Cos'è il metallo duro e i suoi usi

Che cosa è metallo duroUn altro nome per il metallo duro è carburo cementato. Come importante materiale ingegneristico, l'Hardmetal è stato ampiamente utilizzato nella lavorazione meccanica, nell'industria mineraria, nel settore aerospaziale e in altri campi grazie alla sua eccellente durezza, resistenza all'usura e stabilità alle alte temperature. Il presente documento illustra in dettaglio la composizione, il processo di preparazione, la microstruttura, le proprietà meccaniche e l'applicazione dell'Hardmetal, con l'obiettivo di fornire un riferimento ai ricercatori e ai tecnici di ingegneria dei settori correlati.

1.Introduzione L'hardmetal è un materiale composito costituito da carburi metallici refrattari (come ad es. carburo di tungsteno WC, carburo di titanio TiC, ecc.) e metalli leganti (come cobalto Co, nichel Ni, ecc.) attraverso la metallurgia delle polveri. Dal suo avvento negli anni '20, l'Hardmetal è diventato rapidamente un punto di riferimento per la ricerca nel campo della scienza e dell'ingegneria dei materiali, grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e alle ampie prospettive di applicazione.

2. Composizione e classificazione dei metalli duri 

2.1 Composizione Il metallo duro è composto principalmente da due parti: Fase dura: solitamente carburi metallici refrattari come carburo di wolframio (WC), carburo di titanio (TiC), carburo di tantalio (TaC), ecc. Questi carburi hanno una durezza e una resistenza all'usura estremamente elevate e sono la principale fase portante dell'Hardmetal. Fase legante: solitamente metalli come il cobalto (Co) e il nichel (Ni). La funzione della fase legante è quella di legare insieme le particelle della fase dura e di fornire una certa tenacità e resistenza agli urti.

2.2 Classificazione In base alla differenza tra la fase dura e la fase legante, l'Hardmetal può essere suddiviso nelle seguenti categorie: Metallo duro WC-Co: È il tipo più comune di metallo duro, ampiamente utilizzato per utensili da taglio, stampi e parti resistenti all'usura. WC-TiC-Co Hardmetal: l'aggiunta di TiC migliora le prestazioni ad alta temperatura e la resistenza all'ossidazione della lega, che è adatta al taglio ad alta velocità. Metallo duro TiC-Ni-Mo: Con il TiC come fase dura e il Ni-Mo come fase legante, ha un'elevata durezza e resistenza all'usura ed è adatto alla lavorazione di alta precisione.

3. Processo di preparazione dell'Hardmetal 

3.1 Preparazione delle polveri La preparazione di Hardmetal richiede innanzitutto l'ottenimento di polveri di fase dura e di fase legante di elevata purezza. I metodi più comuni includono: Metodo di carbonizzazione: facendo reagire la polvere di metallo con polvere di carbonio ad alta temperatura per generare carburo. Metodo di riduzione: riducendo gli ossidi metallici per ottenere polvere di metallo.

3.2 Miscelazione e stampaggio Miscelare le polveri della fase dura e della fase legante in una certa proporzione e distribuirle uniformemente attraverso processi come la macinazione a sfere. La polvere miscelata viene pressata e modellata per formare un pezzo grezzo della forma desiderata.

3.3 Sinterizzazione Il grezzo formato viene sinterizzato ad alta temperatura per fondere la fase legante e bagnare le particelle di fase dura per formare una struttura di lega densa. Il processo di sinterizzazione ha un'influenza decisiva sulle prestazioni finali di Hardmetal.

4. Microstruttura del metallo duro 

4.1 Distribuzione della fase dura e della fase legante La microstruttura dell'Hardmetal è composta principalmente da particelle di fase dura e matrice di fase legante. Le dimensioni, la forma e la distribuzione delle particelle di fase dura hanno un'importante influenza sulle prestazioni della lega. Le particelle fini di fase dura possono migliorare la durezza e la resistenza all'usura della lega, mentre la distribuzione uniforme contribuisce a migliorare la tenacità della lega.

4.2 Confini di grano e confini di fase I confini di grano e i confini di fase nei metalli duri sono fattori importanti che influenzano le proprietà meccaniche. La forza del confine di grano e lo stato di legame del confine di fase determinano direttamente la resistenza alla frattura e all'usura della lega.

5.Proprietà meccaniche del metallo duro 

5.1 Durezza La durezza del metallo duro dipende principalmente dal tipo e dal contenuto della fase dura. La durezza del metallo duro WC-Co è solitamente compresa tra HRA 88-94, molto superiore a quella dell'acciaio comune.

5.2 Resistenza all'usura La resistenza all'usura di Hardmetal è una delle sue proprietà più importanti. Grazie all'elevata durezza della fase dura e alla buona tenacità della fase legante, l'Hardmetal presenta un'eccellente resistenza all'usura in condizioni di taglio ad alta velocità e di carico pesante. 5.3 Resistenza alla flessione La resistenza alla flessione di Hardmetal è influenzata principalmente dal contenuto di fase legante e dalla dimensione delle particelle della fase dura. Un contenuto adeguato di fase legante può migliorare la resistenza alla flessione della lega, ma un contenuto troppo elevato di fase legante riduce la durezza della lega.

5.4 Prestazioni alle alte temperature L'hardmetal è in grado di mantenere un'elevata durezza e resistenza alle alte temperature, il che lo rende ampiamente utilizzato nel taglio e nella lavorazione a caldo.

6.Applicazione di Hardmetal 

6.1 Utensili da taglio Il metallo duro è ampiamente utilizzato negli utensili da taglio, come ad esempio utensili di tornitura, frese e punte da trapano in carburo. Ad esempio, le aste Hardmetal sono utilizzate per la lavorazione di frese e punte da trapano. L'elevata durezza e la resistenza all'usura le rendono performanti in condizioni di taglio ad alta velocità e con carichi pesanti.

6.2 Strumenti per l'estrazione mineraria L'hardmetal è utilizzato per produrre strumenti per l'estrazione mineraria, come punte e picconi. La sua elevata resistenza all'usura e agli urti lo rende adatto agli ambienti minerari più difficili.

6.3 Stampi Hardmetal è utilizzato per la produzione di stampi per la testa a freddo, stampi per la trafilatura e altri stampi. L'elevata durezza e la resistenza all'usura ne determinano una lunga durata in condizioni di alta pressione e di elevata usura.

6.4 Aerospaziale L'Hardmetal viene utilizzato per produrre componenti ad alta temperatura e parti resistenti all'usura nel settore aerospaziale. Le sue eccellenti prestazioni ad alta temperatura e la sua resistenza all'usura lo rendono adatto ad ambienti estremi.

7.Tendenze di ricerca e sviluppo dell'Hardmetal 

7.1 Nano Hardmetal Con lo sviluppo del nanotecnologiaIl nano metallo duro è diventato un punto di riferimento per la ricerca. Il nano metallo duro ha una durezza e una tenacità superiori e si prevede che verrà utilizzato nella lavorazione di ultra-precisione e nella produzione di micro-nano.

7.2 Tecnologia di rivestimento Depositando rivestimenti resistenti all'usura (come TiN, TiAlN, ecc.) sulla superficie dell'Hardmetal, è possibile migliorarne ulteriormente la resistenza all'usura e la durata. La tecnologia di rivestimento è diventata una direzione importante per la ricerca sull'Hardmetal.

7.3 Nuove fasi leganti Lo studio di nuove fasi leganti (come leghe a base di Fe e Ni) per migliorare la tenacità e le prestazioni ad alta temperatura di Hardmetal è una direzione importante per lo sviluppo futuro.

8. Conclusioni Come importante materiale ingegneristico, l'Hardmetal occupa una posizione di rilievo nel campo della scienza e dell'ingegneria dei materiali grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e alle ampie prospettive di applicazione. Con i progressi della ricerca sulle nanotecnologie, sulla tecnologia di rivestimento e sulle nuove fasi del legante, le prestazioni dell'Hardmetal saranno ulteriormente migliorate e il suo campo di applicazione continuerà ad espandersi.