그라데이션 초경합금의 특성 및 응용

1. 전통적인 균일 카바이드 초경합금의 모순 된 특성은 전형적인 취성 물질입니다. 전통적인 균일 한 카바이드 하나, 균일 한 구성 및 조직의 다양한 부분의 소재, 합금은 전체적으로 균질이며, 그 성능은 일관됩니다. 초경합금의 주성분은 다양한 경질 상 및 결합 상을 포함한다. 상 및 고용체와 같은 단단한 물질은 합금의 경도 및 내마모성에 중요한 역할을합니다. 결합은 합금의 강도와 인성에 중요한 영향을 미칩니다. 일반적으로 WC 입자 크기를 늘리거나 Co 함량을 늘리면 합금의 결합면 두께가 증가하고 합금 소성이 향상됩니다. 양호한 연성을 갖는 합금에서, 국부 응력은 변형으로 인해 가소성이 낮은 합금을 완화시킬 수있다. 균열 발생 및 전파는 응력 완화에 의해 유도되어 합금의 균열이 발생합니다. 따라서 전통적인 방법은 합금을 증가시키는 것입니다. 그 함량 및 입경의 증가는 경질 합금의 인성을 증가시키는 방향으로 작용한다. 그러나, 동시에 경도 및 내마모성이 감소됩니다. 반대로, 경도 및 내마모성은 굴곡 강도 및 충격 인성을 희생시키지 않고 증가 될 수 있습니다. 따라서, 초경합금 재료의 경도와 인성 사이에는 예리한 모순이 있으며, 동시에 고경도 및 인성을 갖는 종래의 균일 한 초경합금을 얻는 것은 쉽지 않다. 많은 서비스 조건에서 전통적인 균일 한 경질 합금의 적용에는 특정 제한이 있습니다. 예를 들어, 암반 드릴 볼과 코발트 헤드가 작동 할 때 충격 하중과 비틀림 하중을받을뿐만 아니라 암석에 심각하게 마모되어야합니다. 이렇게하면 코발트 톱니가 충분한 충격 인성을 가질뿐만 아니라 뿐만 아니라 높은 가지고 내마 모성은 작업을 완료 할 수 있습니다. 합성 다이아몬드 합성에 사용되는 경우 카바이드 톱 해머는 고온 및 고압을 받게되고 일부 부품에는 압축 응력이 가해지며 일부 부품에는 인장 응력 또는 전단 응력이 가해집니다. 다른 부분에는 요구 사항이 있습니다. 다양한 성능과 기능. 이러한 방식으로, 전통적인 균일 한 구조의 경질 합금의 경도와 인성 사이의 충돌은 현대 사회의 발전을위한 "이중 높은"높은 경도 및 높은 강인성 요건을 충족시키기가 어렵고, 그래서 새로운 유형의 경질 합금 재료는 도구의 다른 부분이 다른 기능 요구 사항을 갖는 것이 특히 중요합니다 .2. 초경합금의 새로운 진보 세계의 여러 나라의 재료 과학자들은 전통적인 균일 한 경질 합금에서 앞서 언급 한 모순을 다양한 효과적인 방법으로 해결하고 생산 및 사용 비용을 줄이며 포괄적 인 성능을 개선하려고 노력하고 있습니다. 현재, 초 미세 및 초경 합금이있다 (소위 초 미세 탄화물은 0.2 ~ 0.5㎛의 텅스텐 카바이드 입경을 갖는 합금이며, 나노 경질 합금은 텅스텐 카바이드와 합금이다 0.2㎛ 미만의 입자 크기), 판상 강화 탄화물, 코팅 된 탄화물 및 기능성 그라디언트 카바이드 및 기타 방향은 이러한 모순을 효과적으로 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 나노 크기의 경질 합금의 코발트 함량이 높으면 파단 성능이 뛰어날뿐만 아니라 높은 경도를 가지기 때문에 바인더 상 또는 경질의 경질 카바이드의 최적의 조합에 도달 할 수 있습니다 합금강의 각기 다른 특성을 부여하기 위해 하나의 방향이 증가하거나 감소하여 인성과 내마모성의 조합이 탄화물의 사용에서 완전히 달성 될 수 있습니다. 다음은 그라디언트 초경합금의 새로운 진보에 대한 간략한 소개입니다. 기능성 점탄성 초경합금 3. 그라데이션 카바이드 제안 된 구성 요소의 재료 구성 및 특성의 급격한 변화는 응력이 내부인지 외부인지에 관계없이 중요한 국부 응력 집중을 초래합니다. 한 물질에서 다른 물질로의 전이가 점진적으로 수행되면, 이러한 응력 집중이 크게 증가합니다. 이러한 고려 사항은 대부분의 기능적으로 등급이 매겨진 자료의 기본 논리적 요소를 형성합니다. 일본 과학자들은 처음에 기능적으로 등급이 매겨진 물질을 제안했다. 이것은 물질의 미세 구조 및 / 또는 조성의 점진적인 변화, 공간의 미세 구조 및 / 또는 조성의 점진적인 변화, 물리적, 화학적 및 기계적 특성의 도입을 특징으로한다. 성능은 공간에서 대응하는 그래디언트 변화를 나타내어 부품의 다른 위치에서 서로 다른 성능 요구 사항을 충족 시키므로 부품 전체가 최상의 결과를 얻습니다.이 설계 아이디어는 초경합금 분야에서 소개되었습니다 1980 년대 중반에서 후반에 그라디언트 초경합금이 제안되었고 신속한 개발이 신속하게 이루어졌습니다. 초경합금의 실제 사용에서 서로 다른 작업장은 종종 서로 다른 성능 요건을 갖습니다. 예를 들어, 초경합금 코발트 헤드는 높은 표면 내마모성과 전반적인 내 충격성을 필요로합니다. 새로운 유형의 초경합금 소재를 개발할 수 있다면이 소재의 구조적 특징은 표면층이 낮은 결합제 상 및 코어의 결합제 상 함량은 표면층과 코어 사이의 평균값이다. 높은 결합력과 연속적인 분포를 갖는 전이 층입니다. 이러한 종류의 구조에서는, 각 부분의 결합 상 분포가 다르기 때문에, 합금 표면의 접합 층의 함유량이 각 부분의 평균값보다 낮고, 경도가 높고 내마모성이 양호하고, 결합 층 전환 레이어의 콘텐츠 높은, 좋은 인성 및 충격 resistance.4를 만날 수있다. 그라디언트 초경합금의 특성 2 상 구조에서, 표면층의 코발트 함유량은 합금의 공칭 코발트 함유량보다 낮고, 중간층의 코발트 함유량은 합금의 공칭 코발트 함유량보다 높으며, 코발트 η 상을 함유하는 코어의 함량은 합금의 공칭 코발트 함량이다. 합금의 코발트 함량이 기울기 변화를 나타내므로 합금의 다른 부분의 경도는 해당 법칙을 반영합니다. 또한, 코발트 함량의 기울기 분포는 단면의 다른 부분에서의 소결 수축을 불균일하게하여 합금에 잔류 응력을 유발한다. 합금 표층의 코발트 함량이 낮고 WC + Co + η 함량이 높기 때문에 합금 표면은 매우 높은 경도와 매우 우수한 내마모성을 갖습니다. 합금의 중간 층에서, 코발트 함량은 합금의 공칭 함량보다 높으며, 따라서 층은 우수한 인성 및 소성을 가지므로 합금이 더 높은 하중을 견딜 수 있습니다. 합금 내부의 η 상 구조는 강성이 우수합니다. 실험 결과는 DP 합금의 내마모성과 인성이 기존의 균일 한 경질 합금보다 훨씬 낫다는 것을 보여줍니다. DP 합금의 채택은 분명히 암석 천공의 효율을 향상시키고 광업 비용을 감소시킬 수있다. 다양한 국가의 그래디언트 재료에 대한 현재 연구 상황에 따라, 주로 합금과 같은 경질 초경합금 결합 상 조성의 탄화물 (그라디언트 초경합금으로 사용되는 β- 층과 같은) 초경합금 및 초경합금 (예 : 입자 그래디언트 초경합금 톱니 해머)과 같은 경질상의 결정립 크기 구배 초경합금 .5. 경사 형성 메커니즘 침탄 후 합금에서 액체 바인더 상의 방향성 이동에 의해 야기되는 코발트 상 경사 조성의 형성 메카니즘의 관점은 아직 통일되지 않았다. 현재의 연구 보고서에 따르면, 액상의 방향 이동은 주로 세 가지 유형의 액상에 의한 질량 이동, 상이한 WC 입자 크기에 의해 야기되는 바인더상의 방향성 이동 및 서로 다른 탄소 함량에 의한 액상 이동을 포함합니다. 예를 들어, 동일한 WC 탄소 함량, 균일 한 입자 크기 및 상이한 결합제 코발트 함량을 갖는 2 개의 YG 합금이 중첩되어 특정 기간 동안 액상 온도에서 유지된다. 그 결과, 결합 된 코발트상은 높은 코발트 함량에서 낮은 코발트 함량으로 이동한다. 예를 들어, 다른 입자 크기 중 하나는 미세 입자이고, 다른 하나는 동일한 코발트가 첨가되어 두 종류의 혼합물을 형성하고 진공 소결 용으로 이중층 합금으로 압축 된 거친 입자입니다. 액체 결합상은 한면에서 다른면 사이에서 양호한 것처럼 보인다. 곡물 쪽이 이동합니다. 고 탄소 초경합금은 탈탄 대기에서 탈탄하는 동안, 액체 결합 상이 내부에서 표면으로 이동하는 반면 저탄소 합금은 침탄 처리 액체 결합 단계 후에 중심으로 이동합니다. 탄소 함량의 차이로 인한 이동은 합금의 다른 부분에서 액상의 양의 차이로 인해 발생합니다. 이러한 유형의 탈탄 또는 침탄 된 합금은 불균일 한 내부 탄소 함량을 가지며 탄소 함량은 탄소 함량이 높은 지역에서 상대적으로 높습니다. 탄소 함량이 낮은 지역에서는 액상이 탄소 함량이 높은 지역에서 탄소 함량이 낮은 지역으로 이동합니다. 총괄하여, 액상 이동의 주요 메커니즘은 다음과 같다 : 결합제 상이 조악한 탄화물 영역에서 미세한 탄화물 영역으로 이동하며, 이동을위한 추진력은 모세관 압력 차이, 즉 모세 혈관 힘. 결합상은 고액 상 영역에서 저액 상 영역으로 이동하여 이동한다. 구동력은 액상의 압력 차, 즉 액상 체적 차의 물질 상태가 변화 할 때 압력을 발생시키는 체적 팽창 또는 수축의 역할이다. 그라데이션 초경합금의 응용 그라디언트 초경합금은 기존의 균질 초경합금에 존재하는 경도와 인성 사이의 모순을 성공적으로 해결합니다. 이 신소재의 개발은 1950 년대 이후 초경합금 역사상 가장 중요한 것으로 간주됩니다. 기술 혁신 "그라디언트 초경 합금의 독특한 미세 구조 및 특성으로 인해 경사 형 기능성 재료 및 경질 합금 분야에서 중요한 연구 내용이되었으며 현재는 코팅재, 초경 절삭 공구, 광업 및 암반 드릴링 공구, 연신 금형 및 펀칭 공구 및 적용 분야가 지속적으로 확대되고 있습니다. (1) 코팅 기재로 사용 다양한 소재의 열팽창 계수가 다르므로 냉각시 열 스트레스로 인해 코팅 재료가 파손될 수 있습니다. 그라디언트 소결 된 코팅 매트릭스는 표면 영역에서 입방 형 탄화물 및 탄질화물이없는 연성 영역을 형성하여, 코팅에 형성된 균열이 합금의 내부로 확장되는 것을 효과적으로 방지 할 수있다. 계면 접합 강도를 향상시키고 계면 응력 집중을 감소시킴으로써 수화물의 성능을 향상시킨다. (2) 초경 공구로 사용 기존의 초경합금을 변경합니다. 일정 비율 모델은 표면 함량이 높고 코어 함량이 높고 경도가 높고 내마모성이 우수한 경사 구조의 경질 합금을 만드는 데 사용되며 코어는 강도가 높고 충격 인성이 우수하므로 강도 및 인성 합금. (3) 광업 및 암석 굴착 도구 광업 및 암석 굴착 도구 볼 이빨을 사용하려면 작업 중에 더 큰 마모와 충격이 필요합니다. 높은 표면 마모 저항력과 높은 강도를 가진다. 기존의 균일 한 합금은이 요구 사항을 충족시키기가 어렵습니다. 내마모성과 인성이 기존의 균일 한 초경보다 훨씬 우수합니다. (4) 펀칭 공구로 사용됩니다. 판금은 대개 펀치 또는 펀칭으로 준비됩니다. 이 방법을 사용하면 재료가 서로 마주 보는 작업 가장자리 사이에서 끊어집니다. 펀칭 중에, 펀치는 다이를 통해 금속 플레이트에 수직 한 방향으로 이동하고 금속 플레이트를 펀치한다. 펀치의 파손 모드는 일반적으로 작업 에지의 마모로 인한 것이며 결국 펀치의 절삭 날이 원추형이되어 펀칭 중 마찰력을 증가시켜 결국 펀칭 품질을 저하시킵니다. 그래디언트 카바이드 절삭 공구의 수명을 가능한 한 늘리려면 핵이없는 주변 영역과 η의 노출 된 작업 표면으로 둘러싸인 중심 η- 위상 영역을 갖는 단계적 초경합금을 사용해야합니다 -단계. 초경합금을 펀치로 사용하여 WC의 입도는 2 ~ 3μm, 표준 초경의 펀칭 횟수는 15 회이며, 그라디언트 구조의 초경합금의 펀칭 및 전단 횟수는 최대 64,000 회이며, 강철 펀치 펀치 횟수는 약 7231 번입니다. 구배 형 초경은 천공 공구로서 도구의 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있습니다. 그래디언트 초경 합금의 연구는 재료 설계, 재료 준비 및 특성 평가의 세 부분으로 구성됩니다. 이 세 부분은 서로를 보완하며 필수적입니다. 재료 준비는 그래디언트 초경합금 연구의 핵심입니다. 머티리얼 디자인은 구조의 최상의 구성 및 그래디언트 분포를 제공합니다. 설계되고 준비된 자료가 미리 결정된 기능을 충족시키는 지 판단하려면 성능 평가를 수행해야합니다. 그라데이션 초경합금 설계 그라디언트 초경합금 설계는 일반적으로 다음과 같은 몇 가지 링크를 통과해야합니다. 먼저 구성 요소의 구조적 모양과 실제 사용 조건에 따라 기존 소재 합성 및 성능 데이터베이스에서 열역학적 경계 조건을 그려 가능한 합성을 선택합니다 금속 - 세라믹 재료 조합 시스템 및 준비 방법 바인더 상 및 경질상의 조합 비율 및 분포 규칙을 가정하고 열역학적 이론 및 계산을 사용하여 재료 구조의 동등한 물리적 매개 변수를 유도하기 위해 재료 미세 구조 혼합 법칙을 사용합니다 수학 방법. 재료 구조의 기울기 성분의 분포 함수는 온도 분포에 의해 시뮬레이션되고 열 응력에 의해 시뮬레이션되며 최적의 조성 분포와 재료 시스템이 설계됩니다. 그라디언트 초경합금 설계의 핵심 작업은 다음 세 부분으로 구성됩니다. (1) 설계된 그래디언트 기능성 소재가 성능 요구 사항을 충족 시키도록 적절한 그래디언트 부품 분포 모델 설정 (2) 그래디언트 재료의 물리적 특성 예측 (3) 기능적으로 등급이 매겨진 재료의 온도 장 및 열 응력 여기에 텅스텐 카바이드 광산 채굴 버튼 비트
출처 : Meeyou Carbide