텅스텐 카바이드 채광 도구의 특징 및 준비

초경합금은 고경도 내화물 금속 탄화물과 초경합금으로 구성된 복합 재료입니다. 높은 경도, 내마모성 및 안정된 화학적 특성으로 인해 현대식 공구 재료 및 내마모성 소재에 사용됩니다. 고온 및 내 부식성 재료는 중요한 위치를 차지합니다. 현재 텅스텐 카바이드 기반의 경질 합금은 세계에서 생산되는 탄화물 중에서 가장 널리 사용되고 있으며 가장 큰 생산량과 가장 광범위한 용도로 사용되고 있습니다. 그 중 광산에서 사용되는 WC 경질 합금은 광산 개발, 석유 시추 및 지질 탐사 산업의 "치아"로 간주되어 많은 관심을 받았습니다. 광산 채굴 용 공구는 금속베이스 바디와 다른 기하학적 그 안에 매입 된 형상 및 상이한 작업 조건에 따라 상이한 등급의 WC 경질 합금 드릴 이빨을 포함한다. pick-axle 픽업을 예로 들자면, 작업 환경이 가혹하고 압착, 굽힘 및 높은 응력 하에서 마모되는 마모 이외에 무기한 충격력이 있기 때문에 석탄 채굴 중에 탄화물이 종종 발생합니다. 헤드가 부서져 떨어지면 픽업 매트릭스의 조기 마모와 파손으로 이어져 픽업 모양의 수명이 설계 수명보다 훨씬 짧아집니다. 따라서 광업을위한 우수한 경질 합금은 고강도, 내마모성에 요구되는 높은 경도와 내 충격성에 필요한 높은 인성을 가져야합니다 .Tungsten Carbide Mining Tool Features1.1 WC 합금의 내마모성 전 단기의 전단력은 다음과 직접 접촉합니다 작업 과정에서 석탄 솔기. 시어러의 마모 마모 특성은 석탄 솔기 구조 및 경도와 밀접하게 관련되어 있습니다. 석탄의 경도는 일반적으로 100 ~ 420 HV로 낮지 만 석탄은 종종 다른 경도를 포함합니다. 석영 및 황철광 (900 ~ 1100 HV)과 같은 불순물은 높은 경도를 가지며 픽업의 마모 마모 특성에 큰 영향을 미칩니다. 대부분의 작동 예에서 마모 저항은 재료 경도의 기본 기능입니다. 경도가 높을수록 내마모성이 높아집니다. 순수 WC는 매우 단단하고 다이아몬드와 유사합니다. 초경합금에서 WC 입자는 강한 골격을 형성하므로 WC 초경합금은 매우 높은 경도를 나타냅니다. 또한 WC는 육방 정계에 속하며 경도에 이방성이 있습니다. 바닥면 {0001} 및 엣지면 {1010}의 비커스 경도는 각각 2 100 HV 및 1 080 HV이다. 조대 석탄의 경우, {0001} 면상의 WC 입자의 비율이 높기 때문에, 조대 입자 WC를 포함하는 탄화물은보다 높은 경도를 나타낸다. 동시에, 1,000 ℃의 고온에서, 거친 WC 경질 합금은 보통의 경질 합금보다 높은 경도를 가지며 적색 경도가 좋습니다. 석탄 절단 공정에서 WC 입자는 시멘트 표면에 노출됩니다 빌드 업 에지에 의해 보호되는 공구 노우즈에서 초경합금의 시멘트 상 (cemented phase)을 마모시킨 후 카바이드 (carbide)가 압착되거나 연마 스크래핑 (scraping)에 의해 제거된다. 결합 된 상 -지지 된 WC 입자는 쉽게 파쇄되고, 파괴되고 방출된다. 거친 WC 입자로 인하여 초경합금은 WC에 대해 강한 유지력을 가지고 WC 그레인은 인출하기 어렵고 내마모성이 우수합니다 .1.2 WC 합금의 인성 커터 비트가 석탄 암석을 절단 할 때 커터 헤드는 충격 하중의 작용하에 고 응력 응력, 인장 응력 및 전단 응력을받습니다. 응력이 합금의 강도 한계를 초과하면 합금 커터 헤드가 파편화됩니다. 발생하는 응력이 초경합금의 강도 한계에 도달하지 않아도, 충격 하중의 반복 작용에 의해 초경합금의 피로 균열이 발생하고, 피로 균열의 팽창으로 인해 공구 헤드가 떨어지거나 치핑. 동시에, 석탄 솔기를자를 때, shearer pick은 절단 표면에서 600-800 ° C의 고온을 생산하며, 절단 절단 석탄 솔기는주기적인 회전 운동입니다. 온도 상승은 번갈아 가며 커터 헤드가 석탄과 접촉하면 온도가 상승합니다. , 석탄 바위를 떠날 때 식히십시오. 표면 온도의 일정한 변화로 인해 전위 밀도가 증가하고 집중되어 서 펜타 인 패턴의 표면이 나타난다. 균열 깊이와 전파 속도는 탄화물 입자 크기의 증가와 형태, 방향 및 깊이에 따라 감소한다 의 균열은 WC 결정립 크기에 따라 다양하다. 미세 합금의 균열은 대부분 직선이고 작고 길다. 조악한 합금 균열은 불규칙하고 짧다. 균열은 주로 약한 입자 경계에서 연장됩니다. 거친 입자의 초경합금에서 미세 균열이 거친 WC 입자를 우회하면 지그재그 형태이며 파괴 영역과 일치하는 에너지를 가져야한다. 통과 할 경우 WC 입자가 팽창 할 때 상당한 파단 에너지가 있어야합니다. 결과적으로, 거친 WC 입자는 균열의 편향과 분기를 증가시켜 미세 균열의 추가 전파를 방지하고 초경합금의 인성을 증가시킬 수 있습니다. 시멘트질의 동일한 함량으로, 조악한 합금은 결합 단계의 소성 변형에 유리하고, 균열의 연장을 억제하며, 양호한 인성을 나타낸다. WC의 강도 및 구조에 대한 연구 또한 초경합금은 초경합금의 강도와 WC의 결정립 사이에 일정한 규칙이 있음을 보여줍니다. 코발트 함량이 일정한 경우 초경합금에서 WC의 입자 크기가 거칠어 질수록 종래의 저 코발트 합금의 강도는 항상 증가하고 높은 코발트 함량을 갖는 합금의 강도는 WC 입자 조 대화와 함께 최고점에 이른다 .2 연구 진행 광업 WC 합금의 제조 공정 현재, 텅스텐 카바이드 분말은 일반적으로 텅스텐 산화물을 환원시켜 굵은 텅스텐 분말을 얻는 공정, 고온 탄화하여 얻어지는 텅스텐 분말을 조 대한 WC 분말, WC 분말 및 Co 분말을 혼합, 습식 분쇄 및 소결. 그 중에서도 거친 WC 분말 준비, 소결 공정 및 장비의 선택은 광산 WC 합금의 성능에 직접적으로 영향을 미친다 .2.1 WC 분말의 준비 (1) 거친 텅스텐 분말의 제조 루오 빈 후이의 시험 결과는 텅스텐 산화물 원료 물질은 텅스텐 분말의 입자 크기에 직접 영향을 미칩니다. 초 미세 텅스텐 분말을 생산하려면 산소 함량이 낮은 텅스텐 산화물을 원료 (보통 자주색 텅스텐)로 선택해야하며, 거친 텅스텐 분말을 산소 생산을 위해 선택해야합니다. 산화 텅스텐 (황 텅스텐 또는 청 텅스텐)의 함량이 높으면 원료로 사용됩니다. 장 리 외 (Zhang Li et al. 황색 텅스텐과 비교하여, 굵은 텅스텐 분말을 얻기위한 청색 텅스텐의 사용은 입자 크기 및 분포에 이점이 없다는 것을 보여 주었다. 그러나 표면 미세 기공은 황색 텅스텐으로 만든 텅스텐 분말이 적고 초경합금의 전반적인 성능이 우수합니다. 산화 텅스텐에 대한 알칼리 금속의 첨가는 텅스텐 분말의 긴 조 대화에 기여하지만, 텅스텐 분말 내의 잔류 알칼리 금속은 WC 결정 입자의 성장을 억제하는 것으로 알려져있다. Sun Baoqi et al. 거친 텅스텐 분말을 제조하기 위해 수소 환원에 리튬 활성화 텅스텐 산화물을 사용했다. 실험 결과를 토대로 그는 활성화 및 입자 성장 메커니즘을 탐구했다. 그는 휘발성 리튬 염을 첨가함으로써 산화 텅스텐의 환원 동안 휘발성 증착 속도가 가속되어 텅스텐이 저온에서 성장한다는 것을 믿었다. Huang Xin은 중간 온도 감소를 위해 WO 3에 Na 염을 첨가했다. 텅스텐 분말의 입자 크기는 첨가 된 Na의 양에 비례합니다. Na 첨가량이 증가함에 따라 큰 결정립의 수가 50에서 100 μm로 증가했다. (2) 텅스텐 분말의 분류 가오 후이는 텅스텐 분말의 분류가 분말의 성질을 효과적으로 변화시켜 두께의 불균일 한 문제를 해결할 수 있다고 믿는다. 가루. 거칠고 균일 한 WC 분말을 만들기 위해 최소, 최대 및 평균 입경의 차이를 줄이십시오. 텅스텐의 특성으로 인해 쉽게 부서지기 어렵고, 분급 전에 적당한 분쇄가 수행되어 분체 내의 응집 된 입자를 분리시킨다. (3) 거친 WC 분말의 조제 거친 텅스텐 분말의 고온 탄화에 의한 거친 WC 분말의 제조는 고전적이고 고전적인 방법이다. 조악한 텅스텐 분말을 카본 블랙과 섞은 다음 카본 튜브 퍼니스로 혼합합니다. 거친 텅스텐 분말의 탄화 온도는 일반적으로 약 1600 ° C이며, 탄화 시간은 1 ~ 2 시간입니다. 고온에서 장시간의 탄화로 인해 WC의 격자 결함을 최소화하고 미세 변형을 최소화하여 WC의 소성을 개선합니다. 최근에는 텅스텐 분말 탄화 공정이 지속적으로 개발되어 왔습니다. 일부 초경 카바이드 생산 공장은 진공 탄화 및 수소화를 위해 고급 중간 주파수 유도로를 채택하기 시작했습니다. WC 분말 입자의 소결 및 성장 현상으로 인해 WC 입자는 고온에서 두껍고 두꺼워집니다. 또한, 원래 텅스텐 분말이 미세할수록 고온 및 WC 입자 성장 현상이 더욱 분명합니다. 그것은 거친 텅스텐 카바이드를 얻기 위해 고온 탄화를 위해 미립자 텅스텐 분말 및 미세 입자 텅스텐 분말의 사용이이 원리에 기반을두고 있습니다. 문헌에 텅스텐 분말 (Fisher sub-sieve sixer, Fsss 5.61 ~ 9.45 μm)의 사용이보고되었다. 탄화 온도는 1,800 내지 1,900 ℃이고, Fss 7.5 내지 11.80 ㎛의 WC 분말이 얻어졌다. 미세한 텅스텐 분말을 사용했습니다. (Fsss <2.5㎛), 탄화 온도 2,000 ℃, Fss가 7 내지 8㎛ 인 WC 분말을 제조 하였다. 텅스텐과 WC의 밀도 차이가 크기 때문에 텅스텐 입자가 WC로 변환되는 동안 WC 입자로 변환됩니다. 결과물 인 WC 입자에는 큰 변형 에너지가 포함되어 있으며 결과적으로 일부 WC 입자가 파열되고 WC 입자 폭파 후에 더 작아진다. Huang Xin et al. 2 단계 탄화 방법을 채택했다. 처음으로 탄화가 불완전하기 때문에, 입자 코어 부분은 순수 텅스텐으로 남아 있었고 입자의 표면층은 완전히 탄화되었습니다. 순수한 텅스텐은 변형 에너지의 일부를 소모하도록 재결정 화되어 입자 균열을 감소시킬 수 있습니다. 확률. 종래의 1 단계 WC 분말과 비교하여, 2 단계 방법에 의해 제조 된 거친 입자 WC 분말은 단 일상 조성 및 W2C, WC (1-x) 및 기타 여러 단계를 거의 갖지 않는다. Zhang Li et al. Co Doping이 거칠고 거친 WC 분말의 입자 크기와 미세 형태에 미치는 영향을 연구했다. 결과는 Co 도핑은 WC 분말의 결정립 크기 및 유리 탄소의 증가에 유리하며 단결정에 유리하다는 것을 보여준다. WC 분말. Co의 도핑 함량이 0.035 % 일 때, WC 입자의 결정 완전성이 현저히 향상되어 뚜렷한 성장 단계와 성장면을 나타냅니다. (4) 거친 결정 알루미늄 열처리 텅스텐 카바이드는 직접적으로 사용될 수 있다는 특징이 있습니다 텅스텐 카바이드를 생성하고, 생성 된 텅스텐 카바이드 분말은 특히 두껍고 탄화된다. 텅스텐 광석과 산화철의 혼합물은 알루미늄으로 환원되며 칼슘은 탄화 칼슘으로 사용됩니다. 전하가 점화되는 한, 반응은 자발적으로 진행되어 자체 가열 온도가 최대 2500 ° C 인 발열 반응을 일으 킵니다. 반응이 끝난 후, 반응 킬른과 물질은 식도록 방치된다. 가마의 하부는 WC 기반 블록 층을 생성하고 나머지는 금속 철, 망간, 과량 금속 알루미늄 및 소량의 슬래그가 될 것이다. 상부 슬래그 층을 분리하고 하부 잉곳을 분쇄하고 물로 세척하여 과량의 탄산 칼슘을 제거한 후 산 처리하여 철, 망간 및 알루미늄을 제거하고 최종적으로 WC 결정을 중력 드레싱으로 분류 하였다. 이 공정으로 생성 된 WC는 다양한 초경합금과 함께 사용하기 위해 미크론 수준으로 연마됩니다 .2.2 WC 초경의 소결 (1) 진공 소결 진공 소결에서, 접합 금속의 경질 층에 대한 젖음성은 현저히 향상되고, 제품은 쉽게 침탄되고 탈탄되지 않습니다. 따라서 세계적으로 유명한 초경합금 제조업체 중 많은 업체가 진공 소결을 사용하고 있으며 중국의 산업 생산에서 진공 소결이 점차적으로 수소 소결을 대체하고 있습니다. Mo Shengqiu는 진공 소결에 의해 낮은 코발트 함량의 WC-Co 초경 합금의 제조를 연구했으며, 사전 연소 단계의 공정 시스템은 낮은 코발트 함유량의 WC-Co 초경 합금의 진공 소결의 핵심이라고 지적했다. 이 단계에서 합금 내의 불순물과 산소가 제거되고 체적 수축이 상대적으로 강하며 밀도가 빠르게 증가합니다. 0.11 ~ 0.21 MPa 합금의 예비 연소 진공은 최종 성능이 더 우수합니다. 코발트 함유량이 4 % ~ 6 % 인 거친 WC-Co 초경합금의 경우, 고강도의 경우 예비 소결 온도는 1 320 ~ 1 370 ° C이어야합니다. (2) 저압 열간 등압 프레스 진공 소결 초경합금 소량의 기공과 결함이 있습니다. 이러한 기공 및 결함은 재료의 성능에 영향을 줄뿐만 아니라 사용 중 골절의 원인이되는 경향이 있습니다. 열간 등압 성형 기술은이 문제를 해결하는 효과적인 방법입니다. 1990 년대 초반 저압 열간 등압 성형 소결로가 Jianghan Bit Factory, Zhuzhou Cemented Carbide Factory 및 Zigong Cemented Carbide Factory와 같은 중국의 일부 대기업에 도입되었습니다. 베이징 강철 연구소가 독자적으로 개발 한 저압 소결로가 가동되었습니다. 용도. 저압 열간 등압 프레스의 적용은 초경합금의 다공성을 감소시키고 구조는 치밀하며 합금의 충격 인성을 향상시키고 초경합금의 수명을 향상시킵니다. Jia Zuocheng 및 기타 실험 결과는 저온 고온 아이소 스테 틱 프레싱 공정은 합금 및 WC 입자 성장에서 보이드 (void) 제거에 유리하며, 거친 WC-15Co 및 WC-22Co 합금의 휨강도를 증가시킵니다. 시 홍 (Xie Hong) 등 WC-6Co 초경합금의 특성에 대한 진공 소결 및 저압 소결의 효과를 연구했습니다. 결과는 진공 소결 재료 비커스 경도 1 690kg / mm 2, 항복 강도가 1,830MPa, 저압 소결 재료 비커스 경도가 1 720kg / mm 2, 항절 강도가 2140 MPa. Wang-Yimin은 또한 진공 소결 및 저압 소결을 통해 WC-8Co 합금을 생산했습니다. 결과는 진공 소결 재료가 89.5 HRA의 경도 및 2270 MPa의 항절 강도를 가짐을 보여 주며; 저압 소결 재료는 89.9 HRA의 증가 된 경도 및 횡 방향 파괴를 갖는다. 강도는 2 520 MPa입니다. 소결로의 온도 균일 성은 고성능 탄화물 제품의 품질에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 많은 연구에서 소결로의 온도 장을 시뮬레이션하고 최적화했습니다. 문헌은 실험 결과와 일치하는 조각 별 시뮬레이션 방법을 제안합니다. 흑연 튜브 내의 온도 분포는 균일하지 못하며, 이는 주로 흑연 보트 및 소결 된 제품의 불합리한 배치 및 흑연 튜브의 구조에 기인한다. 이 시험에서는 소결 제품의 표면 온도 편차를 진공 단계에서 약 10K 감소시키고 가스 가열 단계에서 ± 7K 이내에서 감소시켜 소결 품질을 향상시키는 최적화 방법이 제안되었다 .3) 스파크 플라즈마 소결 (Spark Plasma Sintering, SPS ) 순간 및 간헐 방전 에너지를 사용하여 가압 조건에서 소성하는 방법. SPS 소결의 메카니즘은 여전히 논쟁의 여지가있다. 국내외의 학자들은이 주제에 대한 광범위한 연구를 수행했습니다. 일반적으로 전극에 직류 펄스를인가하면 방전 플라즈마가 순간적으로 발생하여 소결체 내의 각 입자에 의해 균일하게 발생한 열이 입자 표면을 활성화시켜 자기 가열에 의한 소결이 행해지는 것이 일반적으로 생각된다 파우더 내부의 효과. Liu Xuemei 등은 고온 프레스 및 스파크 플라즈마 소결에 의해 얻어진 경질 합금 재료의 상 조성, 미세 구조 및 특성을 비교하기 위해 XRD, EBSD 및 기타 시험 방법을 사용했다. 결과는 SPS 소결 재료가 높은 파괴 인성을 갖는다는 것을 보여준다. Xia Yanghua 등 초기 압력 30 MPa, 소결 온도 1 350 ° C, 8 분 유지, 200 ° C / min의 온도에서 초경 경도 91 HRA, 횡력 파괴 강도 1 269 MPa의 SPS 기술을 사용합니다. 이 문헌은 WC-Co 초경합금을 소결하는 데 SPS 기술을 사용합니다. 상대 밀도가 99 %, HRA≥93, 소결 온도 1270 ℃ 및 소결 압력 90MPa 하에서 양호한 상 형성 및 균일 한 미세 구조를 갖는 WC-를 생성 할 수있다. Co 탄화물. Zhao et al. University of California, USA)는 SPS 방법으로 바인더가없는 초경합금을 준비했다. 소성 압력은 126 MPa이고, 소결 온도는 1750 ℃이고, 유지 시간은 얻어지지 않았다. 완전히 치밀한 합금이 얻어졌지만 소량의 W2C 상이 함유되어 있었다. 불순물을 제거하기 위해, 과량의 탄소가 첨가되었다. 소결 온도는 1 550 ℃이고 유지 온도는 5㎛이었다. 재료 밀도는 변함없이 유지되었으며 비커스 경도는 2 500 kg / mm2입니다. 2. 빠른 소결 기술의 새로운 유형 인 Spark plasma sintering은 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 국내외 연구는 아직 연구실 연구 단계에 국한되어 있습니다. 소결 메커니즘과 소결 장비가 개발의 주요 장애물입니다. SPS 소결 메카니즘은 여전히 논란의 여지가 있으며, 특히 소결의 중간 과정 및 현상은 아직 더 연구되지 않았다. 또한 SPS 장비는 흑연을 금형으로 사용합니다. 높은 취성 및 낮은 강도 때문에, 이는 고온 및 고압 소결에 도움이되지 않는다. 따라서, 금형 이용률이 낮다. 실제 생산을 위해서는 금형의 베어링 능력을 높이고 금형 비용을 줄이기 위해 현재 사용되는 금형 재료 (흑연)보다 높은 강도와 재사용 성을 갖춘 새로운 금형 재료를 개발해야합니다. 이 과정에서 금형 온도와 제품의 실제 온도 사이의 온도차를 설정하여 제품 품질을보다 잘 제어 할 필요가 있습니다. (4) 마이크로 웨이브 소결 마이크로파 에너지를 소결 용 열 에너지로 변환하는 방법 고주파 전계에서 유전체의 유전 손실을 이용하여 전체를 일정한 온도로 균일하게 가열하여 치밀화 및 소결을 달성한다. 열은 외부 열원이 아닌 재료 자체가 전자 레인지에 결합되어 생성됩니다. Monika 팀은 초경 소결 및 WC-6Co 초경합금의 전통적인 소결 밀도를 연구했습니다. 실험 결과는 마이크로 웨이브 소결의 치밀화 정도가 전통적인 소결보다 더 빠르다는 것을 보여줍니다. 펜실베니아 대학 (University of Pennsylvania)의 연구원은 마이크로파 소결 산업에서 텅스텐 카바이드 (tungsten carbide) 제품의 생산을 연구했습니다. 그들은 종래의 제품보다 높은 기계적 성질을 가지며, 미세 구조 균일 성 및 낮은 다공성을 갖는다. 마이크로 웨이브 소결에 의한 WC-10Co 초경합금의 마이크로 웨이브 소결 공정은 전방위 시스템에서 연구되었다. WC-10Co 초경합금에 대한 전자기장, 자기장 및 마이크로파 전자기장의 상호 작용이 분석되었습니다. 재료 특성 데이터 및 장비의 부족은 마이크로 웨이브 소결 기술 개발의 두 가지 주요 장애물입니다. 재료의 물성에 관한 데이터가 없다면 마이크로 웨이브로 작용 메커니즘을 알 수 없다. 제품 용 마이크로 웨이브 소결로의 강력한 선택성으로 인해 여러 제품에 필요한 전자 레인지의 매개 변수는 매우 다릅니다. 주파수를 자동으로 조정할 수있는 가변 주파수 및 자동 튜닝 기능을 갖춘 마이크로파 소결 장비를 제조하는 것은 어렵습니다. 이는 병목 현상을 제한하는 병목 현상입니다. 여기 마이닝 공구를보십시오
출처 : Meeyou Carbide