Aleación de tierras raras y sus propiedades.

I. Descripción general El carburo cementado también se conoce como los "dientes" de la industria. Desde su inicio, como un material de herramienta eficiente y material estructural, su campo de aplicación se ha ampliado continuamente, lo que ha jugado un papel importante en la promoción del desarrollo industrial y el progreso científico y tecnológico. En los últimos 20 años, los carburos cementados a base de tungsteno y cobalto se han utilizado ampliamente en el corte de metales, herramientas de conformado de metales, perforación de minería y piezas de desgaste debido a su alta dureza, resistencia y excelente resistencia al desgaste en comparación con otras aleaciones duras. . El carburo de cemento tiene una serie de excelentes características de rendimiento: tiene una alta dureza y resistencia al desgaste, especialmente valioso, tiene una buena dureza roja, supera la dureza de temperatura normal del acero de alta velocidad a 600 ° C, y excede el acero al carbono a 1000 ° C. Dureza de la temperatura normal; tiene buen módulo de elasticidad, generalmente (4 ~ 7) × 104kg / mm2, buena rigidez a temperatura normal; alta resistencia a la compresión, hasta 600kg / mm2; buena estabilidad química. Algunos grados de carburo cementado son resistentes a la corrosión ácida y alcalina y no sufren oxidación significativa incluso a altas temperaturas; Bajo coeficiente de dilatación térmica. La conductividad térmica y la conductividad son cercanas a las del hierro y las aleaciones de hierro. De acuerdo con el tamaño de grano promedio de WC en carburo cementado, el carburo cementado se puede dividir en: carburo cementado nanocristalino, carburo cementado de grano ultrafino, carburo cementado de grano submicrónico, carburo cementado de grano fino, carburo cementado de grano medio, carburo cementado de grano grueso, carburo cementado de grano grueso carburo cementado granulado. Los carburos de grano alto y ultra finos tienen una gran dureza y resistencia al desgaste y son ampliamente utilizados en herramientas de corte, cuchillas de sierra, fresas, troqueladoras, componentes de vástagos de válvulas, boquillas para equipos de arenado, etc. Ultra-grueso el carburo granulado tiene mejor tenacidad y resistencia a la fatiga térmica, y su aplicación en herramientas de minería y excavación se ha desarrollado rápidamente. Las aleaciones de degradado y los compuestos de carburo-diamante se pueden usar para resaltar ciertas propiedades específicas de acuerdo con los diferentes requisitos de la aplicación, por lo que la aplicación de herramientas y herramientas de minería se ha desarrollado rápidamente. Las propiedades de los carburos cementados a base de tungsteno-cobalto dependen principalmente del contenido de Co y del tamaño de grano del WC. El carburo cementado cobalto-cobalto típico tiene un contenido de cobalto de 3 a 30% en peso, y el tamaño de grano de WC varía de submicrón a varios. Micrón. El desarrollo de la tecnología de síntesis de partículas a nanoescala, especialmente las partículas de WC y Co de nanoescala, mejoró en gran medida las propiedades mecánicas del carburo cementado nano-WC-Co. Cuando el grano de WC es más pequeño que el tamaño submicrométrico, las propiedades de resistencia, dureza, tenacidad y desgaste de la aleación mejoran considerablemente, y la aleación que tiene una alta densidad puede obtenerse mientras se reduce la temperatura de sinterización. Por lo tanto, en el campo del carburo cementado, la conversión de los tipos tradicionales a ultrafino y nanoescala se ha convertido en su tendencia de desarrollo. Sin embargo, el crecimiento del grano de WC ha sido siempre un cuello de botella en el desarrollo y la producción de WC-Co ultra fino. aleaciones Agregar ciertos aditivos al carburo cementado es una de las formas efectivas de mejorar las propiedades de la aleación. Hay dos tipos principales de aditivos agregados al carburo cementado: uno es un carburo metálico refractario y el otro es un aditivo metálico. El papel del aditivo es reducir la sensibilidad de la aleación a las fluctuaciones de temperatura de sinterización y la sensibilidad a los cambios en el contenido de carbono, para prevenir el crecimiento desigual de los granos de carburo, para cambiar la composición de la fase de la aleación, mejorando así la estructura y las propiedades de la aleación. Los aditivos de carburo más comúnmente usados incluyen carburo de cromo (Cr3C2), carburo de vanadio (VC), carburo de molibdeno (Mo2C o Mo C), carburo de cobalto, carburo de tántalo y similares. La elección del inhibidor depende del efecto inhibitorio total, y los efectos inhibidores son los siguientes: VC> Cr3C2> Nb C> Ta C> Ti C> Zr / Hf C. Los aditivos metálicos más utilizados son cromo, molibdeno, tungsteno, renio, Rutenio, cobre, aluminio y elementos de tierras raras. La adición de elementos de tierras raras en el carburo cementado no solo inhibe el crecimiento de los granos de WC durante la sinterización, sino que también mejora las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste de la aleación, lo que mejora aún más la vida útil de los productos. En el campo de los carburos cementados, la investigación sobre aditivos de tierras raras ha sido un tema candente, pero la idea general es agregar aditivos de tierras raras que no sean de nanoescala para modificar aleaciones duras, pero la adición de aditivos de tierras raras no ha sido El uso del aditivo nano de tierras raras es menor que el del aditivo ordinario de tierras raras, y la brecha con el grano de WC (círculo grande) es pequeña, y la disposición es más densa. El tamaño del aditivo ordinario de tierras raras es casi el mismo que el del WC, por lo que es fácil formar una fuente de grietas. Por lo tanto, este experimento utiliza nano rare earth como aditivo para lograr el propósito de no mejorar el costo y mejorar el rendimiento. China es rica en recursos de tierras raras. Si utilizamos este tipo de pensamiento para desarrollar nuevas tecnologías, aprovechar al máximo el mineral de tungsteno y los recursos de tierras raras de China, investigar y desarrollar materiales de aleaciones duras modificados de aleaciones duras, mejorar el nivel de producción y el desarrollo de la industria de carburo cementado de China. Los productos de metal duro procesados de alta calidad y alto valor agregado, mejorando la competitividad, revirtiendo la situación desfavorable en el mercado internacional y logrando un ciclo virtuoso de materias primas son de gran importancia.2. Aleación de tierras raras El elemento de tierras raras es 15 lantánidos del tercer subgrupo de la tabla periódica de Mendeleev con números atómicos que van desde 57 hasta 71, más un total de 17 elementos, que son similares a los de las estructuras electrónicas y las propiedades químicas. La tierra rara es conocida como la "casa del tesoro" de nuevos materiales, y es un grupo de elementos que los científicos nacionales y extranjeros, especialmente los expertos en materiales, están más preocupados. Debido a sus propiedades especiales, las tierras raras se han utilizado ampliamente en materiales metalúrgicos, óptica, magnetismo, electrónica, maquinaria, productos químicos, energía atómica, agricultura e industria ligera. Aunque las tierras raras se usan como aditivos y modificadores, su valor de salida directo y su beneficio no son altos, pero los beneficios económicos secundarios pueden aumentarse en decenas o incluso cientos de veces. Los recursos de tierras raras de China son abundantes, y sus reservas ocupan el primer lugar en el mundo, y su capacidad de producción integral ocupa el segundo lugar en el mundo. En el país y en el extranjero, la aplicación de tierras raras y sus compuestos se encuentra en casi todas partes en la economía nacional. La tierra rara tiene una mejora obvia en el rendimiento del carburo cementado. Un gran número de estudios han demostrado que la adición de tierras raras puede mejorar en gran medida la resistencia y tenacidad del carburo cementado, de modo que el carburo cementado añadido a tierras raras se puede usar ampliamente en materiales para herramientas y herramientas para minería. Los moldes, los martillos superiores, etc. tienen excelentes perspectivas de desarrollo. Las tierras raras comúnmente utilizadas como aditivos son Ce, Y, Pr, La, Sc, Dy, Gd, Nd, Sm y similares. La forma de adición es generalmente un óxido, un metal puro, un nitruro, un hidruro, un carburo, una aleación intermedia de tierra-cobalto rara, un carbonato, un nitrato y similares. El tipo y la morfología de las tierras raras agregadas afectan las propiedades físicas y mecánicas del carburo cementado. Mecanismo de refuerzo y endurecimiento de tierras raras. La adición de elementos traza de tierras raras en el carburo cementado no solo inhibe el crecimiento de grano de la aleación durante el proceso de sinterización, sino que también mejora las propiedades mecánicas de la aleación, lo que mejora aún más la vida útil de el producto. El mecanismo de fortalecimiento de las tierras raras en el carburo cementado es el siguiente: (1) Zhang Fenglin et al. cree que cuando la fase γ se enfría de alta temperatura a temperatura ambiente, fcc → hcp es una transición de fase de tipo difusión (asistida por el mecanismo Ms). Entre ellos, las fases γfcc y γhcp representan aproximadamente el 10%. Dado que la adición de tierras raras puede inhibir la transformación martensítica, se puede reducir el contenido de γhcp en la fase aglutinante. El mecanismo de su inhibición de la transformación de martensita puede deberse a dos razones: una es la dislocación de fijación de óxido de tierras raras, que dificulta el movimiento de dislocación; por otro lado, el óxido de tierras raras se fija en la ubicación del defecto, lo que hace que el potencial del núcleo de nucleación se reduzca. De este modo, se reduce la fase ε frágil y se aumenta la fase α de tenacidad. Wang Ruikun y otros creen que la adición de trazas de tierras raras en carburos cementados puede inhibir la expansión de las fallas de apilamiento en la fase Co-aglomerante, inhibiendo así la conversión de fcc α-Co → hcp ε-Co (nucleación en capas), lo que hace que fcc α-Co en la aleación. La fracción de volumen aumenta. α-Co tiene 12 sistemas de deslizamiento, mientras que ε-Co tiene solo 3 sistemas de deslizamiento. El carburo cementado de tierras raras se compone principalmente de fcc α-Co, que mejorará su capacidad para coordinar la tensión y relajar el estrés, mejorando así su tenacidad. (2) Efecto sobre la solubilidad del sólido W. La segregación de tierras raras en la fase WC / Co La interfaz afecta a la desolvatación de elementos como W y Ti de Co. Es posible aumentar el contenido de W y Ti en la fase de aglutinante, por lo que funciona como un fortalecimiento de la solución sólida. Pero el mecanismo no está totalmente reconocido. (3) Refine la organización. Las tierras raras en el carburo cementado se distribuyen en la interfaz de WC / Co y WC / WC. La adsorción de elementos de tierras raras en la interfaz definitivamente reducirá la energía interfacial de la interfaz de fase sólido-líquido. Esto puede suprimir el proceso de engrosamiento de los granos de WC durante la sinterización. (4) Fortalecimiento y endurecimiento de los límites de grano y de los límites de fase. En la fractura de carburo cementado, es principalmente a lo largo de la fractura de la fase de enlace Co, y hay algunas grietas a lo largo del WC grano. Por lo tanto, su comportamiento de fractura tiene una relación importante con el comportamiento de la interfaz WC / Co. La presencia de tierras raras en los carburos cementados se debe principalmente a los óxidos o compuestos intermetálicos. La distribución es principalmente en la interfaz de WC / Co y WC / WC. También se puede encontrar una pequeña cantidad de óxidos de tierras raras en la fase aglutinante. Su forma es principalmente esférica o poliédrica. Debido a la función de las tierras raras en la purificación de los límites de grano y los límites de fase, y la mejora de la resistencia de la interfaz de fase, la resistencia a la fractura de los carburos cementados de tierras raras se mejorará en gran medida. Debido a las diferentes formas, formas y tipos de raros En las tierras y los métodos de investigación, las conclusiones de la investigación son diferentes y el mecanismo propuesto será diferente e incluso contradictorio. La investigación sobre carburos cementados endurecidos en tierras raras necesita un estudio más a fondo
Fuente: Meeyou Carbide