Последовательность
Высокая энтропия цементированного карбида, обусловленная искусственным интеллектом
И тенденция развития номера партии твердого сплава
Тенденция развития искусственного интеллекта
Высокоэнтропийный цементированный карбид (HECC) и Марка цементированного карбида для конкретной партии (BSCCG)
- Введение
Твердый сплав в основном состоит из карбида вольфрама (WC) в сочетании с кобальтом (Cobalt), никелем (Ni) и другими связующими фазами. Благодаря своим превосходным механическим свойствам (твердость 1500-2200 HV, износостойкость <0,05 мм³/ч) и химической стабильности (коррозионная стойкость <0,02 мм/год, pH 2-12) он широко используется в аэрокосмической промышленности, точном производстве, новой энергетике и передовых технологиях. Быстрое развитие искусственного интеллекта (ИИ), промышленного Интернета, высокоскоростной передачи данных 5G/6G и технологии больших данных/облачных вычислений придали новый импульс проектированию и классификации марок цементированного карбида, особенно способствуя разработке « Высокоэнтропийного цементированного карбида (HE CC) » и «Специального цементированного карбида для партии (BS CC G). Эти концепции были впервые предложены CTIA GROUP LTD, среди которых высокая энтропия преодолевает предел производительности за счет многокомпонентной конструкции сплава, а дозирование обеспечивает индивидуальную настройку за счет динамической оптимизации. Эта статья написана группой экспертов из China Tungsten Online, которые в течение 30 лет глубоко вовлечены в промышленность материалов на основе вольфрама и сосредоточены на индивидуальном проектировании и производстве. В ней основное внимание уделяется тенденции развития высокоэнтропийного и дозирования цементированного карбида, управляемого ИИ, анализируется его технический механизм и характеристики, а также сочетаются аэрокосмические электрические разъемы, прецизионная обработка микроотверстий в форме, топливные биполярные пластины ячеек и будущие передовые научные и технологические примеры для изучения адаптивности производительности и перспектив применения, а также оценки связанных с этим проблем и путей инноваций.
В настоящее время отрасль производства твердого сплава сталкивается с проблемой сложных систем классов. У разных компаний, занимающихся производством твердого сплава, есть свои собственные системы классов. В то же время существуют принятые на международном уровне стандарты классов (например, классификация ISO 513). Европейские, американские, японские и корейские страны также разработали свои собственные спецификации классов, такие как ANSI в США, JIS в Японии и DIN в Германии. Хотя это разнообразие проистекает из технической конфиденциальности и индивидуальных потребностей, оно создает проблемы для рынка и клиентов. Различия в классах затрудняют соответствие спросу, а также затрудняют оптимизацию координации производительности и производственных мощностей, что ограничивает тенденцию развития индивидуального твердого сплава. Высокая энтропия твердого сплава закладывает техническую основу для дозирования классов за счет улучшения предела производительности, в то время как дозирование динамически корректирует формулу для адаптации к изменяющимся в реальном времени потребностям и обратной связи по данным приложений в экосистеме технологий ИИ, направляя полную настройку ингредиентов, параметров процесса, упаковки и транспортировки на конечном этапе производства. Эти два направления тесно связаны и совместно способствуют развитию отрасли производства изделий из карбида вольфрама в направлении интеллекта и кастомизации.
- Техническая информация
2.1 Применение искусственного интеллекта в дизайне материалов
поддерживает высокоэнтропийное и пакетное проектирование твердого сплава с помощью машинного обучения (ML), глубокого обучения (DL) и генеративных моделей (таких как Generative Adversarial Networks, GAN ). ИИ обрабатывает многомерные наборы данных (такие как размер зерна 0,1–10 мкм , соотношение фаз связывания 6–20%, рабочие параметры) и прогнозирует показатели производительности (такие как погрешность твердости <5%, прочность 1020 МПа·м ¹/ ², коррозионная стойкость <0,02 мм/год). Например, формула WC-Co оптимизируется на основе сверточных нейронных сетей, а цикл НИОКР сокращается на 60%. Генеративный ИИ генерирует высокоэнтропийные формулы сплавов из исторических данных (таких как библиотеки WCCo и WCNi ) и оптимизирует износостойкость при высоких температурах на 15%. Граф знаний объединяет данные отраслевой цепочки (например, чистота вольфрамового порошка 99,9–99,95 %, параметры процесса) для достижения оптимизации замкнутого цикла, повышения эффективности и создания основы для проектирования партий с высокой энтропией.
2.2 Промышленный Интернет и взаимодействие данных в реальном времени
создает экосистему, управляемую данными, с помощью датчиков Интернета вещей (IoT), периферийных вычислений и облачных вычислений. Датчики собирают параметры (например, температуру спекания 1350 °C ± 2 °C, давление 100–150 МПа), периферийные вычисления обрабатывают высокочастотные данные (размер зерна 0,1–0,5 мкм , 1 Гц), а облачные вычисления поддерживают массовый анализ. Это взаимодействие в реальном времени делает производство прозрачным и поддерживает динамические корректировки (например, атмосфера H₂ 5–10 %, точка росы и т. д .) . В сотрудничестве с промышленной цепочкой поставщики предоставляют размер частиц вольфрамового порошка ( например, D50 0,1–0,3 мкм ) , производители оптимизируют процессы, а пользователи получают обратную связь об условиях работы ( например , скорость резки 200 м/мин), сокращая время отклика цепочки поставок на 20 % и предоставляя поддержку данных для серийного производства.
2.3 Совместное расширение возможностей сетей 5G/6G
Сети 5G (задержка <1 мс , пропускная способность >10 Гбит/с) и сети 6G (задержка <0,1 мс , пропускная способность >100 Гбит/с), которые будут коммерциализированы в 2030 году, обеспечивают эффективную связь. 5G/6G поддерживает обмен данными в отраслевой цепочке, например, поставщики загружают данные о партиях, производители возвращают кривые спекания (1400 °C, 10 ⁻³ Па, время спекания и т. д.) , а пользователи предоставляют рабочие условия (50 °C-800 °C, 100 МПа). Эта связь с низкой задержкой позволяет ИИ быстро оптимизировать формулы высокоэнтропийных сплавов (например, WC-10%Co+0,2%TaC) или корректировки партий, а межрегиональное совместное проектирование сокращает циклы поставки на 25-30%, повышая эффективность высокоэнтропийной и пакетной реализации.
Вычислительная поддержка больших данных и облачных вычислений
Большие данные объединяют внутренние данные (журналы производства, результаты испытаний) и внешние данные (рыночные тенденции, стандарты ISO 45001) для предоставления материалов для обучения ИИ. Облачные вычисления поддерживают высокопараллельные вычисления, такие как высокопроизводительный скрининг рецептов (>10 ³ комбинаций/день) или многоцелевую оптимизацию (твердость, износостойкость, стоимость). Ожидается, что в 2025 году масштаб рынка больших данных Китая достигнет 540 млрд юаней, поддерживая исследования и разработки материалов. Облачные вычисления позволяют выполнять моделирование, например прогнозирование стойкости к окислению сплавов WC (<0,02 мг/см² , 800 °C, погрешность <5%), обеспечивая теоретическую основу для проектирования сплавов с высокой энтропией и высокоточного дозирования.
- Тенденции развития и характеристики твердого сплава
Синергия ИИ, промышленного Интернета, 5G/6G и больших данных/облачных вычислений глубоко сформировала траекторию развития высокоэнтропийного и серийного производства цементированного карбида. Как команда экспертов, которая на протяжении 30 лет занималась индивидуальным производством материалов на основе вольфрама, мы стали свидетелями перехода от традиционного проектирования формул к инновациям на основе ИИ. Эти тенденции не только улучшают эксплуатационные характеристики материалов, но и предоставляют индивидуальные решения для высокопроизводительного производства. Ниже приводится подробный анализ:
3.1 Интеллектуальный дизайн: революционный прогресс, движимый данными
который оптимизирует сплавы с высокой энтропией и составы партий посредством анализа данных из нескольких источников . Модели ИИ, такие как случайные леса или машины опорных векторов, интегрируют структуру кристаллической фазы, параметры термообработки и данные об условиях работы для прогнозирования показателей производительности. Например, модель, обученная на исторических данных, может контролировать ошибку прогнозирования твердости сплава WC-Co в пределах ±50 HV, а цикл проектирования сокращается примерно на 50% по сравнению с традиционными методами. Генеративный ИИ еще больше прорывается сквозь рутину и выбирает составы сплавов с высокой энтропией из тысяч составов с помощью генеративно-состязательных сетей (GAN). Например, сплавы на основе WCNi добавляют 0,1–0,3 мас . % NbC , что повышает коррозионную стойкость на 10%, что особенно подходит для нового энергетического оборудования в кислых средах. Кроме того, технология графа знаний сопоставляет потребности пользователей (например, высокую проводимость авиационных разъемов >90% IACS) со свойствами материала, рекомендует оптимальную формулу и сокращает время отклика на 40%. Этот интеллектуальный дизайн не только ускоряет исследования и разработки, но и обеспечивает теоретическую поддержку высокой энтропии, а серийное производство выигрывает от этого, достигая плавного перехода от стандартизации к персонализации. Суть интеллектуального дизайна заключается в том, чтобы сломать ограничения традиционной системы брендов, достичь точного соответствия производительности и спроса с помощью технологии ИИ и предоставить базу данных для внедрения высокой энтропии и серийного производства.
3.2 Гибкое производство: инновации в процессах для удовлетворения разнообразных потребностей
Гибкое производство опирается на промышленный Интернет и технологию 5G/6G для достижения мелкосерийного, высокоиндивидуализированного производства, удовлетворяя разнообразные потребности цементированного карбида на рынке высокого класса. Мониторинг процесса в реальном времени является ключом к гибкому производству. Датчики IoT точно собирают температуру спекания (1350 °C ± 1 °C), давление (100-150 МПа) и параметры атмосферы (например, содержание H₂ 5-10%). Алгоритмы ИИ динамически регулируют параметры процесса для поддержания постоянства размера зерна (0,1-0,5 мкм ) , снижая уровень дефектов на 15%. Технология быстрого прототипирования еще больше преодолевает традиционные ограничения. Например, сложные геометрические структуры каналов потока биполярной пластины топливного элемента (допуск <±0,004 мм) могут быть завершены в течение нескольких дней, что сокращает цикл поставки на 30%, обеспечивая надежную поддержку для экстренных проектов. В то же время сети 5G/6G реализуют восходящее и нисходящее сотрудничество промышленной цепочки. Поставщики оптимизируют размер частиц вольфрамового порошка (D50 0,1 мкм ) для соответствия потребностям последующей обработки. Производители корректируют формулу на основе отзывов пользователей (например, скорость резки 200 м/мин), и эффективность цепочки поставок повышается на 20%. Гибкое производство обеспечивает прочную основу для мелкосерийного пробного производства и быстрой итерации серийной продукции высокоэнтропийных сплавов . Особенно в контексте диверсифицированных марок оно может эффективно справляться с трудностями соответствия рынка, вызванными системами марок разных стран и предприятий.
3.3 Высокая энтропия твердого сплава: прорыв в предельных характеристиках
«Высокоэнтропийный цементированный карбид» (HE CC) — это инновационная концепция, впервые предложенная CTIA GROUP LTD, которая направлена на преодоление узких мест в производительности традиционного цементированного карбида за счет разработки многокомпонентного высокоэнтропийного сплава.
Высокоэнтропийный сплав (HEA) — это сплав, состоящий из нескольких основных элементов (обычно 5 или более), с долей каждого элемента, близкой к эквиатомному соотношению (обычно 5%-35%), а искажение решетки и стабильность усиливаются высокой энтропией смешивания (значение энтропии>1,5R ). По сравнению с традиционными сплавами, высокоэнтропийные сплавы обладают превосходными свойствами, такими как высокая твердость, высокая вязкость, высокая термостойкость и коррозионная стойкость, и часто используются в экстремальных условиях, таких как аэрокосмическая техника, глубоководное оборудование и энергетические поля. Его конструкция часто использует ИИ и теорию функционала плотности, чтобы преодолеть пределы производительности традиционных материалов.
High entropy использует вычислительную мощность AI с высокой пропускной способностью, такую как теория функционала плотности (DFT), для разработки сложных формул, таких как WCTiCNbCCo (значение энтропии > 1,5R), с твердостью до 1800-2200 HV и ударной вязкостью до 15-20 МПа·м ¹ / ² . Эта многокомпонентная конструкция усиливает искажение решетки за счет эффекта увеличения энтропии, значительно улучшая высокотемпературную стабильность (> 1000 °C) и коррозионную стойкость (pH 2-3, < 0,005 мм/год). Оптимизированные AI функциональные покрытия, такие как TiN или NiP , снижают износостойкость до < 0,015 мм ³ / ч, коррозионную стойкость < 0,005 мм/год и улучшают эксплуатационные характеристики поверхности на 20%. В практических приложениях сплавы с высокой энтропией демонстрируют превосходную адаптивность. Например, долота для глубоководной разработки должны выдерживать давление 300 МПа и коррозию в морской воде (pH 8). Высокоэнтропийная формула имеет твердость > 2200 HV и срок службы, увеличенный более чем в 3 раза. Высокоэнтропийная технология не только способствует передовым исследованиям в области материаловедения, но и предоставляет надежные решения для экстремальных условий работы, таких как аэрокосмическая промышленность, энергетика и т. д. Суть высокоэнтропийной технологии заключается в устранении ограничений традиционной системы классов за счет прорывов в производительности, обеспечении технической движущей силы для серийного производства и обеспечении адаптации твердого сплава к более широкому диапазону условий работы.
Следует отметить, что «высокая энтропия цементированного карбида» может также пониматься как «высокоэнтропийный цементированный карбид», концепция, которая содержит многоуровневые коннотации и динамический процесс развития. С одной стороны, это показывает, что цементированный карбид прорвался через традиционную систему формул, основанную на вольфрамовом никеле (WC-Ni) и вольфрамовом кобальте (WC-Co), и постепенно ввел дополнительные элементы, такие как тантал (Ta), ниобий (Nb), титан (Ti) или хром (Cr) в соответствии с разнообразными требованиями рынка к эксплуатационным характеристикам (такими как более высокая твердость, износостойкость, коррозионная стойкость или высокая температурная стабильность), так что его состав расширился от традиционной бинарной или тройной системы до сложной формулы, содержащей пять или более элементов. Хотя содержание этих вновь добавленных элементов, возможно, не достигло строго определенного эквиатомного соотношения (обычно 5%-35%) или высокой энтропии смешения (значение энтропии > 1,5R) высокоэнтропийных сплавов и, следовательно, не полностью эквивалентно высокоэнтропийным сплавам в фактическом смысле, эта тенденция диверсификации элементов, несомненно, заложила основу для улучшения эксплуатационных характеристик и продемонстрировала потенциальную возможность перехода твердого сплава в состояние с более высокой энтропией.
С другой стороны, «высокая энтропия твердого сплава» также указывает на постепенный процесс трансформации, то есть твердый сплав постепенно движется к сплаву с высокой энтропией. Этот процесс включает в себя не только оптимизацию формулы, но и процесс производства, проектирование микроструктуры и расширение сценариев применения. В этом переходе технологии ИИ (такие как машинное обучение и высокопроизводительные вычисления) играют ключевую роль, направляя корректировку формул сплава путем моделирования и прогнозирования многоэлементных взаимодействий. Например, добавление микроэлементов (таких как 0,2%-0,4% TaC или ZrC ) может значительно усилить искажение решетки и улучшить высокотемпературные характеристики или стойкость к окислению, сохраняя при этом характеристики обработки и экономичность твердого сплава. Такая постепенная высокая энтропия позволяет твердому сплаву постепенно впитывать характеристики сплавов с высокой энтропией, такие как более высокая прочность (>15 МПа·м¹ / ²) и более широкая применимость (например, в глубоководной или космической среде), сохраняя при этом свои изначальные преимущества (такие как высокая стабильность твердости в диапазоне 1500–2000 HV ).
Кроме того, эта трансформация также обусловлена рыночным спросом и технологиями. Например, электрические разъемы в аэрокосмической отрасли должны учитывать высокую проводимость (>90% IACS) и коррозионную стойкость (<0,01 мм/год), в то время как биполярные пластины топливных элементов требуют высокой точности (допуск <±0,004 мм) и кислотостойкости (среда pH 3). Эти требования побудили цементированный карбид ввести новые элементы с помощью высокоэнтропийной технологии для соответствия экстремальным условиям работы. В будущем этот процесс может быть еще более ускорен. С развитием сетей 6G и квантовых вычислений ИИ будет точнее оптимизировать многоэлементное соотношение и постепенно осуществлять всесторонний переход от «высокоэнтропийного цементированного карбида» к настоящему высокоэнтропийному сплаву, тем самым достигая качественного скачка в производительности и диапазоне применения.
3.4 Эволюция партий твердых сплавов: будущее производства по индивидуальному заказу
Марка твердого сплава — это стандартизированная система нумерации, используемая для идентификации типа и эксплуатационных характеристик материалов из твердого сплава, обычно формулируемая компаниями или международными стандартами (например, ISO 513). Она отражает состав сплава (например, соотношение WC-Co), эксплуатационные характеристики (например, твердость, износостойкость) и использование (например, резка, пресс-формы). Например, ISO K10 указывает на марку, подходящую для обработки чугуна. В разных странах и компаниях существуют свои собственные системы, например, ANSI в США и JIS в Японии. Разнообразие марок облегчает точный выбор материала, но также может привести к сложному сопоставлению на рынке из-за разных стандартов.
Сорт цементированного карбида для конкретной партии (BS CC G)» также называется пакетированием сортов цементированного карбида . Это передовая концепция, впервые предложенная CTIA GROUP LTD на основе многолетнего практического опыта и глубоких наблюдений. Она подчеркивает динамическую корректировку формулы в соответствии с характеристиками различных партий сырья и потребностями пользователя для достижения высокоточного индивидуального производства. Различия в партиях сырья (например, чистота вольфрамового порошка 99,9% -99,95%, содержание Co 6-20%) оказывают значительное влияние на производительность. Технология ИИ эффективно решает эту проблему с помощью анализа больших данных. Например, в аэрокосмической отрасли высокие требования к твердости (>2000 HV). ИИ может оптимизировать соотношение WC-Co для конкретных партий, в то время как приложения для пресс-форм отдают приоритет повышению прочности (>15 МПа·м ¹ / ²) , а дифференциация производительности может достигать 10-15%. Оптимизация мелкосерийного производства дополнительно отражает преимущества пакетирования. Например, выпуск глубоководных буровых долот (твердость >2200 HV) был скорректирован с традиционных 1000 штук в месяц до 100-200 штук в месяц, а себестоимость контролируется в пределах ±5%, что соответствует потребностям рынка высокого класса. Промышленный Интернет и сети 5G/6G позволяют отслеживать полный жизненный цикл данных партии (таких как температура спекания и размер зерна) и оптимизировать процессы с помощью анализа облачных вычислений, снижая уровень дефектов на 10% и обеспечивая постоянство качества. Кроме того, ИИ прогнозирует рыночные тенденции, такие как 20%-ный ежегодный рост спроса на новые энергетические батареи, и может быстро корректировать формулу (например, добавлять 0,2-0,4 мас. % TaC для повышения коррозионной стойкости), сокращая цикл реагирования на 15-20 дней. Серийное производство также включает в себя индивидуальный дизайн упаковки и транспортировки, например, использование антикоррозионной упаковки для глубоководного оборудования, а также мониторинг температуры и влажности во время транспортировки (10°C-30°C, влажность <60%) для обеспечения стабильной производительности продукта. Дозирование решает проблемы рынка, вызванные диверсификацией традиционных систем классов, посредством полной настройки, позволяя цементированному карбиду адаптироваться к изменяющимся в реальном времени потребностям и руководству обратной связью данных приложений в экосистеме технологий ИИ. Тесная связь между высокой энтропией и дозированием заключается в том, что первое обеспечивает техническую поддержку за счет прорывов в производительности, а второе достигает точного соответствия рыночному спросу за счет динамических корректировок. Оба совместно продвигают отрасль цементированного карбида к движению в сторону интеллекта и настройки.
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
