Liga dura de terras raras e suas propriedades

I. Visão geral O metal duro é também conhecido como os “dentes” da indústria. Desde a sua criação, como um material de ferramenta eficiente e material estrutural, o seu campo de aplicação tem sido continuamente expandido, o que tem desempenhado um papel importante na promoção do desenvolvimento industrial e do progresso científico e tecnológico. Nos últimos 20 anos, os carbonetos cimentícios baseados em tungstênio-cobalto têm sido amplamente utilizados no corte de metais, ferramentas de conformação de metal, perfuração de mineração e peças de desgaste devido à sua alta dureza, tenacidade e excelente resistência ao desgaste em comparação com outras ligas duras. . O metal duro tem uma série de excelentes características de desempenho: tem alta dureza e resistência ao desgaste, especialmente valioso, tem boa dureza vermelha, excede a dureza da temperatura normal do aço de alta velocidade a 600 ° C e excede aço carbono a 1000 ° C. Dureza normal da temperatura; tem bom módulo de elasticidade, geralmente (4 ~ 7) × 104kg / mm2, boa rigidez à temperatura normal; alta resistência à compressão, até 600kg / mm2; boa estabilidade química, Alguns tipos de metal duro são resistentes à corrosão ácida e alcalina e não sofrem oxidação significativa mesmo em altas temperaturas; baixo coeficiente de expansão térmica. A condutividade térmica e a condutividade estão próximas das de ferro e ligas de ferro. De acordo com o tamanho médio de grãos de WC em metal duro, o metal duro pode ser dividido em: carboneto cementado nanocristalino, metal duro cementado ultrafino, carboneto cementado com granulação submicrométrica, metal duro, carboneto cementado de grão médio, metal duro grosseiro, super grosso carboneto cimentado granulado.Os carbonetos sub-mícron e ultra-finos têm alta dureza e resistência ao desgaste e são amplamente utilizados em ferramentas de corte, lâminas de serra, fresas, estampadores, componentes de hastes de válvulas, bicos para equipamentos de jato de areia etc. carboneto granulado tem melhor tenacidade e resistência à fadiga térmica, e sua aplicação em ferramentas de mineração e escavação se desenvolveu rapidamente. Ligas de gradiente e compostos de carboneto de diamante podem ser usados para destacar certas propriedades específicas de acordo com os diferentes requisitos de aplicação, de modo que a aplicação de ferramentas e ferramentas de mineração se desenvolveu rapidamente. As propriedades dos carbonetos cimentados à base de tungstênio-cobalto dependem principalmente do teor de Co e do tamanho do grão da WC. O carboneto cimentado de cobalto-cobalto típico tem um teor de cobalto de 3 a 30% em peso, e o tamanho do grão do WC varia de submicron a vários. Micron O desenvolvimento de tecnologia de síntese de partículas em escala nanométrica, especialmente em escala nano WC e partículas de Co, melhorou muito as propriedades mecânicas do carboneto cimentado nano-WC-Co. Quando o grão WC é menor que o tamanho submicrométrico, a resistência, a dureza, a tenacidade e as propriedades de desgaste da liga são grandemente melhoradas, e a liga com alta densidade pode ser obtida enquanto se abaixa a temperatura de sinterização. Portanto, no campo do metal duro, a conversão de tipos tradicionais para ultrafinos e nanoescala tornou-se sua tendência de desenvolvimento. No entanto, o crescimento do grão WC sempre foi um gargalo no desenvolvimento e produção de ultra-fino WC-Co. ligas. Adicionar certos aditivos ao metal duro é uma das formas eficazes de melhorar as propriedades da liga. Existem dois tipos principais de aditivos adicionados ao metal duro: um é um metal duro refratário e o outro é um metal aditivo. O papel do aditivo é reduzir a sensibilidade da liga às flutuações da temperatura de sinterização e sensibilidade às mudanças no conteúdo de carbono, para evitar o crescimento irregular de grãos de metal duro, para alterar a composição de fase da liga, melhorando assim a estrutura e propriedades do Os aditivos de carboneto mais vulgarmente utilizados incluem carboneto de crómio (Cr3C2), carboneto de vanádio (VC), carboneto de molibdénio (Mo2C ou Mo C), carboneto de cobalto, carboneto de tântalo e semelhantes. A escolha do inibidor depende do efeito inibitório total e os efeitos inibitórios são os seguintes: VC> Cr3C2> NbC> TaC> TiC> Zr / Hf C. Aditivos metálicos comumente usados são cromo, molibdênio, tungstênio, rênio, rutênio, cobre, alumínio e elementos terras raras. A adição de elementos de terras raras em metal duro não só inibe o crescimento de grãos WC durante a sinterização, mas também melhora as propriedades mecânicas e resistência ao desgaste da liga, melhorando ainda mais a vida útil dos produtos. No campo de carbonetos cimentados, a pesquisa sobre aditivos de terras raras tem sido um tema quente, mas a idéia geral é adicionar aditivos de terras raras não-nano-escala para modificar ligas duras, mas a adição de aditivos nano-terras raras raramente tem sido O uso do aditivo nano terra rara é menor do que o do aditivo ordinário de terras raras, e o espaço com o grão WC (círculo grande) é pequeno, e o arranjo é mais denso. O tamanho do aditivo ordinário de terras raras é quase o mesmo que o da WC, por isso é fácil formar uma fonte de crack. Portanto, este experimento usa nano terra rara como um aditivo para alcançar o objetivo de não melhorar o custo e melhorar o desempenho. A China é rica em recursos de terras raras. Se usarmos esse tipo de pensamento para desenvolver novas tecnologias, fazer pleno uso do minério de tungstênio da China e recursos de terras raras, pesquisar e desenvolver materiais de terras raras de liga dura modificada, melhorar o nível de produção e desenvolvimento da indústria de metal duro da China. Os produtos de metal duro de alta qualidade e de alto valor agregado, melhorando a competitividade, revertendo a situação desfavorável no mercado internacional e alcançando um ciclo virtuoso de matérias-primas são de grande importância. Liga rara de terras raras O elemento terras raras é composto por 15 lantanídeos do terceiro subgrupo da tabela periódica de Mendeleiev, com números atômicos variando de 57 a 71, além de um total de 17 elementos, semelhantes aos das estruturas eletrônicas e propriedades químicas. A terra rara é conhecida como a "casa do tesouro" de novos materiais, e é um grupo de elementos que preocupam os cientistas nacionais e estrangeiros, especialmente especialistas em materiais. Devido às suas propriedades especiais, as terras raras têm sido amplamente utilizadas em materiais metalúrgicos, ótica, magnetismo, eletrônica, maquinaria, produtos químicos, energia atômica, agricultura e indústria leve. Embora as terras raras sejam usadas como aditivos e modificadores, seu valor de saída direta e lucro não são altos, mas os benefícios econômicos secundários podem ser aumentados em dezenas ou mesmo centenas de vezes. Os recursos de terras raras da China são abundantes e suas reservas estão em primeiro lugar no mundo, e sua capacidade de produção abrangente está em segundo lugar no mundo. Em casa e no exterior, a aplicação de terras raras e seus compostos é quase em toda parte na economia nacional. A terra rara tem uma melhoria óbvia no desempenho do metal duro. Um grande número de estudos demonstrou que a adição de terras raras pode melhorar em grande parte a resistência e a tenacidade do metal duro, de modo que o metal duro com adição de terras raras pode ser amplamente utilizado em ferramentas e ferramentas de mineração. , moldes, martelos de topo, etc., têm excelentes perspectivas de desenvolvimento. As terras raras normalmente utilizadas como aditivos são Ce, Y, Pr, La, Sc, Dy, Gd, Nd, Sm e semelhantes. A forma de adição é geralmente um óxido, um metal puro, um nitreto, um hidreto, um carboneto, uma liga intermédia terra-cobalto rara, um carbonato, um nitrato e semelhantes. O tipo e a morfologia da terra rara adicionada afetam as propriedades físicas e mecânicas do carbeto cementado.3. Mecanismo de fortalecimento e endurecimento de terras raras A adição de vestígios de elementos de terras raras no metal duro não apenas inibe o crescimento de grãos da liga durante o processo de sinterização, mas também melhora as propriedades mecânicas da liga, melhorando ainda mais a vida útil da liga. o produto. O mecanismo de fortalecimento de terras raras em carboneto cementado é o seguinte: (1) Zhang Fenglin et al. Acredito que quando a fase γ é resfriada de alta temperatura para temperatura ambiente, fcc → hcp é uma transição de fase do tipo difusão (assistida por Ms mecanismo). Entre eles, as fases γfcc e γhcp respondem por cerca de 10%. Como a adição de terras raras pode inibir a transformação martensítica, o conteúdo de γhcp na fase ligante pode ser reduzido. O mecanismo de sua inibição da transformação da martensita pode ser devido a duas razões: uma é a luxação da pinagem de óxido de terra rara, que dificulta o movimento de deslocamento; Por outro lado, o óxido de terras raras é fixado na localização do defeito, fazendo com que o potencial núcleo de nucleação E O embrião seja reduzido. Assim, a fase ε quebradiça é reduzida e a fase α de tenacidade é aumentada. Wang Ruikun e outros acreditam que a adição de traços de terras raras em carbonetos cimentados pode inibir a expansão de falhas de empilhamento na fase de ligante Co, inibindo assim a conversão de fcc α-Co → hcp ε-Co (nucleação em camadas), produzindo fcc α-Co na liga. A fração de volume aumenta. α-Co possui 12 sistemas de deslizamento, enquanto ε-Co possui apenas 3 sistemas de deslizamento. Carboneto cimentado de terras raras é composto principalmente de FCC α-Co, que melhorará sua capacidade de coordenar esforços e relaxar o estresse, melhorando assim sua resistência. (2) Efeito na solubilidade sólida W. A segregação de terras raras na fase WC / Co interface afeta a dessolvatação de elementos como W e Ti da Co. É possível aumentar o teor de W e Ti na fase ligante, funcionando assim como um fortalecimento da solução sólida. Mas o mecanismo não é totalmente reconhecido. (3) Refine a organização. A terra rara no metal duro é distribuída na interface de WC / Co e WC / WC. A adsorção de elementos de terras raras na interface reduzirá definitivamente a energia interfacial da interface de fase sólido-líquido. Isso pode suprimir o processo de grosseiro dos grãos da CC durante a sinterização. (4) Fortalecimento e endurecimento dos limites de grãos e limites de fase. Na fratura do metal duro, é principalmente ao longo da fratura da fase Co bond, e há algumas rachaduras ao longo da WC grão. Portanto, seu comportamento de fratura tem uma importante relação com o comportamento da interface WC / Co. A presença de terras raras em carbonetos cimentados deve-se principalmente a óxidos ou compostos intermetálicos. A distribuição é principalmente na interface de WC / Co e WC / WC. Uma pequena quantidade de óxidos de terras raras também pode ser encontrada na fase de aglutinante. Sua forma é principalmente esférica ou poliédrica. Devido ao papel das terras raras na purificação de limites de grãos e limites de fase, e na melhoria da resistência da interface de fase, a tenacidade à fratura de carbonetos cimentados de terras raras será grandemente melhorada.Devido às diferentes maneiras, formas, tipos de raros Terra, e métodos de pesquisa, as conclusões da pesquisa são diferentes, e o mecanismo proposto será diferente e até mesmo contraditório. A pesquisa sobre carbonetos cementados endurecidos de terras raras precisa de mais estudos.
Fonte: Meeyou Carbide