Особенности и подготовка инструмента для добычи карбида вольфрама

Цементированный карбид - это композитный материал, состоящий из высокопрочных карбидов тугоплавких металлов и цементированных металлов. Благодаря своей высокой твердости, износостойкости и стабильным химическим свойствам, он используется в современных инструментальных материалах и износостойких материалах. Материалы, устойчивые к высоким температурам и коррозии, занимают важное место. В настоящее время твердые сплавы на основе карбида вольфрама являются наиболее широко используемыми среди карбидов, производимых в мире, с наибольшим выходом и наиболее широким использованием. Среди них твердый сплав WC, используемый в шахтах, рассматривается как «зуб» в области разработки шахт, бурения нефтяных скважин и геологоразведочных работ, и ему уделяется большое внимание. формы, встроенные в него, и различные марки твердосплавных сверлильных зубьев в соответствии с различными условиями труда. В качестве примера возьмем кирки с откидной осью, рабочая среда кирок является жесткой, и в дополнение к абразивному износу при сжатии, изгибе и высоком напряжении он также имеет неопределенную силу удара, поэтому карбиды часто возникают во время добычи угля. Головка сломана и падает, что приводит к преждевременному износу и выходу из строя матрицы подборщика, что значительно сокращает срок службы подборщиков в форме подборщика. Следовательно, превосходный твердый сплав для горной промышленности должен обладать высокой прочностью, высокой твердостью, необходимой для стойкости к истиранию, и высокой ударной вязкостью, необходимой для стойкости к ударному разрушению. Особенности горного инструмента из карбида вольфрама1.1 Износостойкость сплава WCКосилка для резки имеет прямой контакт с угольный пласт во время рабочего процесса. Характеристики абразивного износа ножниц тесно связаны со структурой и твердостью угольного пласта. Твердость угля низкая, обычно от 100 до 420 HV, но уголь часто имеет различную твердость. Такие примеси, как кварц и пирит (от 900 до 1100 HV), имеют высокую твердость и оказывают большое влияние на характеристики абразивного износа зубцов. В большинстве рабочих примеров износостойкость является основной функцией твердости материала. Чем выше твердость, тем выше абразивная износостойкость. Чистый туалет очень твердый и похож на алмаз. В цементированном карбиде частицы WC образуют прочный каркас, поэтому цементированные карбиды WC обладают очень высокой твердостью. Кроме того, WC относится к гексагональной кристаллической системе и обладает анизотропией по твердости. Твердость по Виккерсу нижней поверхности {0001} и краевой поверхности {1010} составляет 2 100 HV и 1 080 HV соответственно. В крупнозернистом цементированном карбиде доля зерен WC на плоскости {0001} высока, и, таким образом, карбид, содержащий крупнозернистый WC, показывает более высокую твердость. В то же время при высокой температуре, равной 1000 ° C, твердые сплавы WC с крупнозернистой структурой имеют более высокую твердость, чем обычные твердые сплавы, и демонстрируют хорошую твердость красного цвета. В процессе резки угля частицы WC экспонируются на поверхности цементированной поверхности. Карбид после того, как цементированные фазы цементированного карбида в носике инструмента, защищенном от нароста, были выдавлены или унесены абразивным царапанием. Частицы WC со связанными фазами на подложке легко измельчаются, разрушаются и выделяются. Из-за грубых зерен WC, цементированный карбид обладает сильным удерживающим усилием по отношению к WC, и зерна WC трудно извлечь и проявляют превосходную износостойкость.1.2 Ударная вязкость сплава WC, когда режущее долото рассекает угольную породу, режущий инструмент Головка подвергается высокому стрессовому напряжению, растягивающему напряжению и сдвиговому напряжению под действием ударной нагрузки. Когда напряжение превышает предел прочности сплава, режущая головка сплава будет фрагментирована. Даже если создаваемое напряжение не достигает предела прочности цементированного карбида, усталостное растрескивание цементированного карбида будет происходить при многократном воздействии ударной нагрузки, и расширение усталостной трещины может привести к падению головки инструмента или зазубрин. В то же время, при резке угольного пласта, шип-подборщик создает высокую температуру 600-800 ° С на режущей поверхности, а резка угольного шва происходит при периодических вращательных движениях. Повышение температуры чередуется, и температура увеличивается, когда режущая головка контактирует с угольной породой. остыть, оставляя угольную скалу. Из-за постоянного изменения температуры поверхности плотность дислокаций увеличивается и концентрируется, и появляется поверхность змеиного рисунка. Глубина трещин и скорость распространения уменьшаются с увеличением размера зерна карбида, а также морфологии, направления и глубины трещин также зависит от размера зерна WC. Трещины в мелкозернистых сплавах в основном прямые, мелкие и длинные; крупнозернистые сплавные трещины нерегулярные и короткие. Трещины в основном распространяются на слабой границе зерна. В крупнозернистом цементированном карбиде, если микротрещины обходят крупнозернистые зерна WC, они имеют зигзагообразную форму и должны иметь энергию, соответствующую площади разрушения; если они проходят, когда зерна WC расширяются, они должны иметь значительную энергию разрушения. В результате крупнозернистые частицы WC имеют улучшенное отклонение и раздвоение трещин, что может предотвратить дальнейшее распространение микротрещин и увеличить ударную вязкость цементированного карбида. При том же содержании цементной фазы крупнозернистый сплав имеет более толстую связующую фазу, что благоприятно для пластической деформации связующей фазы, препятствует расширению трещин и показывает хорошую ударную вязкость. Изучает прочность и структуру WC -Ко цементированный карбид также показывает, что существует определенное правило между прочностью цементированного карбида и размером зерна WC. Когда содержание кобальта является постоянным, прочность обычных сплавов с низким содержанием кобальта всегда увеличивается, так как размер зерна WC в цементированном карбиде становится более грубым, а прочность сплава с более высоким содержанием кобальта достигает пика с укрупнением зерна WC.2. Процесс получения горного сплава WC. В настоящее время порошки карбида вольфрама обычно получают способом восстановления оксида вольфрама с получением грубого порошка вольфрама, порошка вольфрама, полученного высокотемпературной карбонизацией для получения грубого порошка WC, и порошка WC и порошка Co путем смешивания, мокрое измельчение и спекание. Среди них выбор грубого приготовления порошка WC, процесса спекания и оборудования напрямую влияет на производительность шахтного сплава WC.2.1 Подготовка порошка WC (1) Подготовка грубого порошка вольфрама Результаты испытаний Luo Binhui показывают, что содержание кислорода в необработанном оксиде вольфрама Материал напрямую влияет на размер частиц вольфрамового порошка. Для производства ультратонкого порошка вольфрама в качестве сырья следует выбрать оксид вольфрама с более низким содержанием кислорода (обычно фиолетовый вольфрам), а для производства кислорода следует выбрать более грубый порошок вольфрама. В качестве сырья используется высокое содержание оксида вольфрама (желтый вольфрам или синий вольфрам). Результаты Zhang Li et al. показали, что по сравнению с желтым вольфрамом использование голубого вольфрама для получения крупнозернистого вольфрамового порошка не имеет преимуществ по размеру и распределению частиц. Однако поверхностные микропоры являются менее вольфрамовыми порошками, изготовленными из желтого вольфрама, и общая эффективность цементированных карбидов лучше. Известно, что добавление щелочного металла к оксиду вольфрама способствует длительной грубости порошка вольфрама, но остаточный щелочной металл в порошке вольфрама подавляет рост кристаллических зерен WC. Sun Baoqi et al. использовали активированный литием оксид вольфрама для восстановления водорода для приготовления грубого порошка вольфрама. На основании результатов эксперимента он исследовал механизм активации и роста зерна. Он полагал, что при добавлении летучей соли лития скорость летучего осаждения при восстановлении оксида вольфрама была ускорена, в результате чего вольфрам растет при более низких температурах. Хуан Синь добавил соль Na в WO 3 для промежуточного снижения температуры. Размер частиц вольфрамового порошка пропорционален количеству добавленного Na. С увеличением добавления Na количество крупных кристаллических зерен увеличилось с 50 до 100 мкм. (2) Классификация вольфрамового порошка Гао Хуэй считает, что классификация вольфрамового порошка может эффективно изменить свойства порошка и решить проблему неравномерной толщины. порошок. Уменьшите разницу между минимальным, максимальным и средним диаметрами частиц, чтобы получить более грубый, более однородный порошок WC; из-за характеристик вольфрама его нелегко разрушить, и перед классификацией проводят умеренное дробление для отделения агломерированных частиц в порошке. , более эффективное разделение порошка, улучшение однородности. (3) Приготовление грубого порошка WC. Приготовление крупнозернистых порошков WC путем высокотемпературной карбонизации крупнозернистых вольфрамовых порошков является классическим и классическим методом. Крупнозернистые вольфрамовые порошки смешивают с сажей и затем смешивают в печи с углеродными трубками. Температура карбонизации грубых вольфрамовых порошков обычно составляет около 1 600 ° С, а время карбонизации составляет 1 ~ 2 часа. Благодаря карбонизации при высокой температуре в течение длительного времени этот метод минимизирует дефекты решетки WC и сводит к минимуму микроскопическую деформацию, тем самым улучшая пластичность WC. В последние годы процесс карбонизации вольфрамового порошка непрерывно развивался. Некоторые заводы по производству цементированного карбида начали применять усовершенствованные индукционные печи средней частоты для вакуумной карбонизации и гидрирования. Вследствие явления спекания и роста частиц порошка WC частицы WC растут толще и толще при высоких температурах. Кроме того, чем тоньше исходный вольфрамовый порошок, тем более явным явлением является высокая температура и рост зерен WC. В основе этого принципа лежит использование среднезернистого вольфрамового порошка и даже мелкозернистого вольфрамового порошка для высокотемпературной карбонизации для получения крупнозернистого карбида вольфрама. В литературе сообщалось об использовании вольфрамового порошка (подсито Фишера-шестера, Fsss от 5,61 до 9,45 мкм). Температура карбонизации составляла от 1800 до 1900 ° С, и получали порошок WC с Fsss от 7,5 до 11,80 мкм. Тонкий порошок вольфрама был использован. (Fsss <2,5 мкм), температура карбонизации 2000 ° C, был приготовлен порошок WC с Fsss от 7 до 8 мкм. Из-за большой разницы в плотности между вольфрамом и WC, частицы вольфрама превращаются в частицы WC во время преобразования из вольфрама в WC. Получающиеся частицы WC содержат большую энергию деформации, и в результате некоторые частицы WC лопаются, и частицы WC стать меньше после взрывных работ. Хуан Синь и соавт. принят двухступенчатый метод карбонизации. Поскольку в первый раз происходила неполная карбонизация, центральная часть частиц оставалась чистым вольфрамом, а поверхностный слой частиц был полностью карбонизирован. Чистый вольфрам может быть перекристаллизован, чтобы потреблять часть энергии деформации, тем самым уменьшая растрескивание зерна. Вероятность. По сравнению с обычным одностадийным порошком WC крупнозернистый порошок WC, полученный двухстадийным способом, имеет однофазный состав и почти не содержит W 2 C, WC (1-x) и других разных фаз. Чжан Ли и соавт. изучали влияние легирования Co на размер зерен и микроморфологию грубых и грубых порошков WC. Результаты показывают, что легирование Co выгодно для увеличения размера зерна и свободного углерода в порошке WC, а также для монокристаллов. Туалетная пудра. Когда содержание легирующего вещества Co составляет 0,035%, целостность кристаллов зерен WC значительно улучшается, показывая отчетливую стадию роста и плоскость роста. (4) Термический процесс с грубыми кристаллами алюминия. Отличительной особенностью является то, что карбид вольфрама можно использовать для непосредственного использования. производят карбид вольфрама, а полученный порошок карбида вольфрама является особенно густым и карбонизированным. Смесь вольфрамовой руды и оксида железа восстанавливается алюминием, а карбид используется для карбида кальция. Пока заряд воспламеняется, реакция протекает самопроизвольно, что приводит к экзотермической реакции с температурой саморазогрева до 2500 ° C. После окончания реакции реакционной печи и материалу дают остыть. Нижняя часть печи будет производить блочный слой на основе WC, а остальная часть будет состоять из металлического железа, марганца, избыточного металлического алюминия и небольшого количества шлака. Верхний слой шлака отделяли, нижний слиток измельчали, избыток карбида кальция удаляли промывкой водой, железо, марганец и алюминий удаляли кислотной обработкой и, наконец, кристаллы WC сортировали гравитационной обработкой. WC, полученный этим способом, измельчают до микронного уровня для использования с различными различными цементированными карбидами.2.2 Спекание карбида WC (1) Вакуумное спекание При вакуумном спекании смачиваемость связывающего металла с твердой фазой значительно улучшается, и продукт не легко науглероживается и обезуглероживается. Поэтому многие известные в мире производители цементированного карбида используют вакуумное спекание, и вакуумное спекание в промышленном производстве Китая постепенно вытеснило водородное спекание. Мо Шэнцю исследовал приготовление цементированного карбида WC-Co с низким содержанием кобальта вакуумным спеканием и указал, что технологическая система на стадии предварительного обжига является ключом к вакуумному спеканию цементированного карбида WC-Co с низким содержанием кобальта. На этой стадии примеси и кислород в сплаве удаляются, объемная усадка является относительно интенсивной, а плотность быстро увеличивается. Вакуум предварительного сгорания в сплаве 0,11 ~ 0,21 МПа имеет лучшие конечные характеристики. Для крупнозернистых цементированных карбидов WC-Co с содержанием кобальта от 4% до 6%, для высокой прочности температура предварительного спекания должна составлять от 1 320 до 1 370 ° C. (2) Горячее изостатическое прессование под низким давлениемВакуум-спеченный цементированный карбид имеет небольшое количество пор и дефектов. Эти поры и дефекты не только влияют на характеристики материала, но также имеют тенденцию быть источником разрушения во время использования. Технология горячего изостатического прессования является эффективным методом решения этой проблемы. С начала 1990-х годов на некоторых крупных предприятиях в Китае, например, на заводе Jianghan Bit, Zhuzhou Cected Carbide Factory и Zigong Cemented Carbide Factory, были введены в эксплуатацию печи для спекания в условиях горячего изостатического прессования под низким давлением; Введены в эксплуатацию печи для спекания низкого давления, разработанные независимо Пекинским научно-исследовательским институтом железа и стали. использовать. Применение горячего изостатического прессования под низким давлением уменьшает пористость цементированного карбида, а структура является плотной, улучшает ударную вязкость сплава и улучшает срок службы цементированного карбида. Цзя Цуочэн и другие экспериментальные результаты показывают, что низкое давление горячего Процесс изостатического прессования полезен для устранения пустот в сплаве и роста зерен WC, и увеличивает прочность на изгиб крупнозернистых сплавов WC-15Co и WC-22Co. Се Хонг и соавт. изучено влияние вакуумного спекания и спекания под низким давлением на свойства цементированных карбидов WC-6Co. Результаты показывают, что вакуумный спекающий материал по Виккерсу твердостью 1 690 кг / мм 2, прочность на разрыв при поперечном разрыве составляет 1 830 МПа, в то время как твердость по Виккерсу спеченного материала низкого давления увеличивается до 1 720 кг / мм 2, прочность при поперечном разрыве составляет 2140 МПа. Ван Иминь также производил сплавы WC-8Co путем вакуумного спекания и спекания под низким давлением. Результаты показывают, что материал, спеченный в вакууме, имеет твердость 89,5 HRA и поперечную прочность на разрыв 2270 МПа; и спеченный материал низкого давления имеет повышенную твердость 89,9 HRA и поперечное разрушение. Прочность составляет 2 520 МПа. Равномерность температуры печи для спекания является важным фактором, влияющим на качество высокопроизводительных карбидных изделий. Большое количество исследований имитировало и оптимизировало температурное поле в печи для спекания. В литературе предлагается метод кусочного моделирования, который согласуется с результатами эксперимента. Распределение температуры в графитовой трубке не является равномерным, что в основном обусловлено неразумным расположением графитовой лодки и спеченного продукта, а также структурой графитовой трубки. В ходе испытания были предложены меры по оптимизации, позволяющие снизить отклонение температуры поверхности спеченных продуктов примерно на 10 К во время фазы вакуума и в пределах ± 7 К во время фазы нагрева газа, тем самым улучшая качество спекания. (3) Спарк-плазменное спекание (SPS) Способ спекания в условиях повышенного давления с использованием мгновенной и прерывистой энергии разряда. Механизм спекания СПС все еще остается спорным. Ученые в стране и за рубежом провели обширные исследования по этой теме. Обычно считается, что разрядная плазма мгновенно генерируется, когда на электрод подается импульс постоянного тока, так что тепло, генерируемое равномерно каждой частицей в спеченном теле, активирует поверхность частицы, и спекание выполняется путем саморазогрева. эффект внутренней части порошка. Лю Сюемей и др. Использовали XRD, EBSD и другие методы испытаний для сравнения фазового состава, микроструктуры и свойств твердых сплавов, полученных горячим прессованием и спеканием в искровой плазме. Результаты показывают, что спеченные материалы SPS имеют высокую вязкость разрушения. Ся Янхуа и др. С использованием технологии SPS с начальным давлением 30 МПа, температурой спекания 1 350 ° С, выдержкой 8 мин, температурой 200 ° С / мин, твердостью твердосплавного сплава 91 HRA, поперечной прочностью на разрыв 1 269 МПа. В литературе используется технология SPS для спекания цементированных карбидов WC-Co. Он может производить WC с относительной плотностью 99%, HRA ≥ 93 и хорошим образованием фаз и однородной микроструктурой при температуре спекания 1270 ° C и давлении спекания 90 МПа. Co Carbide. Чжао и соавт. Калифорнийского университета, США, приготовили цементированный карбид без связующего методом SPS. Давление спекания составляло 126 МПа, температура спекания составляла 1 750 ° С, и время выдержки не было получено. Был получен полностью плотный сплав, но содержалось небольшое количество фазы W 2 C. Чтобы удалить примеси, был добавлен избыток углерода. Температура спекания составляла 1550 ° С, а температура выдержки составляла 5 мкм. Плотность материала осталась неизменной, и твердость по Виккерсу составила 2 500 кг / мм. 2. Спекание плазмой в искре как новый тип технологии быстрого спекания имеет широкие перспективы применения. Однако исследования в стране и за рубежом все еще ограничиваются стадией лабораторных исследований. Механизм спекания и оборудование для спекания являются основными препятствиями для его развития. Механизм спекания СПС все еще остается спорным, особенно промежуточные процессы и явления спекания еще предстоит изучить. Кроме того, оборудование SPS использует графит в качестве формы. Из-за его высокой хрупкости и низкой прочности, он не способствует высокотемпературному и высокому давлению спекания. Следовательно, коэффициент использования формы является низким. Для фактического производства необходимо разработать новые материалы пресс-формы с более высокой прочностью и возможностью повторного использования, чем используемые в настоящее время материалы пресс-формы (графит), чтобы увеличить несущую способность пресс-формы и снизить стоимость пресс-формы. В процессе необходимо установить разницу температур между температурой пресс-формы и фактической температурой заготовки, чтобы лучше контролировать качество продукта. (4) Микроволновое спекание - метод, при котором микроволновая энергия преобразуется в тепловую энергию для спекания используют диэлектрические потери диэлектрика в высокочастотном электрическом поле, и весь материал равномерно нагревают до определенной температуры для достижения уплотнения и спекания. Тепло генерируется в результате соединения самого материала с микроволновой печью, а не от внешнего источника тепла. Команда Monika изучала микроволновое спекание и традиционное уплотнение спекания цементированных карбидов WC-6Co. Результаты эксперимента показывают, что степень уплотнения при микроволновом спекании выше, чем при традиционном спекании. Исследователи из Университета Пенсильвании изучали производство изделий из карбида вольфрама в отрасли микроволнового спекания. Они имеют более высокие механические свойства, чем обычные продукты, и имеют хорошую однородность микроструктуры и низкую пористость. Процесс микроволнового спекания цементированного карбида WC-10Co методом микроволнового спекания был изучен в системе омни-пика. Было проанализировано взаимодействие микроволнового электрического поля, магнитного поля и микроволнового электромагнитного поля на цементированном карбиде WC-10Co. Отсутствие данных о свойствах материалов и оборудования являются двумя основными препятствиями на пути развития технологии микроволнового спекания. Без данных о материальных свойствах материалов невозможно узнать механизм действия микроволн. Из-за высокой селективности микроволновых печей для спекания продуктов, параметры микроволновых печей, требуемые для разных продуктов, очень разные. Трудно изготовить оборудование для микроволнового спекания с высокой степенью автоматизации, с переменной частотой и функциями автоматической настройки, что является узким местом, ограничивающим его развитие. Смотрите наши инструменты для добычи здесь
Источник: Meeyou Carbide