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    WC-Ni系大直径无磁硬质合金模具的研制

    点击数:172018-11-27 来源:

    分布对无磁合金的影响最大;生产大型无磁合金模具的关键工艺因素是脱胶过程中的控碳。

    1前言随着磁电行业的蓬勃发展,对无磁硬质合金模具的需求越来越多,无磁硬质合金模具的尺寸也越来越大。众所周知,在现有的生产工艺技术条件下,生产一般小体积的WC-Ni系硬质合金制品并不是一件难事。

    但是要生产大体积(质量在10kg以上)的完全无磁性并且具有良好机械性能的WC-Ni系合金模具材料却是一件十分困难的事情。

    根据实践,主要难点有以下三点:由于体积大,很难做到模具材料内外各部分碳含量均匀一致。尤其是对于采用橡胶作成形剂的生产工艺来说,更是如此,最典型的是表面正常,而内部渗碳。

    无磁性所要求的两相合金的碳区很窄,导致了实际生产控碳极为困难。

    大体积制品在脱胶、烧结过程中防止开裂的工艺技术难度很高。

    有关无磁合金,特别是大型制品的信息一直被认为是厂家的技术秘密,因而公开的报道并不很多。本文结合多年工作实践,介绍了采用真空烧结工艺制备大尺寸无磁硬质合金模具的一些成功经验。

    2主要工艺方案的确定为我们制作的无磁合金模具的一个实例。其特点是尺寸大,厚壁;表面不能有任何缺陷;而且要求做到所有工作面不得有轻微磁性。很显然本产品形状比较简单,成形并不难;难点主要体现在控碳和烧结上。我们最初试验了真空脱胶工艺,发现:对于真无磁硬质合金模具示意图空脱胶直接烧结工艺,虽然有节省能源,压坯开裂倾向少等优点,但由于控碳困难,易导致烧坯碳的分布极不均。因此,我们认为用普通橡胶工艺制作的大压坯不宜采用真空脱胶烧结工艺。限于工艺条件,我们没有试验氢气烧结工艺。我们采用的工艺路线如所示。

    要生产无磁合金,需首先确定合金的基本成分。限于工艺条件不可能一一试验,只能先做模拟试验。一方面既要保证获得无磁性的硬质合金,又要使合金具有良好的机械性能。根据的报道,为制取WC-Ni系无磁合金,除降低合金的总碳外,还需添加少量W或Mo和碳化物。我厂有多年生产N系列凿岩硬质合金(WC-Co-Ni)的经验。

    在生产实践中我们发现,当控碳失败出现脱碳时,就可能导致合金矫顽磁力为零,合金出现无磁性。为了摸索最佳碳含量,我们按C/W=6.0%另加少量Mo和Cr3C2来配料。按常规的工艺流程制备试样。我们所用的成形剂为丁钠橡胶。试样分批在通微量甲烷气的氢气脱胶炉中排胶,烧结之前分析脱胶后的总碳,然后烧结。WC-12%Ni无磁合金的试验结果见表1.从表1可知:无磁合金理想的两相区碳含量范围是很窄的。我们最终选定的C/W比为5.表1WC-12%Ni无磁合金的机械性能f编号总碳含量/%抗弯强度/MPa矫顽磁力。1-1备注脱碳,无磁无磁弱磁有磁不带台阶的圆坯,经140燥后上车床车削。显而易见此法的另外的一个好处是:同一种压坯可车成尺寸较小的圆坯。

    33脱胶和预烧大型制品的脱胶是一个工艺技术性相当强的工作。对于用橡胶做成形剂的大型无磁合金压坯来说,可以说是非常关键的工序。1由核阶处易产生和分层咿压成nicpubr精控碳合理的工艺制度和较丰富的实践经验。

    脱胶时升温不能太快,因为:(1)容易造成烧结制品碳的分布不均匀,最典型的表现是表面脱碳,而芯部渗碳;(2)容易造成起泡;(3)容易造成制品开裂。

    分段控制H2+CH4混合气体的比例及流通量是控制产品内外碳含量是否均匀的关键。

    我们实测了短时脱胶和延长脱胶时间的样品的碳含量和碳的分布,结果见。

    脱胶时也要防止脱碳。当温度超过550°C以后,应将H2+CH4混合气体的流量调至小于0.5m1/h.如果CH4所占比例太高,超出某一范围,很容易导致合金局部沿边缘起皮。

    我们还发现,如果脱胶后经分析碳仍然偏高,可以通过返排使合金总碳降下来。返排的最终温度要在800 min这样“碳损失”为0.跟生产所有大型制品一样,若脱胶后不预烧,贝1烧结时极易开裂。即使真空烧结时升温很慢也难以避免。这是因为,未预烧的压坯在脱除成形剂后,强度很低,加上石墨电极加热升温速度较快,压坯在收缩过程中难免产生裂纹。我们推荐的最终预烧条件为34真空烧结大型压坯的烧结技术性也很强,我们采用的是真空烧结工艺。涂料要求首先能够防粘,其次要求不含石墨。否则易造成局部粘舟渗碳,使合金出现局部磁性。我们用自制的防粘涂料。涂料要刷得均匀平滑,以免影响收缩和引起变形。

    烧结前最好分析一下脱胶后压坯的总碳(可用废压块代替),总碳高的压坯可返排直至达到要求。

    真空烧结炉一般采用石墨电极加热,由于钼铑-钼热电偶在低温时热电势太小导致40~800°C难以自动精确控温,因此烧结的开始阶段最好采用手动控温,升温速度要比普通合金慢以免开裂,在1 000°C左右要保温足够时间以便碳氧反应进行完全。在1000~1280°C升温也要慢些,以便在出现液相之前碳能够充分扩散均匀。典型烧结工艺流程图如所示。

    无磁硬质合金典型烧结工艺流程由于生产无磁合金选用非饱和的WC碳较低,因此烧结温度要高于普通的WC-Co粉,WC在Ni中的溶解度高于在纯Co粘结硬质合金。表2为总碳为5.31%的WC-相中的溶解度;入的盒素较多1合0也在不同温度下厉的机械性能表2烧结温度对WC-10%Ni无磁合金机械性能的影响t烧结温度X:抗弯强度MPa密度-i-其工艺条件为:总碳531%,恒温150min 4结果分析经检验,我们生产的无磁合金完全达到了客户要求。精磨后的产品也没有任何缺陷。正常的无磁合金相组织如和所示。从中可以看出,本文所制作的无磁合金实际含有均匀分布的显微n相。关于这种显微n相,中作了论述。我们认为无磁合金应允许存在弥散分布的显微n相。因为在一定限度内,它对合金的抗弯强度影响很小。

    无磁合金的金相组织碳含量对合金机械性能的影响最大,跟普通硬质合金一样,在其他工艺条件相同的情况下,合金总碳不同,机械性能相差很大。

    从表1可知:在成分一定的情况下,有一临界的碳含量。低于这个临界点合金呈现无磁性,高于它则合金有磁。处于高碳侧的合金抗弯强度较高。当合金总碳位于低碳侧时,合金的硬度和密度较高。总碳低于5. 10%时,合金已经严重脱碳,抗弯强度急剧降低。上述结果表明,要实现合金完全无磁,需牺牲部分强度。这与报道是有出入的,关于这个问题,有待以后进一步研究。

    无磁合金中的显微n相烧结温度对合金的性能也有很大的影响。从表2可知:随着烧结温度的升高,合金的密度和抗弯强度是上升的,而硬度降低得并不明显。这可能是由于随着温度的升高,粘结相中溶入的合金元素增多。另外,加入的碳化物可能还有阻碍碳化钨晶粒长大的作用。

    2H2,甲烷都有一对应的平衡浓度,高出这个浓度,甲烷将导致合金增碳。在镍的催化作用下,增碳首先从压坯角尖边缘开始,一旦进行,则很快加深,从而析出碳粒子。沉积过多的碳粒子连片后,使合金在预烧后就发生局部膨胀。实际上,合金已经割裂,烧结导致的收缩使这一隐性割裂变成起皮,合金只得报废。

    5结束语空烧结的工艺条件下,严格控碳是制造无磁合金的关键。大型制品的预烧是防止开裂的最有效的措施。我们所制作的产品已经销往欧洲,并得到了客户的肯定。

    试验与研究两次碳化法制取细颗粒碳化钽的工艺研究汤仁中(株洲硬质合金厂钽铌制品分厂,湖南株洲41200⑴了探讨,结果表明:用硬质合金球作介质、带硬质合金衬板的球磨机代替高效粉碎机制粉,不仅可以明显降低产品粒度,而且能有效降低产品中的铁含量;采用新的工艺参数批量生产碳化钽,粒度细、杂质含量低,其质量能满足硬质合金工业的需要。

    碳化钽硬度大、熔点高、高温性能好,主要用作硬质合金添加剂,成为仅次于电子工业用钽的第二大用户。硬质合金中添加碳化钽能抑制硬质合金晶粒的长大,使其综合性能得到显著提高。

    随着高新技术的迅速发展,对硬质合金的质量和品种都提出了越来越高的要求。细颗粒或超细颗粒的碳化钨的生产和使用越来越多,为适应细颗粒及超细颗粒碳化钨的要求,碳化钽的粒度要求更细,其杂质含量要求也越来越低。在国外,已大量使用细颗粒碳



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