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          WC-Ni系大直徑無磁硬質合金模具的研制

          時間:2017-9-27 13:56:00   來源:中國模具網   添加人:admin

            分布對無磁合金的影響大;生產大型無磁合金模具的關鍵工藝因素是脫膠過程中的控碳。

            1前言隨著磁電行業的蓬勃發展,對無磁硬質合金模具的需求越來越多,無磁硬質合金模具的尺寸也越來越大。眾所周知,在現有的生產工藝技術條件下,生產一般小體積的WC-Ni系硬質合金制品并不是一件難事。

            但是要生產大體積(質量在10kg以上)的完全無磁性并且具有良好機械性能的WC-Ni系合金模具材料卻是一件十分困難的事情。

            根據實踐,主要難點有以下三點:由于體積大,很難做到模具材料內外各部分碳含量均勻一致。尤其是對于采用橡膠作成形劑的生產工藝來說,更是如此,典型的是表面正常,而內部滲碳。

            無磁性所要求的兩相合金的碳區很窄,導致了實際生產控碳極為困難。

            大體積制品在脫膠、燒結過程中防止開裂的工藝技術難度很高。

            有關無磁合金,特別是大型制品的信息一直被認為是廠家的技術秘密,因而公開的報道并不很多。本文結合多年工作實踐,介紹了采用真空燒結工藝制備大尺寸無磁硬質合金模具的一些成功經驗。

            2主要工藝方案的確定為我們制作的無磁合金模具的一個實例。其特點是尺寸大,厚壁;表面不能有任何缺陷;而且要求做到所有工作面不得有輕微磁性。很顯然本產品形狀比較簡單,成形并不難;難點主要體現在控碳和燒結上。我們初試驗了真空脫膠工藝,發現:對于真無磁硬質合金模具示意圖空脫膠直接燒結工藝,雖然有節省能源,壓坯開裂傾向少等優點,但由于控碳困難,易導致燒坯碳的分布極不均。因此,我們認為用普通橡膠工藝制作的大壓坯不宜采用真空脫膠燒結工藝。限于工藝條件,我們沒有試驗氫氣燒結工藝。我們采用的工藝路線如所示。

            要生產無磁合金,需首先確定合金的基本成分。限于工藝條件不可能一一試驗,只能先做模擬試驗。一方面既要保證獲得無磁性的硬質合金,又要使合金具有良好的機械性能。根據的報道,為制取WC-Ni系無磁合金,除降低合金的總碳外,還需添加少量W或Mo和碳化物。我廠有多年生產N系列鑿巖硬質合金(WC-Co-Ni)的經驗。

            在生產實踐中我們發現,當控碳失敗出現脫碳時,就可能導致合金矯頑磁力為零,合金出現無磁性。為了摸索佳碳含量,我們按C/W=6.0另加少量Mo和Cr3C2來配料。按常規的工藝流程制備試樣。我們所用的成形劑為丁鈉橡膠。試樣分批在通微量甲烷氣的氫氣脫膠爐中排膠,燒結之前分析脫膠后的總碳,然后燒結。WC-12Ni無磁合金的試驗結果見表1.從表1可知:無磁合金理想的兩相區碳含量范圍是很窄的。我們終選定的C/W比為5.表1WC-12Ni無磁合金的機械性能f編號總碳含量/抗彎強度/MPa矯頑磁力。1-1備注脫碳,無磁無磁弱磁有磁不帶臺階的圓坯,經140燥后上車床車削。顯而易見此法的另外的一個好處是:同一種壓坯可車成尺寸較小的圓坯。

            33脫膠和預燒大型制品的脫膠是一個工藝技術性相當強的工作。對于用橡膠做成形劑的大型無磁合金壓坯來說,可以說是非常關鍵的工序。1由核階處易產生和分層咿壓成nicpubr精控碳合理的工藝制度和較豐富的實踐經驗。

            脫膠時升溫不能太快,因為:(1)容易造成燒結制品碳的分布不均勻,典型的表現是表面脫碳,而芯部滲碳;(2)容易造成起泡;(3)容易造成制品開裂。

            分段控制H2+CH4混合氣體的比例及流通量是控制產品內外碳含量是否均勻的關鍵。

            我們實測了短時脫膠和延長脫膠時間的樣品的碳含量和碳的分布,結果見。

            脫膠時也要防止脫碳。當溫度超過550°C以后,應將H2+CH4混合氣體的流量調至小于0.5m1/h.如果CH4所占比例太高,超出某一范圍,很容易導致合金局部沿邊緣起皮。

            我們還發現,如果脫膠后經分析碳仍然偏高,可以通過返排使合金總碳降下來。返排的終溫度要在800 min這樣“碳損失”為0.跟生產所有大型制品一樣,若脫膠后不預燒,貝1燒結時極易開裂。即使真空燒結時升溫很慢也難以避免。這是因為,未預燒的壓坯在脫除成形劑后,強度很低,加上石墨電極加熱升溫速度較快,壓坯在收縮過程中難免產生裂紋。我們推薦的終預燒條件為34真空燒結大型壓坯的燒結技術性也很強,我們采用的是真空燒結工藝。涂料要求首先能夠防粘,其次要求不含石墨。否則易造成局部粘舟滲碳,使合金出現局部磁性。我們用自制的防粘涂料。涂料要刷得均勻平滑,以免影響收縮和引起變形。

            燒結前好分析一下脫膠后壓坯的總碳(可用廢壓塊代替),總碳高的壓坯可返排直至達到要求。

            真空燒結爐一般采用石墨電極加熱,由于鉬銠-鉬熱電偶在低溫時熱電勢太小導致40~800°C難以自動控溫,因此燒結的開始階段好采用手動控溫,升溫速度要比普通合金慢以免開裂,在1 000°C左右要保溫足夠時間以便碳氧反應進行完全。在1000~1280°C升溫也要慢些,以便在出現液相之前碳能夠充分擴散均勻。典型燒結工藝流程圖如所示。

            無磁硬質合金典型燒結工藝流程由于生產無磁合金選用非飽和的WC碳較低,因此燒結溫度要高于普通的WC-Co粉,WC在Ni中的溶解度高于在純Co粘結硬質合金。表2為總碳為5.31的WC-相中的溶解度;入的盒素較多1合0也在不同溫度下厲的機械性能表2燒結溫度對WC-10Ni無磁合金機械性能的影響t燒結溫度X:抗彎強度MPa密度-i-其工藝條件為:總碳531,恒溫150min 4結果分析經檢驗,我們生產的無磁合金完全達到了客戶要求。精磨后的產品也沒有任何缺陷。正常的無磁合金相組織如和所示。從中可以看出,本文所制作的無磁合金實際含有均勻分布的顯微n相。關于這種顯微n相,中作了論述。我們認為無磁合金應允許存在彌散分布的顯微n相。因為在一定限度內,它對合金的抗彎強度影響很小。

            無磁合金的金相組織碳含量對合金機械性能的影響大,跟普通硬質合金一樣,在其他工藝條件相同的情況下,合金總碳不同,機械性能相差很大。

            從表1可知:在成分一定的情況下,有一臨界的碳含量。低于這個臨界點合金呈現無磁性,高于它則合金有磁。處于高碳側的合金抗彎強度較高。當合金總碳位于低碳側時,合金的硬度和密度較高??偺嫉陀?. 10時,合金已經嚴重脫碳,抗彎強度急劇降低。上述結果表明,要實現合金完全無磁,需犧牲部分強度。這與報道是有出入的,關于這個問題,有待以后進一步研究。

            無磁合金中的顯微n相燒結溫度對合金的性能也有很大的影響。從表2可知:隨著燒結溫度的升高,合金的密度和抗彎強度是上升的,而硬度降低得并不明顯。這可能是由于隨著溫度的升高,粘結相中溶入的合金元素增多。另外,加入的碳化物可能還有阻礙碳化鎢晶粒長大的作用。

            2H2,甲烷都有一對應的平衡濃度,高出這個濃度,甲烷將導致合金增碳。在鎳的催化作用下,增碳首先從壓坯角尖邊緣開始,一旦進行,則很快加深,從而析出碳粒子。沉積過多的碳粒子連片后,使合金在預燒后就發生局部膨脹。實際上,合金已經割裂,燒結導致的收縮使這一隱性割裂變成起皮,合金只得報廢。

            5結束語空燒結的工藝條件下,嚴格控碳是制造無磁合金的關鍵。大型制品的預燒是防止開裂的有效的措施。我們所制作的產品已經銷往歐洲,并得到了客戶的肯定。

            試驗與研究兩次碳化法制取細顆粒碳化鉭的工藝研究湯仁中(株洲硬質合金廠鉭鈮制品分廠,湖南株洲41200⑴了探討,結果表明:用硬質合金球作介質、帶硬質合金襯板的球磨機代替高效粉碎機制粉,不僅可以明顯降低產品粒度,而且能有效降低產品中的鐵含量;采用新的工藝參數批量生產碳化鉭,粒度細、雜質含量低,其質量能滿足硬質合金工業的需要。

            碳化鉭硬度大、熔點高、高溫性能好,主要用作硬質合金添加劑,成為僅次于電子工業用鉭的第二大用戶。硬質合金中添加碳化鉭能抑制硬質合金晶粒的長大,使其綜合性能得到顯著提高。

            隨著高新技術的迅速發展,對硬質合金的質量和品種都提出了越來越高的要求。細顆?;虺氼w粒的碳化鎢的生產和使用越來越多,為適應細顆粒及超細顆粒碳化鎢的要求,碳化鉭的粒度要求更細,其雜質含量要求也越來越低。在國外,已大量使用細顆粒碳

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