Caractéristiques et préparation de l'outil d'extraction au carbure de tungstène

Le carbure cémenté est un matériau composite composé de carbures de métaux réfractaires de dureté élevée et de métaux cémentés. En raison de sa dureté élevée, de sa résistance à l'usure et de ses propriétés chimiques stables, il est utilisé dans les matériaux d'outillage modernes et les matériaux résistant à l'usure. Les matériaux résistant aux températures élevées et à la corrosion occupent une place importante. À l’heure actuelle, les alliages durs à base de carbure de tungstène sont les plus largement utilisés parmi les carbures produits dans le monde, avec le plus grand rendement et la plus grande utilisation. Parmi eux, l’alliage dur utilisé dans les mines est considéré comme la «dent» des industries du développement minier, du forage pétrolier et de l’exploration géologique, et a fait l’objet d’une attention soutenue.Les outils de forage minier sont composés d’un corps à base métallique et de différents formes incorporées dans celle-ci et différentes qualités de dents de foret en alliage dur WC selon différentes conditions de travail. Prenons l'exemple des pics de pioche, l'environnement de travail des pics est rude et, en plus de l'usure abrasive sous compression, flexion et forte contrainte, il supporte également une force d'impact indéfinie, de sorte que les carbures se produisent souvent lors de l'extraction du charbon. La tête est cassée et tombe, ce qui entraîne une usure prématurée et une défaillance de la matrice de lecture, ce qui rend la durée de vie des médiators en forme de médiator beaucoup plus basse que celle prévue. Par conséquent, un excellent alliage dur pour l’exploitation minière doit avoir une résistance élevée, une dureté élevée requise pour la résistance à l’abrasion et une ténacité élevée requise pour la résistance à la rupture par impact.Outils d’extraction minière au carbure de tungstène1.1 Résistance à l’usure de l’alliage WCLe cisailleur du cisailleur est en contact direct avec la couche de charbon pendant le processus de travail. Les caractéristiques d'usure abrasive de la tondeuse sont étroitement liées à la structure et à la dureté de la couche de charbon. La dureté du charbon est faible, généralement de 100 à 420 HV, mais le charbon a souvent une dureté différente. Les impuretés telles que le quartz et la pyrite (900 à 1100 HV) ont une dureté élevée et ont une grande influence sur les caractéristiques d'usure par abrasion des pics. Dans la plupart des exemples de fonctionnement, la résistance à l'usure est une fonction fondamentale de la dureté du matériau. Plus la dureté est élevée, plus la résistance à l'usure par abrasion est élevée. Pure WC est très dur et ressemble au diamant. Dans le carbure cémenté, les particules de WC forment un squelette solide, de sorte que les carbures cémentés WC ont une dureté très élevée. De plus, le WC appartient au système cristallin hexagonal et présente une anisotropie en termes de dureté. La dureté Vickers de la surface inférieure {0001} et de la surface marginale {1010} est de 2 100 HV et 1 080 HV, respectivement. Dans le carbure cémenté à gros grains, la proportion de grains de WC sur le plan {0001} est élevée et le carbure contenant le WC à gros grains présente donc une dureté supérieure. Dans le même temps, à une température élevée de 1 000 ° C, les alliages durs à grains grossiers de WC ont une dureté supérieure à celle des alliages durs ordinaires et présentent une bonne dureté au rouge.Au cours du processus de coupage du charbon, des particules de WC sont exposées à la surface du ciment carbure après que les phases cémentées du carbure cémenté dans la pointe de l'outil protégée par le bord assemblé ont été chassées ou sont emportées par un raclage abrasif. Les particules de WC supportées en phase liée sont facilement broyées, détruites et libérées. En raison des gros grains de WC, le carbure cémenté a une forte force de maintien par rapport au WC, et les grains de WC sont difficiles à extraire et présentent une excellente résistance à l'usure.1.2 Ténacité de l'alliage de WCLorsque la mèche coupe le charbon, le la tête est soumise à des contraintes élevées, à des contraintes de traction et à des contraintes de cisaillement sous l'action de la charge d'impact. Lorsque la contrainte dépasse la limite de résistance de l'alliage, la tête de coupe d'alliage sera fragmentée. Même si la contrainte générée n'atteint pas la limite de résistance du carbure cémenté, la fissuration par fatigue du carbure cémenté se produira sous l'action répétée de la charge d'impact et l'expansion de la fissure par fatigue peut provoquer la chute de la tête de l'outil ou chipping. En même temps, lors de la coupe de la couche de charbon, le pic de la tondeuse produit une température élevée de 600 à 800 ° C sur la surface de coupe et la couche de charbon de coupe est un mouvement de rotation périodique. L'augmentation de la température est alternée et la température augmente lorsque la tête de coupe entre en contact avec le charbon. , refroidissez-vous lorsque vous quittez le rocher. En raison du changement constant de la température de surface, la densité de dislocations augmente et se concentre et la surface du motif en serpentin apparaît. La profondeur des fissures et le taux de propagation diminuent avec l’augmentation de la taille des grains de carbure, ainsi que la morphologie, la direction et la profondeur. de fissures varient également avec la taille de grain de WC. Les fissures dans les alliages à grains fins sont généralement droites, petites et longues; les fissures d'alliage à grains grossiers sont irrégulières et courtes. Les fissures s'étendent principalement à la limite du grain faible. Dans le carbure cémenté à gros grains, si les micro-fissures contournent les grains de WC à gros grains, elles ont la forme d’un zigzag et doivent avoir une énergie correspondant à la zone de fracture; s'ils passent à travers, lorsque les grains de WC sont expansés, ils doivent avoir une énergie de fracture considérable. En conséquence, les grains de WC à grains grossiers ont une déflection et une bifurcation améliorées des fissures, ce qui peut empêcher la propagation de micro-fissures et augmenter la ténacité du carbure cémenté. Avec la même teneur en phase cimentaire, l'alliage à grains grossiers a une phase de liaison plus épaisse, bénéfique pour la déformation plastique de la phase de liaison, inhibe l'extension des fissures et présente une bonne ténacité.Études sur la résistance et la structure de WC Le carbure cémenté -Co montre également qu'il existe une certaine règle entre la résistance du carbure cémenté et la taille des grains de WC. Lorsque la teneur en cobalt est constante, la résistance des alliages conventionnels à faible teneur en cobalt augmente toujours à mesure que la taille des grains de WC dans le carbure cémenté devient plus grossière et que la résistance de l'alliage présentant une teneur en cobalt plus élevée atteint des sommets avec un grossissement des grains de WC.2 Procédé de préparation de l'alliage de minerai de WC Actuellement, les poudres de carbure de tungstène sont généralement préparées par le procédé de réduction de l'oxyde de tungstène pour obtenir une poudre de tungstène grossière, une poudre de tungstène obtenue par carbonisation à haute température pour obtenir une poudre de WC grossière et une poudre de WC et de Co par mélange, broyage humide et frittage. Parmi eux, le choix de la préparation de poudre grossière de WC, du procédé de frittage et de l'équipement affecte directement la performance de l'alliage de WC de mine.2.1 Préparation de la poudre de WC (1) Préparation de la poudre de tungstène grossièreLes résultats des tests de Luo Binhui montrent que la teneur en oxygène de l'oxyde de tungstène brut le matériau affecte directement la taille des particules de poudre de tungstène. Pour produire une poudre de tungstène ultra-fine, l'oxyde de tungstène avec une teneur en oxygène inférieure doit être choisi comme matière première (généralement du tungstène violet), et une poudre de tungstène plus grossière doit être sélectionnée pour la production d'oxygène. Une teneur élevée en oxyde de tungstène (tungstène jaune ou tungstène bleu) est utilisée comme matière première. Les résultats de Zhang Li et al. ont montré que, par rapport au tungstène jaune, l'utilisation de tungstène bleu pour obtenir une poudre de tungstène à gros grains n'a aucun avantage en termes de taille et de répartition des particules. Cependant, les micropores de surface contiennent moins de poudres de tungstène à base de tungstène jaune et les performances globales des carbures cémentés sont meilleures. Il est connu que l'addition d'un métal alcalin à l'oxyde de tungstène contribue à la longue et grossière rugosité de la poudre de tungstène, mais le métal alcalin résiduel dans la poudre de tungstène supprime la croissance des grains cristallins de WC. Sun Baoqi et al. a utilisé de l'oxyde de tungstène activé au lithium pour la réduction de l'hydrogène afin de préparer une poudre de tungstène grossière. Sur la base des résultats expérimentaux, il a exploré le mécanisme d'activation et de croissance des grains. Il a estimé qu'en ajoutant du sel de lithium volatil, la vitesse de dépôt volatil lors de la réduction de l'oxyde de tungstène était accélérée, ce qui entraînait une croissance du tungstène à des températures plus basses. Huang Xin a ajouté du sel de Na dans du WO 3 pour réduire les températures intermédiaires. La taille des particules de poudre de tungstène est proportionnelle à la quantité de Na ajoutée. Avec l’augmentation de l’addition de Na, le nombre de gros grains cristallins est passé de 50 à 100 µm. (2) Classification de la poudre de tungstèneGao Hui estime que la classification de la poudre de tungstène peut effectivement modifier les propriétés de la poudre et résoudre le problème de l’épaisseur inégale de la poudre. poudre. Réduisez la différence entre les diamètres minimum, maximum et moyen des particules pour produire une poudre de WC plus grossière et plus uniforme. En raison des caractéristiques du tungstène, il est difficile à casser et un concassage modéré est effectué avant la classification afin de séparer les particules agglomérées dans la poudre. , séparation plus efficace de la poudre, amélioration de l’uniformité. (3) Préparation de la poudre grossière de WC La préparation de la poudre grossière de WC par carbonisation à haute température de la poudre de tungstène à gros grains est une méthode classique. Les poudres de tungstène à grains grossiers sont mélangées avec du noir de carbone, puis mélangées dans un four à tube de carbone. La température de carbonisation des poudres grossières de tungstène est généralement d’environ 1 600 ° C et le temps de carbonisation est de 1 à 2 h. En raison de la carbonisation à haute température pendant une longue période, cette méthode minimise les défauts de réseau du WC et minimise la contrainte microscopique, améliorant ainsi la plasticité du WC. Au cours des dernières années, le procédé de carbonisation de la poudre de tungstène a été développé en permanence. Certaines usines de production de carbure cémenté ont commencé à adopter des fours à induction à fréquence intermédiaire sophistiqués pour la carbonisation et l'hydrogénation sous vide.En raison du phénomène de frittage et de croissance des particules de poudre de WC, les particules de WC se développent de plus en plus épaisses à haute température. En outre, plus la poudre de tungstène d'origine est fine, plus le phénomène de croissance à haute température et de grain de WC est évident. Ce principe repose sur l’utilisation de la poudre de tungstène à grain moyen et même de la poudre de tungstène à grain fin pour la carbonisation à haute température afin d’obtenir du carbure de tungstène à grain grossier. L’utilisation de poudre de tungstène (sous-tamis de Fisher, 6,61 à 9,45 µm) a été rapportée dans la littérature. La température de carbonisation était de 1 800 à 1 900 ° C et une poudre de WC avec 7,5 à 11,80 µm de Fss était obtenue. Une fine poudre de tungstène a été utilisée. (Fsss <2,5 µm), une température de carbonisation de 2 000 ° C, une poudre de WC avec un Fsss de 7 à 8 µm ont été préparés. En raison de la grande différence de densité entre le tungstène et le WC, les particules de tungstène se transforment en particules de WC lors de la conversion de tungstène en WC. Les particules de WC résultantes contiennent une énergie de déformation importante. Certaines particules de WC se rompent et les particules de WC devenir plus petit après le dynamitage. Huang Xin et al. adopté une méthode de carbonisation en deux étapes. Comme la première fois était une carbonisation incomplète, la partie centrale de la particule restait du tungstène pur et la couche superficielle des particules avait été complètement carbonisée. Le tungstène pur pourrait être recristallisé pour consommer une partie de l'énergie de déformation, réduisant ainsi la fissuration du grain. La probabilite. Comparée à la poudre de WC à une étape conventionnelle, la poudre de WC à grain grossier produite par la méthode en deux étapes a une composition en une phase et presque pas de W 2 C, WC (1-x) et autres phases diverses. Zhang Li et al. ont étudié l'effet du dopage Co sur la granulométrie et la micro morphologie des poudres de WC grossières et grossières. Les résultats montrent que le dopage au Co est bénéfique pour l'augmentation de la taille des grains et du carbone libre de la poudre de WC et qu'il est bénéfique pour les monocristaux. Poudre de WC. Lorsque la teneur en Co de dopage est de 0,035%, l’intégrité cristalline des grains de WC est nettement améliorée, ce qui indique une étape de croissance distincte et un plan de croissance distinct (4). Procédé thermique à base d’aluminium à cristal grossierLe trait caractéristique est que le carbure de tungstène peut être utilisé directement produire du carbure de tungstène, et la poudre de carbure de tungstène produite est particulièrement épaisse et carbonisée. Un mélange de minerai de tungstène et d'oxyde de fer est réduit avec de l'aluminium, tandis que le carbure est utilisé pour le carbure de calcium. Tant que la charge est allumée, la réaction se déroule de manière spontanée, entraînant une réaction exothermique avec une température d’auto-échauffement jusqu’à 2500 ° C. Une fois la réaction terminée, on laisse le four et le matériau refroidir. La partie inférieure du four produira une couche de blocs à base de WC, et le reste sera constitué de fer, de manganèse, d’aluminium, d’excès de métal et d’une petite quantité de laitier. La couche de laitier supérieure a été séparée, le lingot inférieur a été broyé, le carbure de calcium en excès a été éliminé par lavage à l'eau, le fer, le manganèse et l'aluminium ont été éliminés par traitement acide et, enfin, les cristaux de WC ont été triés par gravimétrie. Le WC produit par ce procédé est broyé au niveau du micron pour une utilisation avec une variété de carbures cémentés différents.2.2 Frittage du carbure de WC (1) Frittage sous vide Dans le frittage sous vide, la mouillabilité du métal de liaison à la phase dure est considérablement améliorée. et le produit n'est pas facilement carburé et décarburisé. Par conséquent, de nombreux fabricants de carbure cémenté célèbres dans le monde utilisent le frittage sous vide, et le frittage sous vide dans la production industrielle chinoise a progressivement remplacé le frittage à l'hydrogène. Mo Shengqiu a étudié la préparation du carbure cémenté WC-Co à faible teneur en cobalt par frittage sous vide et a souligné que le système de traitement au stade de préchauffage est la clé du frittage sous vide du carbure cémenté WC-Co à faible teneur en cobalt. A ce stade, les impuretés et l'oxygène de l'alliage sont éliminés, le retrait volumétrique est relativement intense et la densité augmente rapidement. Le vide de pré-combustion dans l'alliage 0,11 ~ 0,21 MPa a de meilleures performances finales. Pour les carbures cémentés à grain grossier WC-Co avec une teneur en cobalt comprise entre 4% et 6%, pour une résistance élevée, la température de pré-frittage devrait être comprise entre 1 320 et 1 370 ° C. (2) Pressage isostatique à chaud à basse pressionCarbure cémenté fritté sous vide a une petite quantité de pores et de défauts. Ces pores et défauts affectent non seulement les performances du matériau, mais tendent également à être la source de la fracture lors de l'utilisation. La technologie de pressage isostatique à chaud est une méthode efficace pour résoudre ce problème. Depuis le début des années 1990, des fours de frittage de pressage isostatique à chaud à basse pression ont été introduits dans certaines grandes entreprises en Chine, telles que Jianghan Bit Factory, la fabrique de carbure cémenté de Zhuzhou et la fabrique de carbure cémenté de Zigong; Des fours de frittage à basse pression développés indépendamment par l'Institut de recherche sur le fer et l'acier de Beijing ont été mis en service. utilisation. L'application de la compression isostatique à chaud à basse pression réduit la porosité du carbure cémenté et la structure est dense, améliore la ténacité aux chocs de l'alliage et améliore la durée de vie du carbure cémenté.Jia Zuocheng et d'autres résultats expérimentaux montrent que Le procédé de pressage isostatique favorise l'élimination des vides dans la croissance des grains d'alliage et de WC et augmente la résistance à la flexion des alliages à grains grossiers WC-15Co et WC-22Co. Xie Hong et al. ont étudié les effets du frittage sous vide et du frittage basse pression sur les propriétés des carbures cémentés WC-6Co. Les résultats montrent que la dureté Vickers du matériau de frittage sous vide de 1 690 kg / mm 2, la résistance à la rupture transversale est de 1 830 MPa, tandis que la dureté Vickers du matériau fritté à basse pression est augmentée à 1 720 kg / mm 2, la résistance à la rupture transversale de 2140 MPa. Wang Yimin a également produit des alliages WC-8Co par frittage sous vide et frittage à basse pression. Les résultats montrent que le matériau fritté sous vide a une dureté de 89,5 HRA et une résistance à la rupture transversale de 2270 MPa; et le matériau fritté à basse pression a une dureté accrue de 89,9 HRA et une fracture transversale. La force est de 2 520 MPa. L'uniformité de la température du four de frittage est un facteur important qui influe sur la qualité des produits en carbure à haute performance. Un grand nombre d'études ont simulé et optimisé le champ de température dans le four de frittage. La littérature propose une méthode de simulation par morceaux cohérente avec les résultats expérimentaux. La distribution de la température dans le tube en graphite n’est pas uniforme, ce qui est principalement dû à la disposition déraisonnable de la nacelle en graphite et du produit fritté et de la structure du tube en graphite. Lors du test, des mesures d'optimisation ont été proposées pour réduire l'écart de température de surface des produits frittés d'environ 10 K pendant la phase de vide et de ± 7 K pendant la phase de chauffage au gaz, améliorant ainsi la qualité du frittage. (3) ) Méthode de frittage sous pression utilisant une énergie de décharge instantanée et intermittente. Le mécanisme de frittage SPS reste controversé. Des spécialistes nationaux et étrangers ont mené des recherches approfondies sur ce sujet. On pense généralement qu’un plasma de décharge est instantanément généré lorsqu’une impulsion de courant continu est appliquée à une électrode, de sorte que la chaleur générée uniformément par chaque particule dans le corps fritté active la surface de la particule et que le frittage est effectué par auto-chauffage. effet de l'intérieur de la poudre. Liu Xuemei et al. Ont utilisé la méthode de diffraction XRD, la méthode EBSD et d’autres méthodes de test pour comparer la composition de phase, la microstructure et les propriétés des alliages durs obtenus par frittage à la presse à chaud et au plasma à étincelle. Les résultats montrent que les matériaux frittés SPS ont une ténacité élevée. Xia Yanghua, etc. utilisant la technologie SPS avec une pression initiale de 30 MPa, une température de frittage de 1 350 ° C, une température de maintien de 8 minutes, une température de 200 ° C / minute, une dureté au carbure préparée de 91 HRA, une résistance à la rupture transversale de 1 269 MPa. La littérature utilise la technologie SPS pour fritter les carbures cémentés WC-Co. Il peut produire du WC avec une densité relative de 99%, un HRA ≥ 93, une bonne formation de phase et une microstructure uniforme sous une température de frittage de 1270 ° C et une pression de frittage de 90 MPa. Co carbure. Zhao et al. de l’Université de Californie, États-Unis, a préparé le carbure cémenté sans liant par la méthode SPS. La pression de frittage était de 126 MPa, la température de frittage était de 1 750 ° C et aucun temps de maintien n'avait été obtenu. Un alliage totalement dense a été obtenu mais une petite quantité de phase W 2 C a été contenue. Afin d'éliminer les impuretés, un excès de carbone a été ajouté. La température de frittage était de 1 550 ° C et la température de maintien était de 5 µm. La densité du matériau est restée inchangée et la dureté Vickers était de 2 500 kg / mm. Le frittage au plasma 2.Spark, un nouveau type de technologie de frittage rapide, présente de larges perspectives d'application. Cependant, la recherche chez nous et à l'étranger reste limitée au stade de la recherche en laboratoire. Le mécanisme de frittage et le matériel de frittage sont les principaux obstacles à son développement. Le mécanisme de frittage SPS reste controversé, en particulier les processus intermédiaires et les phénomènes de frittage doivent encore être étudiés. De plus, l'équipement SPS utilise du graphite comme moule. En raison de sa grande fragilité et de sa faible résistance, il ne favorise pas le frittage à haute température ou à haute pression. Par conséquent, le taux d'utilisation des moisissures est faible. Pour une production réelle, il est nécessaire de développer de nouveaux matériaux de moulage présentant une résistance et une capacité de réutilisation plus élevées que les matériaux de moulage actuellement utilisés (graphite) afin d'augmenter la capacité portante du moule et de réduire son coût. Dans le processus, il est nécessaire d’établir la différence de température entre la température du moule et la température réelle de la pièce à usiner afin de mieux contrôler la qualité du produit. (4) Frittage par micro-ondesUne méthode de conversion de l’énergie par micro-ondes en énergie thermique destinée au frittage utiliser la perte diélectrique d'un diélectrique dans un champ électrique haute fréquence, et l'ensemble du matériau est chauffé uniformément à une certaine température pour obtenir une densification et un frittage. La chaleur est générée par le couplage du matériau lui-même avec le micro-ondes, plutôt que par la source de chaleur externe. L'équipe Monika a étudié le frittage par micro-ondes et la densification par frittage traditionnel des carbures cémentés WC-6Co. Les résultats expérimentaux montrent que le degré de densification du frittage par micro-ondes est plus rapide que celui du frittage traditionnel. Des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie ont étudié la fabrication de produits en carbure de tungstène dans l'industrie du frittage à micro-ondes. Ils ont des propriétés mécaniques supérieures à celles des produits classiques, une bonne uniformité de la microstructure et une faible porosité. Le procédé de frittage par micro-ondes de carbure cémenté WC-10Co par frittage par micro-ondes a été étudié dans le système à pics multiples. L’interaction du champ électrique micro-onde, du champ magnétique et du champ électromagnétique micro-onde sur le carbure cémenté WC-10Co a été analysée. L’absence de données sur les propriétés des matériaux et l’équipement sont deux obstacles majeurs au développement de la technologie de frittage hyperfréquence. Sans les données sur les propriétés des matériaux, il est impossible de connaître le mécanisme d'action des micro-ondes. En raison de la forte sélectivité des fours de frittage à micro-ondes pour les produits, les paramètres des fours à micro-ondes requis pour différents produits sont très différents. Il est difficile de fabriquer des équipements de frittage hyperfréquences avec un degré d'automatisation élevé, avec des fonctions de réglage de fréquence et de réglage automatique, ce qui constitue un goulot d'étranglement qui freine son développement.Voir nos outils d'extraction ici.
Source: Meeyou Carbide