硬质合金大规格顶锤缺陷消除的研究
摘要
硬质合金内部显微孔洞等缺陷将加剧脆性断裂,特别是大规格硬质合金制品内部缺陷更加难以克服。本文从如何实现合金高密度和高强度角度着手,系统研究了压制成形、烧结过程硬质合金顶锤的制备工艺及各种工艺参数影响抗断裂强度的规律性,探索了合金内部缺陷消除的机理。
工艺研究表明:普通单向压制时缓慢而匀速地加压,可制备出质量较好的顶锤压坯,在脱模时以预负荷和≤0.5毫米/秒的渐开模方式可避免弹性后效造成压坯裂纹。由压制方程1gp=1gp_max-L(β-1)可知,要制备理想致密的大规格顶锤压坯,等静压成型能满足压制压力要求且使压坯各方向上均匀致密。石蜡工艺大制品顶锤在脱蜡阶段,270℃-400℃为成型剂石蜡的主要脱除阶段,400℃-750℃时有气体释放高峰状态,在脱蜡预烧阶段设置合理工艺参数可以防止合金裂纹,但压坯本身若存在微裂纹缺陷,必然会显露出来影响产品质量。由于顶锤大制品在高温烧结时毛细管压力会产生阻力Pr,本文计算出来的毛细管阻力Pr=3.96×10~6Pa,压力烧结时用压力P=5x10~6Pa>Pr,烧结体内的孔隙才能被消除。合金从1420℃至1300℃之间以13℃/分钟快冷工艺可使孔隙长度2a减小,张力表面到缺陷距离△t增大,快冷相当于减少了合金在高温的保温时间,抑制WC异常长大,使合金WC晶粒相对均匀,从而提高合金强度。
The flaw as micropore and so forth in the cemented carbide will made material brittle fracture. Especially the flaw in big size cemented carbide is more difficult to prevent the brittle fracture. This paper says how to achieve the cemented carbide of high compact and high strength. Research the product technology of compacting and sintering process about cemented carbide anvil in systematic, regularity about different process date influence resist break strength, Seeked the principle about eliminate the flaw in cemented carbide.Through the reaseach about process make clear: Compacting slowly and equally as common single-action pressing, also can produce good anvil compact. Pattern about ejection process gradually with 0.5mm/sec and top punch hold down can avoid compact crack by spring back. From pressing equation LgP=LgP_max-L(β-1) can know, want to get complete compact big size anvil compact, cold isostatic pressing can provide pressing pressure and make compact all kinds direction equally compact. The big size anvil used wax as plasticizer at dewaxing. The main dewax stage from 270℃ to 400℃. Have gas release summit between 400℃ and 750℃. Setting up rational process date at dewax stage can prevent cemented carbide crack. But the crack will appear and impair the quality of products when the microcrack flaw inner compact. Resistance about capillary pressure of big size anvil at high sintering temperature is P_r,the
value of resistance about capillary pressure calculate in this paper Pr =3.96 x 106Pa. Pressure of gas pressure sintering P=5 * 106Pa>Pr, pore in sintering blank can be remove. The length of pore 2a can be decreased when cemented carbide quickly cool as 13°C/min from 1420°C to 1300 °C. The distance of surface tension to flaw A t will increase. The cemented carbide used quickly cool is equal to reduce sintering time at high sintering temperature,the extremely growth of tungsten carbide grain be restrained, made the tungsten carbide grain more equal,so the strength of cemented carbide improved.
工艺研究表明:普通单向压制时缓慢而匀速地加压,可制备出质量较好的顶锤压坯,在脱模时以预负荷和≤0.5毫米/秒的渐开模方式可避免弹性后效造成压坯裂纹。由压制方程1gp=1gp_max-L(β-1)可知,要制备理想致密的大规格顶锤压坯,等静压成型能满足压制压力要求且使压坯各方向上均匀致密。石蜡工艺大制品顶锤在脱蜡阶段,270℃-400℃为成型剂石蜡的主要脱除阶段,400℃-750℃时有气体释放高峰状态,在脱蜡预烧阶段设置合理工艺参数可以防止合金裂纹,但压坯本身若存在微裂纹缺陷,必然会显露出来影响产品质量。由于顶锤大制品在高温烧结时毛细管压力会产生阻力Pr,本文计算出来的毛细管阻力Pr=3.96×10~6Pa,压力烧结时用压力P=5x10~6Pa>Pr,烧结体内的孔隙才能被消除。合金从1420℃至1300℃之间以13℃/分钟快冷工艺可使孔隙长度2a减小,张力表面到缺陷距离△t增大,快冷相当于减少了合金在高温的保温时间,抑制WC异常长大,使合金WC晶粒相对均匀,从而提高合金强度。
The flaw as micropore and so forth in the cemented carbide will made material brittle fracture. Especially the flaw in big size cemented carbide is more difficult to prevent the brittle fracture. This paper says how to achieve the cemented carbide of high compact and high strength. Research the product technology of compacting and sintering process about cemented carbide anvil in systematic, regularity about different process date influence resist break strength, Seeked the principle about eliminate the flaw in cemented carbide.Through the reaseach about process make clear: Compacting slowly and equally as common single-action pressing, also can produce good anvil compact. Pattern about ejection process gradually with 0.5mm/sec and top punch hold down can avoid compact crack by spring back. From pressing equation LgP=LgP_max-L(β-1) can know, want to get complete compact big size anvil compact, cold isostatic pressing can provide pressing pressure and make compact all kinds direction equally compact. The big size anvil used wax as plasticizer at dewaxing. The main dewax stage from 270℃ to 400℃. Have gas release summit between 400℃ and 750℃. Setting up rational process date at dewax stage can prevent cemented carbide crack. But the crack will appear and impair the quality of products when the microcrack flaw inner compact. Resistance about capillary pressure of big size anvil at high sintering temperature is P_r,the
value of resistance about capillary pressure calculate in this paper Pr =3.96 x 106Pa. Pressure of gas pressure sintering P=5 * 106Pa>Pr, pore in sintering blank can be remove. The length of pore 2a can be decreased when cemented carbide quickly cool as 13°C/min from 1420°C to 1300 °C. The distance of surface tension to flaw A t will increase. The cemented carbide used quickly cool is equal to reduce sintering time at high sintering temperature,the extremely growth of tungsten carbide grain be restrained, made the tungsten carbide grain more equal,so the strength of cemented carbide improved.
引文
[1] 方啸虎主编.超硬材料基础与标准.北京:中国建材工业出版社,1998.3～18
[2] 周东晨等编著.金刚石合成工艺.北京:机械工业出版社,1998.1
[3] (苏)洛沙克著.硬质合金的强度和寿命.北京:冶金工业出版社,1990.33～40
[4] 曾德麟主编.粉末冶金材料.北京:冶金工业出版社,1997.75～86
[5] 王民等.硬质合金顶锤和压缸的破裂特征、破坏因素的分析和提高使用寿命的途径.硬质合金,1994,11(4):233～237
[6] 邹仿棱.国内外顶锤生产技术状况及发展方向.有色金属,1999,12:7～8
[7] 呼文贤.超硬材料的研究与发展.硬质合金,1996,13(1):42～45
[8] 陆远明等编.国外硬质合金.北京:冶金工业出版社,1976.360～362
[9] 株洲硬质合金厂编.硬质合金的使用.北京:冶金工业出版社,1973.11～12
[10] 彭文.硬质合金六面顶大顶锤的质量控制.硬质合金,2003.4:2～9
[11] 陈楚轩编著.硬质合金牌号成份设计和牌号选择.中国有色金属加工工业协会硬质合金分会组织出版,1997.111
[12] 陈楚轩编著.硬质合金生产过程中的质量控制.中国有色金属加工工业协会硬质合金分会组织出版,1998.4～7
[13] 唐群等.进口硬质合金顶锤和压缸的解剖分析.粉末冶金技术,1996,1:44～51
[14] 吴恩熙.国外梯度硬质合金发展.稀有金属与硬质合金,1995,122:59～60
[15] 郑国梁等.硬质合金成型剂的现状与发展趋势.稀有金属与硬质合金,1992,109:39
[16] 伍春华.硬质合金顶锤真空烧结新工艺的探讨.第六次全国硬质合金学术会议论文集.云南:中国金属学会粉末冶金学会难熔金属及硬质合金学术委员会,1995.156～160
[17] 袁立泰等.硬质合金大型压缸的研制.第六次全国硬质合金学术会议论文集.云南:中国金属学会粉末冶金学会难熔金属及硬质合金学术委员会,1995.218～219
[18] 株洲硬质合金厂.石蜡取代橡胶作成型剂生产钨钴类硬质合金工艺试验报告.1980.1～22
[19] Kenneth J A Brookes. Hardmetals and hard materials. United kingdom: international carbide data, 1996. 48～49
[20] 李沐山.提高锒嵌硬质合金顶锤的高压室的寿命.国外难熔金属与硬质合金,1993,(1):52～54
[21] 方啸虎主编.超硬材料科学与技术(上卷).北京:中国建材工业出版社,1998.312～314
[22] 曾德麟主编.粉末冶金材料.北京:冶金工业出版社(中南工业大学教材料翻印),1997.4～190
[23] 铃木寿等.WC-Co合金的冲击强度与合金中缺陷的关系.铃木寿论文选译.中国有色金属加工工业协会硬质合金分会出版,1985.26～34
[24] 刘寿荣.硬质合金顶锤的组织缺陷和质量评估.硬质合金,1998,15(2):65～72
[25] 李晋尧.WC-Co合金断裂行为行径的观察和分析.粉末冶金技术,1996,14(2):84～86
[26] 黄培云主编.粉末冶金原理.北京:冶金工业出版社,1982.266～428
[27] 吴训珍等.硬质合金顶锤破裂原因的探讨.第六次全国硬质合金学术会议论文集.云南:中国金属学会粉末冶金学会难熔金属及硬质合金学术委员会,1995.115～120
[28] S·Roure(法国).碳化钨和钻粉混合料的模压分析.国外难熔金属与硬质材料,2000,16(1):15～22
[29] 张鹏.压制压力对硬质合金性能的影响.硬质合金,2002,19(1):43～46
[30] 曹顺华.粉末压坯密度分布的研究.中南矿冶学院学报,1993,24(3):370～377
[31] 株洲硬质合金厂.硬质合金生产.北京:冶金工业出版社,1974.184～186
[32] 自贡硬质合金厂技工学校.硬质合金生产原理与工艺(下册).95～102
[33] G·Leitner等.钨钴硬质合金烧结过程中的收缩、液相形成和气体反应及与WC晶粒度的关系.14th INTERNATIONAL PLANSEE SEMINAR’97(第14届国际普兰西学术会议译文选集).中国有色金属工业硬质合金信息网出版,1997.206～209
[34] 李开能.石蜡工艺YG类硬质合金的碳量控制.第六次全国硬质合金学术会议论文集.云南:中国金属学会粉末冶金学会难熔金属及硬质合金学术委员会出版,1995.161～162
[35] 抚顺石油研究所.石蜡.烃加工出版社,1987.17～18
[36] M·Freund等(匈牙利).石蜡产品的性质、生产及应用.烃加工出版社,1988.111～113
[37] 谭文生等.低压烧结压力对合金孔洞封闭的影响.2002年全国第八次硬质合金学术会议论文集.厦门:《硬质合金》杂志社出版,2002.43～46
[38] 黄建民.微细晶粒WC-Co硬质合金低压热等静压处理.硬质合金,1996,13(3):142～145
[39] 铃木寿等.硬质合金的抗弯强度与烧结后冷却速度的关系.铃木寿论文选辑.中国有色金属加工工业协会硬质合金分会出版,1985.112～119
[40] 林宏尔.WC-Co硬质合金的强度及其新的分析方法.铃木寿论文选辑.中国有色金属加工工业协会硬质合金分会出版,1985.34～40
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