Распространенные дефекты и причины спекания твердого сплава

Твердый сплав — это композитный материал, изготовленный из тугоплавких карбидов металлов высокой твердости (таких как карбид вольфрама WC, карбид титана TIC и т. д.) в качестве матрицы и спеченный с металлическими связующими (такими как кобальт CO, никель Ni и т. д.) при высокой температуре и высоком давлении. Этот материал обладает высокой твердостью и хорошей износостойкостью и широко используется во многих областях.

Процесс спекания твердого сплава в основном включает следующие этапы:

Удаление формовочного агента и стадия предварительного спекания:

На этом этапе формовочный агент постепенно разлагается или испаряется и удаляется из спеченного тела. В то же время добавление формовочного агента может добавлять углерод в спеченное тело, а количество добавляемого углерода варьируется в зависимости от типа, количества и процесса спекания формовочного агента.

Оксиды на поверхности порошка восстанавливаются, и водород может восстанавливать оксиды кобальта и вольфрама. При удалении формообразующего агента и проведении спекания в условиях вакуума реакция между углеродом и кислородом не является сильной.

Контактное напряжение между частицами порошка постепенно устраняется, связующий металлический порошок начинает восстанавливаться и рекристаллизоваться, начинает происходить поверхностная диффузия, прочность прессовки повышается.

Стадия твердофазного спекания (800℃--температура эвтектики):

При температуре, предшествующей появлению жидкой фазы, продолжается процесс предыдущей стадии, интенсифицируются твердофазная реакция и диффузия, усиливается пластическое течение, а спеченное тело дает значительную усадку.

Стадия жидкофазного спекания (температура эвтектики – температура спекания):

При появлении в спеченном теле жидкой фазы усадка быстро завершается, после чего следует кристаллизационное превращение с образованием базовой организации и структуры сплава.

Стадия охлаждения (температура спекания – комнатная температура):

Организация и фазовый состав сплава претерпевают определенные изменения при различных условиях охлаждения. Эта особенность может быть использована для термической обработки твердого сплава с целью улучшения его физико-механических свойств.

Эти этапы совместно определяют конечные характеристики и структуру твердого сплава и являются ключевыми этапами в процессе его подготовки.

Спекание относится к процессу преобразования порошковых материалов в плотные тела, что является очень важным этапом в процессе производства твердого сплава. Процесс спекания твердого сплава можно разделить на четыре основных этапа: удаление формообразующего агента и этап предварительного спекания; этап твердофазного спекания (800℃--температура эвтектики); этап жидкофазного спекания (температура эвтектики--температура спекания); этап охлаждения (температура спекания--комнатная температура). Однако из-за сложности процесса спекания и жестких условий легко получить дефекты и снизить качество продукта, если не уделять этому внимания.

Наиболее распространенные дефекты спекания и их причины:

1. Отслаивание Твердый сплав с дефектами отслаивания склонен к разрыву и рассыпанию. Основная причина отслаивания заключается в том, что контактное воздействие кобальта в прессовке заставляет углеродсодержащий газ разлагать в ней свободный углерод, что приводит к снижению локальной прочности прессовки, что приводит к отслаиванию.

2. Дырки Дырки относятся к порам размером более 40 мкм. Основной причиной образования дырок является наличие в спеченном теле примесей, которые не смачиваются расплавленным металлом, или же имеет место серьезная сегрегация твердой фазы и жидкой фазы, которая может образовывать дырки.

3. Пузыри Пузыри приведут к образованию выпуклых криволинейных поверхностей на поверхности твердого сплава, тем самым снижая производительность продукта. Основные причины появления пузырей:

1) Воздух собирается в спеченном теле. В процессе усадки при спекании спеченное тело появляется в жидкой фазе и уплотняется, что приведет к тому, что воздух не сможет выйти, а затем на поверхности спеченного тела с наименьшим сопротивлением образуются пузыри; 2) В спеченном теле происходит химическая реакция, которая генерирует большое количество газа. Газ концентрируется в спеченном теле, и пузыри образуются естественным образом.

4. Деформация Распространенные явления деформации твердого сплава включают пузыри и вогнутости. Основными причинами деформации являются: неравномерное распределение плотности блока; серьезный локальный дефицит углерода в спеченном теле; необоснованная загрузка лодочки; неровная прокладка.

5. Черная сердцевина Черная сердцевина относится к части с рыхлой структурой на изломе сплава. Основная причина черной сердцевины: слишком низкое или слишком высокое содержание углерода.

6. Трещины Трещины являются обычным явлением в процессе спекания твердого сплава. Основные причины появления трещин:

(1) Релаксация давления не происходит сразу после высыхания прессовки, а эластичность быстро восстанавливается в процессе спекания;

(2) Часть прессовки сильно окисляется при высыхании, и тепловое расширение окисленной области отличается от теплового расширения неокисленной области.