2.3 Производство твердых сплавов
Следующая секция описывает шаги процесса производства коммерчески общих твердых сплавов основанного на WC-Cо и TiC-TaC-WC-Co. Есть многочисленные различия в деталях; в зависимости от опыта производителя и сложности его оборудования; иногда, различные производители изменяются по их мнениям о пригодности на одном или другом варианте. Процессы, описанные здесь, применяются, как правило, также для производства других типов твердых сплавов (секция 2.6).
Карбид вольфрама произведен цементацией порошка W (секция 2.6.3) после смешивания с углеродом под водородом в температурах 1400 к 18000 C (до 20000 C для очень грубых карбидов). Крупность частиц и их распространение в продукте реакции - значительно под влиянием условий эксплуатации (чистота водорода, температура). Выгодно использовать порошок W с эквивалентом крупности частиц к желательному WC размеру , так как при розмоле часто производит нерегулярные структуры, если зернистость твердого сплава управляется таким образом. Содержание углерода WC должно остаться в регионе 6.00 к 6.20 мас - % (секция 2.1). До настоящего времени, WO3 и углерод не были преобразованы прямо к WC.
Остающиеся карбиды получены, взаимодействуем металлических оксидов с углеродом, под вакуумом или водородом; TiС обработан в температурах > 20000 C, TaC > 16000 C (секция 2.6.3). Часто, смешанный карбид, TiС -WC (соотношения веса 50:50) произведен вместо TiС, потому что это может быть достигнуто в температурах реакции, столь же низких как 17500 C. Нитриды углерода получены таким же образом, что и TiС, но в более низких температурах, понижают уровни добавок С и используют азотной атмосферы.
Смешанные твердые сплавы составлены из индивидуальных карбидов или предварительно образованных смешанных карбидов,порошка кобальта с очищенными зернами, и прессующего средства (керосин, поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль), который будет требоваться позже. Основание соединения - органическая жидкость (этиловый спирт или ацетон, если это впоследствии высушено распылением). Измельчение происходит в истирателе, молотковой мельнице, или вращательной шаровой мельнице. Цель этого процесса состоит в том, чтобы распределить кобальт настолько равномерно насколько возможно по материальным точкам карбида. Если распространение неравномерно, это не может быть полностью реверсировано в течение спекания, хотя кобальт может вступать в пространства между частицами карбида. Дробление твердого материала важно в измельчении, чтобы разбить любой агломерат, который происходит в течение синтеза. После того, как это, смесь, которая дробится как жидкий раствор в жидкости измельчения, высушено в распылительной сушилке, используя инертный газ (секция 3.5). Это приводит к грануляции со вторичной крупностью частиц 0.06 к 0.3 мм, которая освобождает течение и может с готовностью быть уплотнено.
Завися до некоторой степени от размера и формы, указаные вкладыши инструмента для поворота, и другие компоненты запрессовываются автоматическими прессами (секция 5.2.1) в матрицах на давлениях от 200 до 400 MPa. Проект матрицы принимает во внимание сжатие в течение спекания (от 15 до 20 % линейно); этим процессом возможно произвести от 20 до 60 прессовок в минуту (прямым формованием). Автоматическое управление технологическим процессом позволяет современным прессам управлять поведением пресса так, чтобы плотность, а следовательно и сжатие остаются постоянным. Процесс спекания начинается с перемещением прессующего средства (депарафинизацию), используя водород или вакуум, увеличивая температуру к 6000 C. После того, как окончательно происходит спекание при 1350 к 15000 C (в зависимости от композиции твердого сплава), обычно под вакуумом, но также и использованием водорода.
Прессовки твердых сплавов обычно спекаются в вакуумных печах периодического действия, держащих от 500 до 1000 кг материала. Рабочие условия этого типа печи могут быть с готовностью установлены на тип твердого сплава, который нужно спечь.
Запас спеченных металлокерамических изделий вводится в дымовых трубах графитовых вставок или ящиках (чтобы максимизировать использование пространства в пределах печи). Содержание углерода этих стыков и изоляции печи гарантирует, что газ в печи не обезуглероживает твердый сплав. В современных печах с объединенным устройством депарафинизации, температура и время также как и газовая атмосфера, заданная для соответствующего шага, установлены автоматически. Непрерывные конвейерные печи с вентильной системой между внешним воздухом, депарафинизированая камера, и площадь спекания могут использоваться для большого серийного производства единого материала. Большие части или прессовки, содержащие большие количества смазочного материала (например штампуемые в горячем виде преграды, секции 5.3.3) производятся в специальных печах депарафинизации с соответствующими длинными временем производственного цикла.
" Косвенное формирование " используется, чтобы произвести прессовки, которые не могут быть уплотнены в их конечную форму. Этот процесс начинается от спрессованной заготовки. После изъятия прессующего устройства в температурах до 6000 C или после предварительного спекания в - до 10000 C, заготовка должна иметь достаточную силу для передаче ей ее окончательной формы вращением, размолом, или сверлением. Обработанная на станке прессовка тогда окончательно спеченная. Очень большие прессовки прессуются холодно - изостатически (секция 5.2.2). В этом случае, прессовки очень тверды даже без использования прессующих устройств, что делает возможным работать с ними немедленно. Ранее горячее прессование широко использовалось для производства твердых сплавов, с низким в содержанием металла соединительной детали и с низкой пористостью. Этот процесс теперь почти полностью был заменен ГИП (горячий изостатический нажим) (секция 5.3.1). Разработка этого процесса сделала возможным произвести твердые сплавы для фасонных резцов, поддаваемых высокой динамической нагрузке (секция 2.4). В течение (изостатического) спекания под давлением (ГИП-спекание), прессовка сначала спекалась под вакуумом. В то время как материал держался в температуре спекания то есть с существующей жидкой фазой, выполнялось горячее - изостатическое прессование. Это происходит прежде, чем закрепленная решетка карбида формировалась. Из-за этого, более низкое давление аргона (< 10 MPa) удовлетворяет, чтобы достичь адекватного уплотнения [19].
Спеченный твердый сплав может только быть сформирован, используя электроэрозионный или сверхтвердые инструменты, также размолом (диски размола из карбида кремния или, даже лучше, алмаза). Индифицируемые вкладыши - внахлестку на верхних и нижних поверхностях, использующих карбид бора и в зависимости от требований допуска, основание на окружности (размол контура). На частях, которые подвержены динамической нагрузке, существенно переместить внешний слой размолом. Это особенно важно на частях, которые обработались ГИП-ом. Это потому что поверхности этих частей содержат большое соотношение дефектов, что может инициировать разрушение. Они созданы испарением или реакциями с газовой атмосферой (примеси в защитном газе).
Прочность на изгиб и твердость твердых сплавов проверены в соответствии с процедурами, описанными в главе 7. Из-за ее низкой величины (< 1 %), пористость определена против согласованных стандартов на секциях с поперечным направлением. Магнитные измерения используются на содержащим кобальт твердых сплавов для более быстрой и оценки без разрушения спеченного продукта. Измерение коэрцитивности используется, чтобы определить толщину слоев кобальта P Со между твердыми частицами материала. Если композиция известна, то возможно использовать это показание, чтобы вычислить среднюю крупность частиц твердой материальной фазы 1WC. Магнитное насыщение пропорционально к количеству фазы металла соединительной детали. Если величина падает ниже математического ожидания, это указывает на присутствие нежелательной ломкой фазы W3Co3C (секция 2.1); которая является немагнитной.
2.4 Применение непокрытых твердых сплавов
Раннее, твердосплавные концы, использованные как режущие инструменты, всегда паялись на стальные несущие элементы. Медные припои обычно использовались, вместе с содержащими никель реакционными припоями , которые имели лучшее температурное сопротивление. В настоящее время, вкладыши из твердых сплавов главным образом используются в форме индексируемых вкладышей , установленных механически на резцедержатель (рис. 17-13). Исключение к этому - малогабаритные вкладыши, например концы для дрелей или буров - расширителей. Благодаря ихней симметрической форме (окружность, треугольная, квадратный, ромбический и т.д.), только режущая кромка потерпела неудачу, вкладыши могут быть повернуты на 180 так, чтобы они могли использоваться, пока все грани не были изношены. Нет надобности на восстановление резцедержателя, пользователя выигрывает от наличия короткого времени изменения инструмента; также возможно заменить вкладыши автоматически от магазина в резцедержателе. Другое преимущество использования индексированных вкладышей - отсутствие любых напряжений спаивания, которые всегда воздействуют стойкость инструмента негативно. В зависимости от класса допуска, изготовители гарантируют вариации размера вкладыша ниже от 0.13 до 0.013 мм.
Режущая поверхность вкладыша имеет сложный рельеф. Это оптимизировано моделированием компьютера, и служит, чтобы оптимизировать обработку на станке и обломку чипа в течение резания. Это также увеличивает произврдительность и срок службы инструмента. Нет необходимости выполнять последовательный размол.
Основная группа твердых сплавов, использована для обработки материалов с коротким чипом (основная группа применения , K) – прямые твердые сплавы WC-Со с содержанием кобальта от 3 до 11 веса - % (таблицы 17-3). Крупность частиц фазы WC - 0.5 до 5мкм. Мелкозернистые типы (средняя крупность частиц < приблизительно 1 мкм) главным образом используются для высококачественной обработки на станке. Малые прибавления других карбидов (TaC, VC) стремятся запрещать перекристаллизацию фазы WC в течение спекания (измельчение зерна). Микро-зернистые твердые сплавы с размером частиц до 1 мкм, характеризуются даже более высокой твердостью при комнатной температуры. Очень равномерное распределение Со фазы и устранение дефектов ГИП-ом или способом ГИП-спеканием означает, что высокая прочность может также быть достигнута (рис. 17-14). Поскольку эти материалы имеют только низкую теплопрочность (секция 2.2), они могут использоваться только при низких скоростях резания. Благодаря их высокой износостойкости и прочности, микро-зернистые твердые сплавы, используются для обработки на станке сплавов АL-Si, для выравнивания вальцов литейного чугуна [8], обработки древесины, и дрелей для композиционных материалов (монтажные платы).