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    碳化钨硬质合金的制造

    时间:2015-10-21 17:27:01来源:本站人气:933

          制造碳化物硬质合金的第一而且最重要的步骤是研磨混合有钴粘结剂的主成分碳化钨。研磨的目的不仅是要减小碳化物的粒度,而且要使钴粘结剂分散均匀、良好。在工业实践上,碳化物的混合物是湿磨的,采用回转式磨机、振动磨机或辗磨机均可,以回转式磨机为普遍。研磨通常是用纯粹的碳化钨球在碳化氢液体中进行的。研磨时间可以是一天或数天不等,取决于粒度的大小和所需的分布。研磨不足会导致高的孔隙度,降低成品的强度;但过度研磨又会使粒度太小和掺入过多杂质。

          在简单碳化物的情况下,全部组成分通常都在研磨开始时加入。但对切削钢的牌号而言,含有TiC和(或)TaC的固溶碳化物则常在加入简单碳化物之前先研磨一段时间。研磨之后倾泻出或虹吸掉研磨液。碳化物浆料在真空干燥器或低温炉中干燥,或现在更普遍地是用喷雾法干燥。经研磨的碳化物用湿法或干法筛分以除去片状的钻或任何聚块。

          在压制之前可向碳化物粉料加入石蜡、樟脑、蜡或甲撑二醇等作为粘合剂,目的是使预压制零件具有强度和起润滑作用。在美国,普遍使用的石蜡是以熔融状态在真空干燥过程中喷撒在千粉上,或在喷雾干燥前以一种熔于适当碳氢溶剂的浓度为5~10%的溶液喷上。然后干燥这种上了蜡的粉末并使其球化;从而在压制时有好的流动性和充填性。有一种方法是首先在一个高能混合器中使粉末均匀化,随后在小于最终压力三分之一的压力下压制,借助于把压制物料挤过一个大致估计了尺寸的金属筛的方法造粒,粒球过筛,筛上筛下的球粒进行再处理。

          另一种.造粒方法是合并到喷粉干燥过程中的。在这一过程中,碳化物浆、碳化氢溶剂(通常是研磨浆)和石蜡在槽内向上喷到从槽顶下来的热气流中,浆料干燥成理想的球粒,落到槽底并收集起来。这种造粒方法不仅具有便于生产的优点,而且产生出流动性和充填性极好的球粒。

          然后,标准形状的刀具和其它大体积零件在自动水压机或机械压力机中用衬碳化钨的模具进行压制。采用的压力是21.1~42.2公斤/毫米2(30~60千磅,英寸2)。零件压制得留有足够的尺寸余量以备烧结时收缩和随后的修磨。准确的收缩量取决于碳化物的牌号和压制压力,但通常接近于15~20%。

          对于那些不是按尺寸压制的或小体积零件,通常是把碳化物压成大锭块或锭坯,再从中切削或经成形加工成零件。有些切削工艺和成形工艺可以使用压制状态的碳化物,但成形加工一般在预烧结之后进行。预烧结可使压制坯具有一定强度。大锭块或坯块通常在一个具有旁凸轮的对开模中压实。压制锭块时,常采用高达42.2公斤/毫米2(60千磅/英寸2)的压力,而压制大零件[直径大予102毫米(大干4英寸)]时,较常用的压力是7~14公斤/毫米2(10~20千磅/英寸2)。    .

          对于大零件,一般所采用的另一种压实方法是等静压压制。在这种方法中,粉末装在一个密封的挠性容器内,此容器又悬置于盛在密封压力容器里的液体中。采用的压力在20~30公斤/毫米2(28.4~42.7千磅/英寸2)之间。压制后,压实块按相似于前面所述的机械或水压零件的方式进行处理。

          对于诸如压模、拉模、壳芯等大零件的生产,常采用热压技术。在这一工艺中,粉末混合物在1300~1600℃温度和0.56~2.1公斤/毫米2(0.8~3千磅/英寸2)压力下,在石墨模子中压实,同时进行烧结。

          在冷压实之后通常需要进行预烧结和烧结。预烧结是一种低温热处理,目的在于去除石蜡粘结剂和在需要时给予压块足够的强度以利成形操作。经预烧结的压块达到如同粉笔那样的坚实程度,容易借助于钻、削、磨或车等工艺来戍形。

          预烧结周期包括把压块缓慢加热到大约400℃并保温,保温时间应足以去除粘结剂石蜡。一旦石蜡完全去除,温度随即升到800~1150℃,并按预先确定的时问保温,使产生一定程度的烧结。如若压块不要求预成形,则不必进行预烧结,而在去除石蜡粘结剂后进行最终烧结。

          WC-Co压块的烧结是在1350~1550℃的温度下与液相钴粘结剂(Co-W-C低共熔体)一起进行的。准确的烧结温度取决于碳化物的成分,平均粒度和粒度分布。对含有钛和钽碳化物的切削钢用的牌号,一般采用较高温度;对WC-Co简单碳化物的牌号和特别是那些粒度小的牌号则采用较低的烧结温度。

          烧结时间同样是重要的,因为与烧结温度一样,也会影响烧结性能。在烧结开始阶段,机械性能提高,但在以后的阶段中就要降低。性能的降低与晶粒长大、晶粒聚合以及可能偏离化学计量有关(Gurland,1960)。

          尽管在压实过程中采用高压,但在非烧结状态下所得的密度不可能大大超过60%理论密度。在烧结温度下,发生趋向于理论密度的致密作用,从而实际上消除任何孔隙空间。在烧结过程中发生的线性收缩程度取决于一系列因素,包括成分、压制压力、平均粒度、粒度分布等,但一般介于15~20%。近年来,在需要无孔隙材料时,一直就是用热等静压工艺的。
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