Редкоземельный твердый сплав и его свойства

I. Обзор. Цементированный карбид также известен как «зубья» отрасли. С момента своего создания в качестве эффективного инструментального материала и конструкционного материала область его применения постоянно расширялась, что сыграло важную роль в содействии промышленному развитию и научно-техническому прогрессу. За последние 20 лет цементированные карбиды на основе вольфрама и кобальта широко использовались в металлорежущих, металлообрабатывающих инструментах, горном бурении и изнашиваемых деталях из-за их высокой твердости, ударной вязкости и отличной износостойкости по сравнению с другими твердыми сплавами. , Цементированный карбид обладает рядом превосходных эксплуатационных характеристик: он обладает высокой твердостью и износостойкостью, что особенно ценно, он обладает хорошей красной твердостью, превышает твердость при нормальной температуре высокоскоростной стали при 600 ° C и превышает углеродистую сталь при 1000 ° C. Нормальная температура твердости; имеет хороший модуль упругости, обычно (4 ~ 7) × 104 кг / мм2, хорошую жесткость при нормальной температуре; высокая прочность на сжатие, до 600 кг / мм2; хорошая химическая стабильность, некоторые сорта цементированного карбида устойчивы к кислотной и щелочной коррозии и не подвергаются значительному окислению даже при высоких температурах; низкий коэффициент теплового расширения. Теплопроводность и проводимость близки к таковым у железа и железных сплавов. По среднему размеру зерна WC в цементированном карбиде, цементированный карбид можно разделить на нанокристаллический цементированный карбид, ультрамелкозернистый цементированный карбид, субмикронный гранулированный карбид, мелкозернистый цементированный карбид, среднезернистый цементированный карбид, крупнозернистый цементированный карбид, крупнозернистый зернистый цементированный карбид. Субмикронные и ультрамелкозернистые карбиды имеют высокую твердость и износостойкость и широко используются в режущих инструментах, пильных лезвиях, фрезах, штамповках, деталях штока клапана, насадках для пескоструйного оборудования и т. д. Сверхтолстые Зернистый карбид обладает лучшей прочностью и устойчивостью к термической усталости, и его применение в инструментах для горных работ и экскаваторов быстро развивается. Градиентные сплавы и карбидно-алмазные композиты могут использоваться для выделения определенных специфических свойств в соответствии с различными требованиями применения, поэтому применение инструментов и инструментов для горного дела быстро развивается. Свойства цементированных карбидов на основе вольфрама-кобальта в основном зависят от содержания Co и размера зерна WC. Типичный кобальт-кобальтовый цементированный карбид имеет содержание кобальта от 3 до 30 мас.%, А размер зерен WC варьируется от субмикронного до нескольких. Micron. Развитие технологии синтеза наноразмерных частиц, особенно наноразмерных частиц WC и Co, значительно улучшило механические свойства цементированного карбида nano-WC-Co. Когда зерно WC меньше, чем субмикронный размер, прочность, твердость, ударная вязкость и износостойкость сплава значительно улучшаются, и сплав, имеющий высокую плотность, может быть получен при понижении температуры спекания. Таким образом, в области цементированного карбида преобразование традиционных типов в ультратонкие и наномасштабы стало тенденцией его развития. Однако рост зерна WC всегда был узким местом в разработке и производстве ультратонких WC-Co. сплавы. Добавление определенных добавок к цементированному карбиду является одним из эффективных способов улучшения свойств сплава. Существует два основных типа добавок, добавляемых к цементированному карбиду: один - карбид тугоплавкого металла, а другой - добавка металла. Роль добавки заключается в снижении чувствительности сплава к колебаниям температуры спекания и чувствительности к изменениям содержания углерода, предотвращении неравномерного роста карбидных зерен, изменении фазового состава сплава, улучшая тем самым структуру и свойства Сплав. Наиболее часто используемые карбидные добавки включают карбид хрома (Cr3C2), карбид ванадия (VC), карбид молибдена (Mo2C или MoC), карбид кобальта, карбид тантала и тому подобное. Выбор ингибитора зависит от общего ингибирующего эффекта, и ингибирующие эффекты следующие: VC> Cr3C2> NbC> TaC> TiC> Zr / HfC. Обычно используемыми металлическими добавками являются хром, молибден, вольфрам, рений, рутений, медь, алюминий и редкоземельные элементы. Добавление редкоземельных элементов в цементированный карбид не только препятствует росту зерен WC во время спекания, но также улучшает механические свойства и износостойкость сплава, тем самым дополнительно улучшая срок службы изделий. В области цементированных карбидов исследования по редкоземельным присадкам были горячей темой, но общая идея заключается в добавлении не наноразмерных редкоземельных присадок для модификации твердых сплавов, но добавление нано-редкоземельных добавок редко сообщили. Использование нано-редкоземельной добавки ниже, чем у обычной редкоземельной добавки, а зазор с зерном WC (большой круг) небольшой, а расположение более плотное. Размер обычной редкоземельной добавки почти такой же, как у WC, поэтому источник трещины легко сформировать. Следовательно, этот эксперимент использует нано-редкоземельные элементы в качестве добавки для достижения цели не повышения стоимости и повышения производительности. Китай богат редкоземельными ресурсами. Если мы будем использовать этот тип мышления для разработки новых технологий, в полной мере использовать китайскую вольфрамовую руду и редкоземельные ресурсы, исследовать и разрабатывать твердосплавные модифицированные редкоземельные материалы, повысить уровень производства и развитие промышленности цементированного карбида в Китае. Большое значение имеют высококачественные твердосплавные продукты с высокой добавленной стоимостью, повышающие конкурентоспособность, обращающие вспять неблагоприятную ситуацию на международном рынке и обеспечивающие качественный цикл производства сырья. Редкоземельный твердый сплав Редкоземельный элемент - это 15 лантаноидов третьей подгруппы периодической таблицы Менделеева с атомными номерами в диапазоне от 57 до 71, плюс в общей сложности 17 элементов, которые аналогичны электронным структурам и химическим свойствам. Редкая земля известна как «сокровищница» новых материалов и представляет собой группу элементов, которые больше всего волнуют ученых внутри страны и за рубежом, особенно эксперты по материалам. Благодаря своим особым свойствам, редкоземельные элементы широко используются в металлургических материалах, оптике, магнетизме, электронике, машиностроении, химии, атомной энергетике, сельском хозяйстве и легкой промышленности. Хотя в качестве добавок и модификаторов используются редкоземельные элементы, их прямая выходная стоимость и прибыль невелики, но вторичные экономические выгоды могут быть увеличены в десятки или даже сотни раз. Ресурсы редкоземельных металлов Китая богаты, и его запасы занимают первое место в мире, а его комплексные производственные мощности занимают второе место в мире. В стране и за рубежом применение редкоземельных элементов и их соединений практически повсеместно в народном хозяйстве. Редкоземельный элемент имеет очевидное улучшение характеристик цементированного карбида. Большое количество исследований показало, что добавление редкоземельного элемента может в значительной степени улучшить прочность и ударную вязкость цементированного карбида, так что цементированный карбид с добавлением редкоземельного элемента может широко использоваться в инструментальных материалах и инструментах для горных работ. , пресс-формы, топ молотки и т. д., имеют отличные перспективы развития. Редкими землями, обычно используемыми в качестве добавок, являются Се, Y, Pr, La, Sc, Dy, Gd, Nd, Sm и тому подобное. Форма присоединения обычно представляет собой оксид, чистый металл, нитрид, гидрид, карбид, промежуточный сплав редкоземельный элемент-кобальт, карбонат, нитрат и тому подобное. Тип и морфология добавленного редкоземельного элемента влияют на физико-механические свойства цементированного карбида.3. Механизм упрочнения и упрочнения редкоземельных элементов Добавление микроэлементов в цементированный карбид не только препятствует росту зерен сплава во время процесса спекания, но также улучшает механические свойства сплава, тем самым дополнительно улучшая срок службы продукт. Механизм усиления редкоземельного элемента на цементированном карбиде заключается в следующем: (1) Zhang Fenglin et al. полагают, что когда γ-фаза охлаждается от высокой температуры до комнатной температуры, fcc → hcp является фазовым переходом диффузионного типа (с помощью механизма Ms). Среди них фазы γfcc и γhcp составляют около 10%. Поскольку добавление редкоземельного элемента может ингибировать мартенситное превращение, содержание γhcp в связующей фазе может быть уменьшено. Механизм его ингибирования мартенситного превращения может быть обусловлен двумя причинами: одной является дислокация пиннинга оксида редкоземельного элемента, которая препятствует движению дислокации; с другой стороны, оксид редкоземельного элемента закрепляется в месте дефекта, образуя потенциальное ядро ε-зародыша. Зародыш уменьшается. Таким образом, хрупкая ε-фаза уменьшается, а ударная α-фаза увеличивается. Ван Руикун и другие полагают, что добавление следовых редкоземельных элементов в цементированные карбиды может ингибировать расширение дефектов упаковки в фазе связующего Co, тем самым ингибируя преобразование ГЦК. α-Co → ГПУ ε-Co (слоистая нуклеация), превращая ГЦК α-Co в сплав. Объемная доля увеличивается. α-Co имеет 12 систем скольжения, в то время как ε-Co имеет только 3 системы скольжения. Редкоземельный цементированный карбид в основном состоит из ГЦК-α-Со, который улучшит его способность координировать напряжение и ослабить напряжение, тем самым улучшая его ударную вязкость. (2) Влияние на растворимость твердого вещества W. Сегрегация редкоземельных элементов в фазе WC / Co Интерфейс влияет на десольватацию таких элементов, как W и Ti из Со. Можно увеличить содержание W и Ti в связующей фазе, тем самым функционируя как упрочняющий твердый раствор. Но механизм не полностью признан. (3) Уточните организацию. Редкоземельные элементы в цементированном карбиде распределены на границе раздела WC / Co и WC / WC. Адсорбция редкоземельных элементов на границе раздела, безусловно, уменьшит межфазную энергию границы раздела твердое тело-жидкость. Это может подавить процесс укрупнения зерен WC во время спекания. (4) Укрепление и ужесточение границ зерен и фазовых границ. При разрушении цементированного карбида это происходит главным образом вдоль разрыва фазы связи Co, и вдоль WC имеются некоторые трещины. зерно. Следовательно, его поведение при разрушении имеет важное отношение к поведению интерфейса WC / Co. Присутствие редкоземельных элементов в цементированных карбидах происходит главным образом из-за оксидов или интерметаллидов. Распределение в основном на стыке WC / Co и WC / WC. Небольшое количество редкоземельных оксидов также может быть найдено в связующей фазе. Его форма в основном сферическая или многогранная. Ввиду роли редкоземельных элементов в очистке границ зерен и фаз, а также в улучшении прочности межфазной границы вязкость разрушения редкоземельных цементированных карбидов будет значительно улучшена. Из-за различных способов, форм, типов редких земли и методы исследования, выводы исследования разные, а предлагаемый механизм будет другим и даже противоречивым. Исследования по цементированным карбидам, упрочненным редкоземельными элементами, требуют дальнейшего изучения.
Источник: Meeyou Carbide