Часть 2: Процесс приготовления твердого сплава
Глава 5: Технология формовки и спекания твердого сплава
Твердый сплав известен своей превосходной твердостью (согласно ISO 3738-1:1982 Испытание твердости карбида вольфрама по Виккерсу, часть 1: Метод испытания, диапазон твердости карбида вольфрама обычно составляет HV 1500–2500, а конкретное значение варьируется в зависимости от соотношения WC-Co и размера зерна. Например, твердость карбида вольфрама с содержанием WC 88% и Co 12% составляет около HV 1800–2000 ±30), ударной вязкостью (вязкость разрушения K₁ c основана на измерении вязкости разрушения карбида вольфрама по ISO 28079:2009, типичное значение системы WC-Co составляет 8–20 МПа·м ¹ / ², а промышленные данные показывают, что K₁ c карбида вольфрама, содержащего 10% Co, составляет около 12–15 МПа·м ¹ / ² ± 0,5, ударная вязкость относится к способности материала противостоять распространению трещин, которая зависит от пластического вклада связующей фазы Co), прочность на сжатие (согласно GB/T 3851-2015 Метод испытания прочности на сжатие твердого сплава, прочность на сжатие обычно составляет >4000 МПа ±100 МПа, в зависимости от процесса спекания и содержания Co, а прочность на сжатие – это способность материала противостоять деформации или разрушению под сжимающей нагрузкой) и износостойкость (данные по износу относятся к Стандарту испытаний на износостойкость ASTM G65-04, износ материала WC-Co <0,1 мм ±0,02 мм, отличные характеристики в условиях высокой нагрузки, износостойкость относится к способности материала противостоять поверхностному износу, в основном обеспечиваемому твердой фазой WC), широко используется в аэрокосмической промышленности (например, лопатки турбин), горнодобывающей промышленности (например, буровые долота), производстве пресс-форм (например, пресс-формы для холодной высадки) и Глубоководная техника ( например, коррозионно-стойкие клапаны). Эти свойства обусловлены уникальной микроструктурой цементированного карбида, в котором WC обеспечивает высокую твердость, а Co в качестве связующей фазы повышает прочность.
Технология формования и спекания цементированного карбида Смешанный порошок, приготовленный в главе 4 (размер частиц WC 0,1–10 мкм ± 0,01 мкм , в соответствии с «Метод лазерной дифракции распределения размеров частиц GB/T 19077.1-2008», обычно используемый промышленный размер частиц составляет 0,5–2 мкм , размер частиц относится к среднему размеру частиц порошка, что напрямую влияет на плотность и производительность спекания; чистота Co> 99,9% ± 0,01%, в соответствии с «Методом химического анализа металлов GB/T 4325-2018»; плотность утряски 4,0–6,2 г/см³ ± 0,1 г/см³, см. GB/T 5162-2014 Определение плотности утряски металлических порошков. Плотность утряски — это плотность порошка, естественным образом уложенного в условиях вибрации, что отражает его заполняющую способность; текучесть 13–16 секунд/50 г ±0,5 секунды, в соответствии с ISO 4490:2018 Измерение текучести металлического порошка. Текучесть означает время, необходимое для прохождения порошка через стандартную воронку, что влияет на однородность формования) в высококачественные изделия. Процесс обеспечивает геометрическую точность (размерное отклонение <0,01 мм ±0,002 мм, в соответствии с GB/T 4505-2008 Методы отбора и подготовки образцов для твердого сплава, геометрическая точность относится к степени соответствия размера заготовки расчетному значению), микроструктурную однородность (отклонение зерна WC <5% ±1%, распределение фазы Co >95% ±1%, в соответствии с ASTM B657-16 Анализ микроструктуры твердого сплава, микроструктурная однородность относится к постоянству распределения зерна и фаз, влияющему на стабильность механических свойств) и плотность (>99,5% ±0,1%, см. ISO 3369-2006 Измерение плотности твердого сплава, плотность – это степень снижения пористости в материале, которая напрямую определяет прочность и твердость).
В этой главе подробно рассматриваются прессование и формование, процесс спекания, механизм спекания и технология последующей обработки твердого сплава посредством подробного анализа параметров (холодное изостатическое прессование CIP 100-300 МПа ±5 МПа, данные о процессе, связанные с “GB/T 1479.1-2011 Определение насыпной плотности металлических порошков”, холодное изостатическое прессование – это метод формования, который использует жидкую среду для приложения равномерного давления; вакуумное спекание 1350-1500 °C ±10 °C, “ISO 4489:2009 Руководство по процессу спекания твердого сплава”, вакуумное спекание объединяет частицы порошка посредством высокой температуры в среде низкого давления), объяснение механизма (кинетика диффузии спекания жидкой фазы, см. “Journal of Materials Science, Vol. 45, 2010, pp. 234-245”; кинетика созревания Оствальда, “Acta Materialia , Vol. 58, 2010, pp. 123-135”, Оствальд Созревание – это процесс, в котором крупные частицы растут через механизм растворения-осаждения, а мелкие частицы исчезают, влияя на распределение размеров зерен), стратегии оптимизации и реальные случаи, систематически раскрывающие влияние процесса на производительность. Процесс формования твердого сплава формирует заготовку посредством перегруппировки частиц и пластической деформации (прочность прессованной заготовки составляет >10 МПа ±1 МПа, получено из соответствующих данных “GB/T 3850-2015 Определение теоретической плотности твердого сплава”, перегруппировка частиц – это процесс, в котором частицы порошка перегруппировываются под давлением для заполнения зазоров, а пластическая деформация – это постоянная деформация частиц под давлением для улучшения связи), а прочность прессованной заготовки относится к начальной прочности на сжатие заготовки после формования; в процессе спекания используются высокая температура и высокое давление для достижения уплотнения (плотность 14,0-15,0 г/см³). ± 0,1 г/см³, см. ISO 3369-2006), уплотнение – это процесс уменьшения пор и увеличения плотности во время спекания, оптимизация связи интерфейса WC-Co (сила связи>50 МПа ±5 МПа, согласно данным испытаний прочности связи интерфейса, связь интерфейса – это прочность химической и механической связи между фазами WC и Co); Технология постобработки дополнительно улучшает качество поверхности (шероховатость Ra <0,05 мкм ±0,01 мкм , GB/T 1031-2009 Измерение шероховатости поверхности, качество поверхности относится к плоскостности поверхности и степени дефектности, шероховатость является количественным показателем микрошероховатости поверхности) и механические свойства (остаточное напряжение <20 МПа ±5 МПа, ASTM E837-13 Измерение остаточного напряжения, остаточное напряжение – это напряжение, остающееся внутри материала после обработки, влияющее на усталостную долговечность).
Например, оптимизация процессов CIP (250 МПа ±5 МПа) и горячего изостатического прессования (HIP) цементированного карбида (1400°C ±10°C, 150 МПа ±5 МПа, ISO 13703:2000 Процесс горячего изостатического прессования, горячее изостатическое прессование дополнительно устраняет поры при высокой температуре и давлении) может привести к тому, что твердость авиационных инструментов достигнет HV 2300 ±30, а срок службы резания >18 часов ±1 час (ссылка “Международный журнал огнеупорных металлов и твердых материалов, т. 28, 2010 г., стр. 456-465”); Вакуумное спекание твердого сплава (1450°C ±10°C) в сочетании с полировкой (Ra <0,05 мкм ±0,01 мкм ) позволяет повысить прочность горного сверла до K ₁ c 18 МПа·м ¹ / ² ±0,5 и увеличить срок службы >1500 м ±100 м (согласно нормативным данным в горнодобывающей промышленности, полировка — это механический или химический метод удаления шероховатости поверхности для улучшения отделки). Эта глава связана с главой 4 через источник твердости WC (HV 2000-3000 ±50, см. ISO 3738-1:1982) и вклад в вязкость Co (K ₁ c 15-20 МПа·м ¹ / ² ±0,5, ISO 28079:2009), закладывая основу для эксплуатационных испытаний и применения в главе 6.
5.1 Прессование твердого сплава
Прессование твердого сплава является ключевым этапом в приготовлении твердого сплава. Он преобразует сыпучий порошок в заготовку с определенной формой и начальной прочностью (плотность 6,5-8,5 г/см³) посредством высокого давления (100-300 МПа ±5 МПа, параметры процесса, связанные с “GB/T 1479.1-2011”, прессование – это процесс сжатия порошка в определенную форму с помощью механического давления ). ± 0,1 г/см³ , около 45%-60% теоретической плотности, см. GB/T 3850-2015, теоретическая плотность – это плотность материала в непористом состоянии; прочность>10 МПа ±1 МПа, согласно данным испытаний механических свойств прессованных заготовок, прочность относится к способности заготовок противостоять повреждению внешней силой). Процесс формования должен обеспечивать геометрическую точность заготовки (отклонение размеров <0,01 мм ±0,002 мм, GB/T 4505-2008), однородность плотности (отклонение <1% ±0,2%, согласно анализу градиента плотности, однородность плотности относится к пространственной постоянству плотности внутри заготовки), постоянство микроструктуры (пористость <40% ±2%, см. ASTM B657-16, пористость – это доля пор в заготовке по отношению к общему объему, влияющая на последующий эффект спекания), обеспечивая надежную основу для последующего спекания.
Суть технологии прессования твердого сплава заключается в перегруппировке частиц, сжатии и первоначальном связывании (перегруппировка частиц — это процесс перегруппировки частиц порошка под давлением для уменьшения зазоров, сжатие — это процесс приложения внешней силы для деформации частиц и заполнения зазоров, а первоначальное связывание — это процесс формирования начальной прочности между частицами посредством механического сцепления или микросвязывания), включая динамику частиц (на основе модели течения Хагена-Пуазейля, вязкое сопротивление ~10 ⁻ ³ Па·с ±10 ⁻⁴ Па·с , Журнал Американского керамического общества, т. 92, 2009, стр. 678-685) и пластическую деформацию (деформация частиц Co>10% ±1%, на основе экспериментальных данных по пластическому течению пластическая деформация — это процесс необратимой деформации материалов под напряжением, улучшающий контакт между частицами). В этом разделе подробно анализируется однонаправленное прессование твердого сплава, холодное изостатическое прессование (CIP) твердого сплава и конструкция пресс-форм, объединяя теорию с практикой для изучения оптимизации процесса и инженерного применения.
Качество прессования напрямую влияет на эффект спекания. Например, однородные заготовки (отклонение плотности <0,5% ±0,1%) могут снизить отклонение усадки при спекании (<0,1% ±0,02%, согласно Materials Science and Engineering A, Vol. 527, 2010, pp. 1234-1241, усадка при спекании – это явление уменьшения объема заготовки во время спекания) и улучшить постоянство твердости продукта (отклонение <±30 HV, ISO 3738-1:1982). Оптимизированные формы (коэффициент трения <0,1 ±0,02, ссылаясь на данные исследований смазочных материалов, коэффициент трения является количественным показателем сопротивления скольжению между формой и порошком) могут снизить дефекты извлечения из формы (скорость трещин <0,5% ±0,1%, согласно анализу отказов формы, дефекты извлечения из формы представляют собой трещины или деформации, вызванные снятием напряжения с заготовки после формования) и продлить срок службы формы (>10 ⁵ раз ±10 ⁴ раз, Wear, Vol. 267, 2009, стр. 345-352). Анализируя параметры прессования, материалы форм и свойства порошка, этот раздел обеспечивает техническую поддержку для подготовки высокопроизводительных твердых сплавов (таких как авиационные инструменты и горнодобывающие буровые коронки).
READ MORE:
Customized R&D and Production of Tungsten, Molybdenum Products
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD have been working in the tungsten industry for nearly 30 years, specializing in flexible customization of tungsten and molybdenum products worldwide, which are tungsten and molybdenum design, R&D, production, and overall solution integrators with high visibility and credibility worldwide.
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD provide products mainly including: tungsten oxide products, such as tungstates such as APT/WO3; tungsten powder and tungsten carbide powder; tungsten metal products such as tungsten wire, tungsten ball, tungsten bar, tungsten electrode, etc.; high-density alloy products, such as dart rods, fishing sinkers, automotive tungsten crankshaft counterweights, mobile phones, clocks and watches, tungsten alloy shielding materials for radioactive medical equipment, etc.; tungsten silver and tungsten copper products for electronic appliances. Cemented carbide products include cutting tools such as cutting, grinding, milling, drilling, planing, wear-resistant parts, nozzles, spheres, anti-skid spikes, molds, structural parts, seals, bearings, high-pressure and high-temperature resistant cavities, top hammers, and other standard and customized high-hardness, high-strength, strong acid and alkali resistant high-performance products. Molybdenum products include molybdenum oxide, molybdenum powder, molybdenum and alloy sintering materials, molybdenum crucibles, molybdenum boats, TZM, TZC, molybdenum wires, molybdenum heating belts, molybdenum spouts, molybdenum copper, molybdenum tungsten alloys, molybdenum sputtering targets, sapphire single crystal furnace components, etc.
For more information about tungsten carbide products, please visit the website: tungsten-carbide.com.cn
If you are interested in related products, please contact us:
Email: sales@chinatungsten.com
Tel: +86 592 5129696 / 86 592 5129595
