I. GénéralitésLe carbure cémenté est également appelé la «dent» de l'industrie. Depuis sa création, en tant que matériau d’outil et matériau de structure efficace, son domaine d’application n’a cessé d’être élargi, ce qui a joué un rôle important dans la promotion du développement industriel et du progrès scientifique et technologique. Au cours des 20 dernières années, les carbures cémentés à base de tungstène-cobalt ont été largement utilisés dans la coupe du métal, les outils de formage du métal, le forage minier et les pièces d'usure en raison de leur dureté élevée, de leur ténacité et de leur excellente résistance à l'usure par rapport aux autres alliages durs. . Le carbure cémenté présente une série d'excellentes caractéristiques de performance: dureté et résistance à l'usure élevées, particulièrement précieux, bonne dureté au rouge, supérieur à la dureté à la température normale de l'acier rapide à 600 ° C et supérieur à l'acier au carbone à 1 000 ° C. Dureté normale de la température; a un bon module d'élasticité, généralement (4 ~ 7) × 104 kg / mm2, une bonne rigidité à température normale; haute résistance à la compression, jusqu'à 600 kg / mm2; bonne stabilité chimique, certaines qualités de carbure cémenté résistent à la corrosion acide et alcaline et ne subissent pas d'oxydation importante même à haute température; faible coefficient de dilatation thermique. La conductivité thermique et la conductivité sont proches de celles du fer et des alliages de fer. En fonction de la taille moyenne des grains de WC dans le carbure cémenté, le carbure cémenté peut être divisé en: carbure cémenté nanocristallin, carbure cémenté à grain ultra-fin, carbure cémenté à grain submicronique, carbure cémenté à grain moyen, carbure cémenté à grain moyen, carbure cémenté à grain grossier, super coarse carbure cémenté grainé.Les carbures sub-microniques et ultra-fins ont une dureté et une résistance à l'usure élevées et sont largement utilisés dans les outils de coupe, la lame de scie, les fraises, les matrices, les composants de tiges de soupapes, les buses pour le sablage au jet, etc. Le carbure grainé présente une meilleure ténacité et une meilleure résistance à la fatigue thermique. Son utilisation dans les outils d’extraction et de terrassement s’est développée rapidement. Les alliages à gradient et les composites diamant-carbure peuvent être utilisés pour mettre en évidence certaines propriétés spécifiques selon différentes exigences de l'application. L'application d'outils et d'outils d'extraction s'est développée rapidement. Les propriétés des carbures cémentés à base de tungstène et de cobalt dépendent principalement de la teneur en Co et de la granulométrie du WC. Le carbure cémenté au cobalt-cobalt typique a une teneur en cobalt de 3 à 30% en poids, et la granulométrie du WC varie du sous-micron à plusieurs. Micron. Le développement de la technologie de synthèse de particules à l'échelle nanométrique, en particulier les particules nanométriques WC et Co, a considérablement amélioré les propriétés mécaniques du carbure cémenté Nano-WC-Co. Lorsque le grain de WC est plus petit que la taille inférieure au micron, la résistance, la dureté, la ténacité et les propriétés d'usure de l'alliage sont grandement améliorées, et l'alliage ayant une densité élevée peut être obtenu en abaissant la température de frittage. Par conséquent, dans le domaine du carbure cémenté, la conversion des types traditionnels en ultra-fine et à l'échelle nanométrique est devenue sa tendance de développement. Cependant, la croissance du grain de WC a toujours été un goulot d'étranglement dans le développement et la production de WC-Co ultra-fin alliages. L'ajout de certains additifs au carbure cémenté est l'un des moyens efficaces d'améliorer les propriétés de l'alliage. Deux types principaux d'additifs sont ajoutés au carbure cémenté: l'un est un carbure de métal réfractaire et l'autre est un additif de métal. Le rôle de l'additif est de réduire la sensibilité de l'alliage aux fluctuations de la température de frittage et aux variations de la teneur en carbone, d'empêcher la croissance irrégulière des grains de carbure, de modifier la composition en phases de l'alliage, améliorant ainsi la structure et les propriétés du carbone. Les additifs de carbure les plus couramment utilisés comprennent le carbure de chrome (Cr3C2), le carbure de vanadium (VC), le carbure de molybdène (Mo2C ou Mo C), le carbure de cobalt, le carbure de tantale, etc. Le choix de l'inhibiteur dépend de l'effet inhibiteur total et les effets inhibiteurs sont les suivants: VC> Cr3C2> Nb C> Ta C> Ti C> Zr / Hf C. Les additifs métalliques couramment utilisés sont le chrome, le molybdène, le tungstène, le rhénium, ruthénium, cuivre, aluminium et terres rares. L'ajout d'éléments de terres rares dans le carbure cémenté inhibe non seulement la croissance des grains de WC lors du frittage, mais améliore également les propriétés mécaniques et la résistance à l'usure de l'alliage, améliorant ainsi encore la durée de vie des produits. Dans le domaine des carbures cémentés, la recherche sur les additifs pour terres rares a été un sujet brûlant, mais l'idée générale est d'ajouter des additifs pour terres rares non nanométriques pour modifier les alliages durs, mais l'ajout d'additifs pour terres rares a rarement été L’utilisation de l’additif nano-terres rares est inférieure à celle de l’additif ordinaire pour terres rares, et l’espace avec le grain WC (grand cercle) est faible et la disposition est plus dense. La taille de l'additif de terre rare ordinaire est presque identique à celle de WC, il est donc facile de former une source de crack. Par conséquent, cette expérience utilise de la nano terre rare en tant qu’additif pour ne pas améliorer le coût ni améliorer les performances. La Chine est riche en ressources en terres rares. Si nous utilisons ce type de réflexion pour développer de nouvelles technologies, exploiter pleinement les ressources chinoises en minerai de tungstène et en terres rares, rechercher et développer des matériaux modifiés par alliages durs, améliorer le niveau de production et le développement de l'industrie du carbure cémenté en Chine. Les produits en carbure de grande transformation à haute valeur ajoutée et à haute valeur ajoutée, l'amélioration de la compétitivité, l'inversion de la situation défavorable du marché international et la réalisation d'un cercle vertueux des matières premières revêtent une grande importance.2. Alliage dur de terres rares L'élément de terres rares est constitué de 15 lanthanides du troisième sous-groupe du tableau périodique de Mendeleïev avec des numéros atomiques allant de 57 à 71, ainsi qu'un total de 17 éléments similaires à ceux des structures électroniques et des propriétés chimiques. Les terres rares sont connues comme le «trésor» de nouveaux matériaux et constituent un ensemble d’éléments qui préoccupent le plus les scientifiques nationaux et étrangers, en particulier les experts des matériaux. En raison de leurs propriétés particulières, les terres rares ont été largement utilisées dans les matériaux métallurgiques, l’optique, le magnétisme, l’électronique, les machines, les produits chimiques, l’énergie atomique, l’agriculture et l’industrie légère. Bien que les terres rares soient utilisées comme additifs et modificateurs, leur valeur de sortie directe et leur profit ne sont pas élevés, mais les avantages économiques secondaires peuvent être augmentés des dizaines, voire des centaines de fois. Les ressources en terres rares de la Chine sont abondantes et ses réserves se classent au premier rang mondial et sa capacité de production complète à le deuxième rang mondial. Chez nous et à l'étranger, l'application des terres rares et de leurs composés est presque partout dans l'économie nationale. Les terres rares présentent une amélioration évidente des performances du carbure cémenté. Un grand nombre d'études ont montré que l'ajout de terres rares peut améliorer dans une large mesure la résistance et la ténacité du carbure cémenté, de sorte que le carbure cémenté ajouté de terres rares peut être largement utilisé dans les matériaux d'outils et les outils d'extraction. , moules, marteaux, etc., ont d'excellentes perspectives de développement. Les terres rares couramment utilisées comme additifs sont Ce, Y, Pr, La, Sc, Dy, Gd, Nd, Sm et similaires. La forme d'addition est généralement un oxyde, un métal pur, un nitrure, un hydrure, un carbure, un alliage intermédiaire de terres rares et de cobalt, un carbonate, un nitrate et similaires. Le type et la morphologie de la terre rare ajoutée affectent les propriétés physiques et mécaniques du carbure cémenté.3. Mécanisme de renforcement et de ténacité des terres rares L'addition d'éléments traces de terres rares dans le carbure cémenté inhibe non seulement la croissance des grains de l'alliage pendant le processus de frittage, mais améliore également les propriétés mécaniques de l'alliage, améliorant ainsi la durée de vie des le produit. Le mécanisme de renforcement des terres rares sur du carbure cémenté est le suivant: (1) Zhang Fenglin et al. croire que lorsque la phase γ est refroidie de la température la plus élevée à la température ambiante, fcc → hcp est une transition de phase de type diffusion (assistée par un mécanisme de Ms). Parmi eux, les phases γfcc et γhcp représentent environ 10%. Puisque l'ajout de terres rares peut inhiber la transformation martensitique, la teneur en γhcp dans la phase de liant peut être réduite. Le mécanisme de son inhibition de la transformation de la martensite peut être dû à deux raisons: l'une est la dislocation par piégeage d'oxyde de terres rares, qui empêche le mouvement de la dislocation; d'autre part, l'oxyde de terre rare est épinglé à l'emplacement du défaut, ce qui rend le noyau de nucléation ε potentiel. L'embryon est réduit. De ce fait, la phase ε fragile est réduite et la phase α de ténacité est augmentée. Wang Ruikun et d’autres pensent que l’ajout de traces de terres rares dans des carbures cémentés peut empêcher l’expansion des défauts d’empilement dans la phase du liant Co, empêchant ainsi la conversion de α-Co → hcp ε-Co (nucléation en couches), ce qui rend fcc α-Co dans l'alliage. La fraction de volume augmente. α-Co a 12 systèmes de glissement, tandis que ε-Co n'a que 3 systèmes de glissement. Le carbure cémenté de terres rares est principalement composé de fcc α-Co, ce qui améliorera sa capacité à coordonner les contraintes et à relâcher les contraintes, améliorant de ce fait sa ténacité. (2) Effet sur la solubilité des solides W. La ségrégation des terres rares à la phase WC / Co L’interface affecte la désolvatation d’éléments tels que W et Ti de Co. Il est possible d’augmenter la teneur en W et Ti dans la phase de liant, fonctionnant ainsi comme un renforcement en solution solide. Mais le mécanisme n'est pas pleinement reconnu. (3) Affiner l'organisation. La terre rare dans le carbure cémenté est répartie à l'interface de WC / Co et WC / WC. L'adsorption d'éléments de terres rares à l'interface réduira définitivement l'énergie interfaciale de l'interface phase solide-liquide. Ceci peut supprimer le processus de grossissement des grains de WC pendant le frittage. (4) Renforcement et durcissement des limites de grains et des limites de phase.Dans la fracture du carbure cémenté, elle se situe principalement le long de la fracture de la phase de liaison de Co et présente quelques fissures le long du WC grain. Par conséquent, son comportement à la rupture a une relation importante avec le comportement de l'interface WC / Co. La présence de terres rares dans les carbures cémentés est principalement due à des oxydes ou à des composés intermétalliques. La distribution se fait principalement à l’interface de WC / Co et de WC / WC. Une petite quantité d'oxydes de terres rares peut également être trouvée dans la phase de liant. Sa forme est principalement sphérique ou polyédrique. En raison du rôle des terres rares dans la purification des joints de grains et des frontières de phases et de l'amélioration de la résistance de l'interface de phase, la ténacité de fracture des carbures cémentés pour terres rares sera considérablement améliorée.Durant les différentes manières, formes et types de Terre et les méthodes de recherche, les conclusions de la recherche sont différentes et le mécanisme proposé sera différent et même contradictoire. Les recherches sur les carbures cémentés trempés dans les terres rares doivent encore être approfondies.
Source: Meeyou Carbide

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