Что такое твердый металл и его применение

Что такое твердый металлДругое название хардметалла - цементированный карбид. Будучи важным инженерным материалом, твердый металл широко используется в механической обработке, горнодобывающей, аэрокосмической и других областях благодаря своей превосходной твердости, износостойкости и высокой термостойкости. В данной статье подробно рассматриваются состав, процесс получения, микроструктура, механические свойства и применение твердого сплава, с целью предоставления справочной информации для исследователей и инженерно-технических работников в смежных областях.

1.Введение Твердый металл - это композитный материал, изготовленный из карбидов тугоплавких металлов (таких как карбид вольфрама WC, карбид титана TiC и т.д.) и связующих металлов (таких как кобальт Co, никель Ni и т.д.) посредством порошковой металлургии. С момента своего появления в 1920-х годах твердый металл быстро стал центром исследований в области материаловедения и инженерии благодаря своим превосходным механическим свойствам и широким возможностям применения.

2. Состав и классификация твердых металлов 

2.1 Состав Твердый металл в основном состоит из двух частей: Твердая фаза: обычно карбиды тугоплавких металлов, таких как карбид вольфрама (WC), карбид титана (TiC), карбид тантала (TaC) и др. Эти карбиды обладают чрезвычайно высокой твердостью и износостойкостью и являются основной несущей фазой Hardmetal. Связующая фаза: обычно это металлы, такие как кобальт (Co) и никель (Ni). Функция связующей фазы заключается в связывании частиц твердой фазы вместе и обеспечении определенной вязкости и ударопрочности.

2.2 Классификация В соответствии с разницей между твердой фазой и фазой связующего, твердый металл можно разделить на следующие категории: Твердый металл WC-Co: Это наиболее распространенный тип твердого сплава, широко используемый в режущих инструментах, пресс-формах и износостойких деталях. Твердый металл WC-TiC-Co: При добавлении TiC, высокая температура производительность и сопротивление окислению сплава улучшаются, который подходит для высокоскоростной резки. Твердый сплав TiC-Ni-Mo: С TiC в качестве твердой фазы и Ni-Mo в качестве связующей фазы, он имеет высокую твердость и износостойкость и подходит для высокоточной обработки.

3. Процесс приготовления твердого металла 

3.1 Подготовка порошка Для приготовления Hardmetal сначала необходимо получить высокочистые порошки твердой фазы и связующей фазы. Обычные методы включают: Метод карбонизации: реакция металлического порошка с углеродным порошком при высокой температуре с образованием карбида. Метод восстановления: путем восстановления оксидов металлов для получения металлического порошка.

3.2 Смешивание и формование Смешайте порошки твердой фазы и связующего в определенной пропорции и сделайте их равномерно распределенными с помощью таких процессов, как шаровой помол. Смешанный порошок прессуется и формуется для получения заготовки нужной формы.

3.3 Спекание Сформированная заготовка спекается при высокой температуре, чтобы расплавить связующую фазу и смочить частицы твердой фазы для формирования плотной структуры сплава. Процесс спекания оказывает решающее влияние на конечные характеристики Hardmetal.

4. Микроструктура твердых сплавов 

4.1 Распределение твердой фазы и связующей фазы Микроструктура Hardmetal состоит в основном из частиц твердой фазы и матрицы связующей фазы. Размер, форма и распределение частиц твердой фазы оказывают важное влияние на характеристики сплава. Мелкие частицы твердой фазы могут повысить твердость и износостойкость сплава, а равномерное распределение способствует повышению вязкости сплава.

4.2 Границы зерен и границы фаз Границы зерен и границы фаз в твердом сплаве являются важными факторами, влияющими на его механические свойства. Прочность границы зерна и состояние связи между фазовыми границами напрямую определяют сопротивление разрушению и износостойкость сплава.

5.Механические свойства твердых металлов 

5.1 Твердость Твердый металл в основном зависит от типа и содержания твердой фазы. Твердость твердого металла WC-Co обычно находится в диапазоне HRA 88-94, что намного выше, чем у обычной стали.

5.2 Износостойкость Износостойкость Hardmetal является одним из его важнейших свойств. Благодаря высокой твердости твердой фазы и хорошей вязкости связующей фазы, Hardmetal демонстрирует отличную износостойкость в условиях высокоскоростного резания и больших нагрузок. 5.3 Прочность на изгиб Прочность на изгиб Hardmetal в основном зависит от содержания связующей фазы и размера частиц твердой фазы. Соответствующее содержание связующей фазы может повысить прочность сплава на изгиб, но слишком высокое содержание связующей фазы приведет к снижению твердости сплава.

5.4 Высокотемпературные характеристики Твердый металл может сохранять высокую твердость и прочность при высоких температурах, что позволяет широко использовать его для высокотемпературной резки и горячей обработки.

6.Применение твердых металлов 

6.1 Режущие инструменты Твердый металл широко используется в режущих инструментах, таких как токарные инструменты, фрезы и твердосплавные сверла. Например, прутки Hardmetal используются для обработки фрез и сверл. Благодаря высокой твердости и износостойкости он хорошо работает в условиях высокоскоростного резания и больших нагрузок.

6.2 Горные инструменты Твердый металл используется для изготовления горных инструментов, таких как буровые коронки и резцы. Благодаря высокой износостойкости и ударопрочности он отлично работает в тяжелых условиях горной промышленности.

6.3 Штампы Hardmetal используется для изготовления штампов для холодной высадки, штампов для волочения проволоки и других штампов. Благодаря высокой твердости и износостойкости они долго служат в условиях высокого давления и сильного износа.

6.4 Аэрокосмический твердый металл используется для производства высокотемпературных компонентов и износостойких деталей в аэрокосмической отрасли. Благодаря отличным высокотемпературным характеристикам и износостойкости он отлично работает в экстремальных условиях.

7.Исследования и тенденции развития твердых металлов 

7.1 Нанотвердый металл С развитием нанотехнологииНанотвердый металл стал горячей точкой исследований. Нанотвердый металл обладает повышенной твердостью и прочностью, и, как ожидается, будет использоваться в сверхточной обработке и микро-нано производстве.

7.2 Технология нанесения покрытий Нанесение износостойких покрытий (таких как TiN, TiAlN и т. д.) на поверхность твердого сплава позволяет еще больше повысить его износостойкость и срок службы. Технология нанесения покрытий стала важным направлением исследований твердого металла.

7.3 Новая связующая фаза Изучение новых связующих фаз (например, сплавов на основе Fe, Ni-) для улучшения вязкости и высокотемпературных характеристик Hardmetal является важным направлением дальнейшего развития.

8. Заключение Как важный инженерный материал, твердый сплав занимает важное место в области материаловедения и инженерии благодаря своим превосходным механическим свойствам и широким возможностям применения. С развитием нанотехнологий, технологий нанесения покрытий и новых связующих фаз характеристики твердого сплава будут улучшаться, а область его применения расширяться.