого порошка вольфрама, порошка вольфрама, полученного путем высокотемпературной карбонизации для получения грубого порошка WC, а также порошка WC и порошка Co путем смешивания, мокрого измельчения и спекания. Среди них выбор грубого приготовления порошка WC, процесса спекания и оборудования напрямую влияет на производительность шахтного сплава WC.

Результаты испытаний Луо Биньхуи показывают, что содержание кислорода в исходном материале из оксида вольфрама напрямую влияет на размер частиц вольфрамового порошка. Для производства сверхтонкого порошка вольфрама в качестве сырья следует выбирать оксид вольфрама с более низким содержанием кислорода (обычно фиолетовый вольфрам), а для производства кислорода следует выбирать более крупный порошок вольфрама. В качестве сырья используется оксид вольфрама с высоким содержанием (желтый вольфрам или синий вольфрам). Результаты Zhang Li et al. показали, что по сравнению с желтым вольфрамом использование голубого вольфрама для получения крупнозернистого вольфрамового порошка не имеет преимуществ по размеру частиц и распределению. Однако поверхностные микропоры меньше вольфрамовых порошков, изготовленных из желтого вольфрама, а общие характеристики цементированных карбидов лучше. Известно, что добавка щелочного металла к оксиду вольфрама способствует длительной укрупненности порошка вольфрама, но остаточный щелочной металл в порошке вольфрама подавляет рост кристаллических зерен WC. Сунь Баоци и др. использовали активированный литием оксид вольфрама для восстановления водородом для получения крупнозернистого порошка вольфрама. На основании экспериментальных результатов он исследовал механизм активации и роста зерен. Он считал, что добавление летучей соли лития ускоряет скорость осаждения летучих при восстановлении оксида вольфрама, в результате чего вольфрам растет при более низких температурах. Хуан Синь добавил соль Na в WO 3 для промежуточного снижения температуры. Размер частиц порошка вольфрама пропорционален количеству добавленного Na. С увеличением добавки Na число крупных кристаллических зерен увеличивалось с 50 до 100 мкм.

Гао Хуэй считает, что классификация вольфрамового порошка может эффективно изменить свойства порошка и решить проблему неравномерной толщины порошка. Уменьшите разницу между минимальным, максимальным и средним диаметрами частиц, чтобы получить более грубый, более однородный порошок WC; из-за характеристик вольфрама его нелегко разрушить, и перед классификацией проводят умеренное дробление для отделения агломерированных частиц в порошке. , более эффективное разделение порошка, улучшить однородность.

Приготовление крупнозернистых порошков WC путем высокотемпературной карбонизации крупнозернистых вольфрамовых порошков является классическим и классическим методом. Крупнозернистые вольфрамовые порошки смешивают с сажей и затем смешивают в печи с углеродными трубками. Температура карбонизации грубых вольфрамовых порошков обычно составляет около 1600 ° С, а время карбонизации составляет 1-2 часа. Благодаря карбонизации при высокой температуре в течение длительного времени этот метод минимизирует дефекты решетки WC и сводит к минимуму микроскопическую деформацию, тем самым улучшая пластичность WC. В последние годы процесс карбонизации вольфрамового порошка непрерывно развивался. Некоторые заводы по производству цементированного карбида начали использовать современные индукционные печи средней частоты для вакуумной карбонизации и гидрирования.

Из-за явления спекания и роста частиц порошка WC частицы WC растут толще и толще при высоких температурах. Кроме того, чем тоньше исходный вольфрамовый порошок, тем более явным явлением является высокая температура и рост зерен WC. В основе этого принципа лежит использование среднезернистого вольфрамового порошка и даже мелкозернистых вольфрамовых порошков для высокотемпературной карбонизации для получения крупнозернистого карбида вольфрама. В литературе сообщалось об использовании вольфрамового порошка (подсито Фишера-шестера, Fsss от 5,61 до 9,45 мкм). Температура карбонизации составляла от 1800 до 1900 ° С, и получали порошок WC с Fsss от 7,5 до 11,80 мкм. Тонкий порошок вольфрама был использован. (Fsss <2,5 мкм), температура карбонизации 2000 ° C, был приготовлен порошок WC с Fsss от 7 до 8 мкм. Из-за большой разницы в плотности между вольфрамом и WC, частицы вольфрама превращаются в частицы WC во время преобразования из вольфрама в WC.

Получающиеся частицы WC содержат большую энергию деформации, и в результате некоторые частицы WC лопаются, и частицы WC становятся меньше после взрыва. Хуан Синь и соавт. принят двухступенчатый метод карбонизации. Поскольку в первый раз происходила неполная карбонизация, центральная часть частиц оставалась чистым вольфрамом, а поверхностный слой частиц был полностью карбонизирован. Чистый вольфрам может быть перекристаллизован, чтобы потреблять часть энергии деформации, тем самым уменьшая растрескивание зерна. Вероятность По сравнению с обычным одностадийным порошком WC крупнозернистый порошок WC, полученный двухстадийным способом, имеет однофазный состав и почти не содержит W 2 C, WC (1-x) и других разных фаз. Чжан Ли и соавт. изучали влияние легирования Co на размер зерен и микроморфологию грубых и грубых порошков WC. Результаты показывают, что легирование Co выгодно для увеличения размера зерна и свободного углерода в порошке WC, а также для монокристаллов. Туалетная пудра. Когда содержание легирования Co составляет 0,035%, кристаллическая целостность зерен WC значительно улучшается, показывая отчетливую стадию роста и плоскость роста.

Отличительной особенностью является то, что карбид вольфрама может быть использован для непосредственного производства карбида вольфрама, а полученный порошок карбида вольфрама является особенно густым и карбонизированным. Смесь вольфрамовой руды и оксида железа восстанавливается алюминием, а карбид используется для карбида кальция. Пока заряд воспламеняется, реакция протекает самопроизвольно, что приводит к экзотермической реакции с температурой самонагревания до 2500 ° C. После окончания реакции реакционной печи и материалу дают остыть. Нижняя часть печи будет производить блочный слой на основе WC, а остальная часть будет состоять из металлического железа, марганца, избыточного металлического алюминия и небольшого количества шлака. Верхний слой шлака отделяли, нижний слиток измельчали, избыток карбида кальция удаляли промывкой водой, железо, марганец и алюминий удаляли кислотной обработкой и, наконец, кристаллы WC сортировали гравитационной обработкой. WC, полученный этим способом, измельчают до микронного уровня для использования с различными различными цементированными карбидами.

При вакуумном спекании смачиваемость связующего металла твердой фазой значительно улучшается, а продукт не легко науглероживает и обезуглероживает. Поэтому многие из известных в мире производителей цементированного карбида используют вакуумное спекание, а вакуумное спекание в промышленном производстве Китая постепенно заменило водородное спекание. Мо Шэнцю изучил получение цементированного карбида WC-Co с низким содержанием кобальта путем вакуумного спекания и указал, что технологическая система на стадии предварительного обжига является ключом к вакуумному спеканию цементированного карбида WC-Co с низким содержанием кобальта. На этой стадии происходит удаление примесей и кислорода из сплава, относительно интенсивная объемная усадка и быстрый рост плотности. Вакуум перед обжигом в сплаве 0,11 ~ 0,21 МПа имеет лучшие конечные характеристики. Для крупнозернистых твердых сплавов WC-Co с содержанием кобальта от 4% до 6% для обеспечения высокой прочности температура предварительного спекания должна составлять от 1320 до 1370 °C.

Вакуумный спеченный цементированный карбид имеет небольшое количество пор и дефектов. Эти поры и дефекты не только влияют на характеристики материала, но также имеют тенденцию быть источником разрушения во время использования. Технология горячего изостатического прессования является эффективным методом решения этой проблемы. С начала 1990-х годов на некоторых крупных предприятиях в Китае, например, на заводе Jianghan Bit, Zhuzhou Cected Carbide Factory и Zigong Cemented Carbide Factory, были введены в эксплуатацию печи для спекания в условиях горячего изостатического прессования под низким давлением; Введены в эксплуатацию печи для спекания низкого давления, разработанные независимо Пекинским научно-исследовательским институтом железа и стали. использовать. Применение горячего изостатического прессования под низким давлением уменьшает пористость цементированного карбида, а структура является плотной, улучшает ударную вязкость сплава и улучшает срок службы цементированного карбида.

Jia Zuocheng и другие экспериментальные результаты показывают, что процесс горячего изостатического прессования при низком давлении полезен для устранения пустот в сплаве и роста зерен WC, а также увеличивает прочность на изгиб крупнозернистых сплавов WC-15Co и WC-22Co. Се Хонг и соавт. изучено влияние вакуумного спекания и спекания под низким давлением на свойства цементированных карбидов WC-6Co. Результаты показывают, что для вакуумного спекания материала Виккерса твердость 1 690 кг / мм 2, прочность на разрыв в поперечном направлении составляет 1 830 МПа, в то время как твердость Виккерса из спеченного материала низкого давления увеличивается до 1 720 кг / мм 2, прочность на разрыв в поперечном направлении составляет 2140 МПа. Ван Иминь также производил сплавы WC-8Co путем вакуумного спекания и спекания под низким давлением. Результаты показывают, что материал, спеченный в вакууме, имеет твердость 89,5 HRA и поперечную прочность на разрыв 2270 МПа; и спеченный материал низкого давления имеет повышенную твердость 89,9 HRA и поперечное разрушение. Прочность составляет 2 520 МПа. Равномерность температуры в печи для спекания является важным фактором, влияющим на качество высокопроизводительных карбидных изделий. Большое количество исследований имитировало и оптимизировало температурное поле в печи для спекания. В литературе предлагается метод кусочного моделирования, который согласуется с результатами эксперимента. Распределение температуры в графитовой трубке не является равномерным, что в основном обусловлено неразумным расположением графитовой лодки и спеченного продукта, а также структурой графитовой трубки. В ходе испытания были предложены меры по оптимизации, позволяющие уменьшить отклонение температуры поверхности спеченных продуктов примерно на 10 К во время фазы вакуума и в пределах ± 7 К во время фазы нагрева газа, тем самым улучшая качество спекания.

Способ спекания в условиях повышенного давления с использованием энергии мгновенного и прерывистого разряда. Механизм спекания СПС все еще остается спорным. Ученые в стране и за рубежом провели обширные исследования по этой теме. Обычно считается, что разрядная плазма мгновенно генерируется, когда на электрод подается импульс постоянного тока, так что тепло, генерируемое равномерно каждой частицей в спеченном теле, активирует поверхность частицы, и спекание выполняется путем саморазогрева. эффект внутренней части порошка. Лю Сюемей и др. Использовали XRD, EBSD и другие методы испытаний для сравнения фазового состава, микроструктуры и свойств твердых сплавов, полученных горячим прессованием и спеканием в искровой плазме. Результаты показывают, что спеченные материалы SPS имеют высокую вязкость разрушения. Ся Янхуа и др. С использованием технологии SPS с начальным давлением 30 МПа, температурой спекания 1350 ° С, выдержкой 8 мин, температурой 200 ° С / мин, твердостью твердосплавного сплава 91 HRA, поперечной прочностью на разрыв 1 269 МПа. В литературе используется технология SPS для спекания цементированных карбидов WC-Co. Он может производить WC с относительной плотностью 99%, HRA ≥ 93 и хорошим фазовым образованием и однородной микроструктурой при температуре спекания 1270 ° C и давлении спекания 90 МПа. Co Carbide. Чжао и соавт. Калифорнийского университета, США, приготовили цементированный карбид без связующего методом SPS. Давление спекания составляло 126 МПа, температура спекания составляла 1 750 ° С, и время выдержки не было получено. Был получен полностью плотный сплав, но содержалось небольшое количество фазы W 2 C. Чтобы удалить примеси, был добавлен избыток углерода. Температура спекания составляла 1550 ° С, а температура выдержки составляла 5 мкм. Плотность материала не изменилась, и твердость по Виккерсу составила 2 500 кг / мм 2.

Спарк-плазменное спекание как новый тип технологии быстрого спекания имеет широкие перспективы применения. Однако исследования в стране и за рубежом все еще ограничиваются стадией лабораторных исследований. Механизм спекания и оборудование для спекания являются основными препятствиями для его развития. Механизм спекания SPS все еще спорен, особенно промежуточные процессы и явления спекания еще предстоит изучить. Кроме того, оборудование SPS использует графит в качестве формы. Из-за его высокой хрупкости и низкой прочности, он не способствует высокотемпературному и высокому давлению спекания. Следовательно, коэффициент использования формы является низким. Для фактического производства необходимо разработать новые материалы пресс-формы с более высокой прочностью и возможностью повторного использования, чем используемые в настоящее время материалы пресс-формы (графит), чтобы увеличить несущую способность пресс-формы и снизить стоимость пресс-формы. В процессе необходимо установить разницу температур между температурой пресс-формы и фактической температурой заготовки, чтобы лучше контролировать качество продукта.

Способ, в котором микроволновая энергия преобразуется в тепловую энергию для спекания с использованием диэлектрических потерь диэлектрика в высокочастотном электрическом поле, и весь материал равномерно нагревается до определенной температуры для достижения уплотнения и спекания. Тепло генерируется в результате соединения самого материала с микроволновой печью, а не от внешнего источника тепла. Команда Monika изучала микроволновое спекание и традиционное уплотнение спекания цементированных карбидов WC-6Co. Результаты эксперимента показывают, что степень уплотнения при микроволновом спекании быстрее, чем при традиционном спекании. Исследователи из Университета Пенсильвании изучали производство изделий из карбида вольфрама в отрасли микроволнового спекания. Они имеют более высокие механические свойства, чем обычные продукты, и имеют хорошую однородность микроструктуры и низкую пористость. Процесс микроволнового спекания цементированного карбида WC-10Co методом микроволнового спекания был изучен в системе омни-пик. Проанализировано взаимодействие микроволнового электрического поля, магнитного поля и микроволнового электромагнитного поля на цементированном карбиде WC-10Co.

Отсутствие данных о свойствах материала и оборудовании являются двумя основными препятствиями на пути развития технологии микроволнового спекания. Без данных о материальных свойствах материалов невозможно узнать механизм действия микроволн. Из-за высокой селективности микроволновых печей для спекания продуктов, параметры микроволновых печей, требуемые для разных продуктов, очень разные. Трудно изготовить оборудование для микроволнового спекания с высокой степенью автоматизации, с переменной частотой и функциями автоматической настройки, что является узким местом, ограничивающим его развитие.