Parte 3: Optimización del rendimiento del carburo cementado
Capítulo 7: Control de las propiedades mecánicas del carburo cementado
El carburo cementado (WC-Co) se usa ampliamente en herramientas de aviación (vida útil de corte >15 horas), brocas de minería (perforación >1200 m) y matrices resistentes al desgaste (extrusión >10 ⁶ veces) debido a su excelente dureza (HV 1200-1800 ) , buena tenacidad a la fractura (K ₁ c 8-16 MPa·m ¹ / ²) , alta resistencia a la compresión (4000-6000 MPa) y excelente resistencia al desgaste ( tasa de desgaste <0,1 mm ³ / N · m) . Sin embargo, en condiciones de trabajo extremas, como alto impacto (frecuencia >500 Hz), carga cíclica (>10 ⁵ veces), alta temperatura (>800 °C) y desgaste abrasivo (dureza >800 HV), el rendimiento integral del carburo cementado aún enfrenta desafíos. Es difícil que una sola estrategia de optimización satisfaga simultáneamente los requisitos sinérgicos de dureza, tenacidad, resistencia a la fatiga y resistencia al desgaste. Se puede lograr un avance en el rendimiento integral mediante el control de la microestructura (tamaño de grano de WC 0,2-2 μm , contenido de Co 6%-15%), análisis profundo del mecanismo de falla (velocidad de crecimiento de grietas ~10 ⁻⁶ mm/ciclo) y la aplicación de tecnología de refuerzo avanzada (VC aditivo 0,2%-0,5%, dosis de implantación de iones 10 ¹ ⁶ -10 ¹ ⁷ cm ⁻ ² , espesor de revestimiento láser 50-150 μm ) .
Este capítulo parte de los siguientes cuatro aspectos: equilibrio entre dureza y tenacidad, resistencia a la fatiga y al impacto, análisis del mecanismo de fallo y estrategia de mejora del rendimiento. Se analizan sistemáticamente las propiedades mecánicas, las ventajas y desventajas, la tecnología de regulación y las condiciones del carburo cementado. Además, se analizará la tendencia de desarrollo del carburo cementado en el contexto de la futura tecnología de IA y la ecología del Internet de las Cosas ( IIoT ), lo que proporciona mayor eficiencia y fiabilidad para aplicaciones industriales.
Las ventajas del carburo cementado son su alta dureza y resistencia al desgaste, y su capacidad para soportar altas cargas y fricción bajo condiciones de trabajo extremas; sin embargo, su desventaja es la contradicción entre dureza y tenacidad. Una dureza alta (HV>1600) usualmente conduce a una disminución en la tenacidad ( K ₁c < 10MPa ·m¹ / ² ) , que es propensa a la fractura frágil. Además, la resistencia a la fatiga del carburo cementado aún necesita ser mejorada bajo carga cíclica de alta frecuencia (la tasa de crecimiento de grietas necesita ser controlada a <10⁻⁷mm / ciclo). A través del análisis en este capítulo, los lectores tendrán una comprensión completa de los métodos para regular las propiedades mecánicas del carburo cementado y su desempeño en aplicaciones prácticas.
7.0 Propiedades mecánicas del carburo cementado
El carburo cementado (WC-Co) se utiliza ampliamente en la aviación, la minería y la fabricación de moldes gracias a sus excelentes propiedades mecánicas. A continuación, se detallan sus principales propiedades mecánicas, incluyendo su definición, método de medición, factores influyentes y contexto de aplicación:
7.0.1. Alta dureza del carburo cementado .
7.0.1.0 ¿ Cuál es la dureza del carburo cementado?
La dureza del carburo cementado (WC-Co) se refiere a la capacidad de su superficie para resistir la indentación o los arañazos de objetos externos (como los penetradores), lo que refleja la resistencia del material a la deformación plástica y al desgaste. Como material compuesto, el carburo cementado consta de una fase dura de carburo de tungsteno (WC, dureza de aproximadamente HV 2000-2500) y una fase de unión de cobalto (Co, dureza de aproximadamente HV 300). La dureza del carburo cementado suele estar entre HV 1200-1800, y puede aumentarse aún más a HV 2000-2500 mediante la modificación de la superficie (como la carburación, el revestimiento láser). El nivel de dureza determina directamente la durabilidad del carburo cementado en entornos de alta carga y alta fricción, como su rendimiento en el corte, la perforación y la fabricación de moldes.
La naturaleza física de la dureza está estrechamente relacionada con la microestructura del material, lo que se debe principalmente a la alta dureza y al efecto de fortalecimiento del límite de grano de la fase WC, mientras que la fase Co absorbe parte de la energía a través de la deformación plástica y ajusta el rendimiento general.
7.0.1.1 Método para medir la dureza del carburo cementado
La dureza del carburo cementado se puede medir mediante una variedad de métodos de prueba, diferentes métodos son adecuados para diferentes escenarios y requisitos de precisión:
Dureza Vickers (HV)
Rango : HV 1200-1800, hasta HV 2000-2500 después de la modificación de la superficie.
Principio : Utilice un durómetro Vickers, un penetrador de diamante de pirámide cuadrangular (ángulo diagonal de 136°), aplique una carga estándar (generalmente 30 kg) y calcule el valor de dureza midiendo la longitud diagonal de la huella. La fórmula es:
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