новости компании о Что такое спеченный карбид?

Если вы работаете в сфере производства, добычи полезных ископаемых или инструментального производства, вы, вероятно, слышали термин «твердый сплав» — но что это такое? Это то же самое, что карбид вольфрама? И почему он так широко используется в тяжелых промышленных работах?Твердый сплав (часто называемый «твердым металлом») — это композитный материал, изготавливаемый путем связывания твердых керамических частиц (например, карбида вольфрама) с мягким металлическим связующим (например, кобальтом или никелем) посредством воздействия высокой температуры и давления.Он сочетает в себе чрезвычайную твердость керамических частиц с прочностью металлического связующего, что делает его одним из самых прочных материалов для износостойких и режущих применений. В этой статье мы рассмотрим его состав, способы изготовления, основные свойства, распространенные типы и реальное применение. Весь контент упрощен для ясности, с практическими примерами, которые могут быть понятны профессионалам в промышленности.

Производительность твердого сплава обусловлена его двумя основными компонентами — частицами «твердой фазы» и металлом «связующей фазы». Они работают вместе, чтобы сбалансировать твердость и прочность, чего не может сделать ни один отдельный материал (например, чистый металл или керамика).

Примечание: Карбид вольфрама (WC) является наиболее популярной твердой фазой — более 90% промышленных изделий из твердого сплава используют WC в качестве основного твердого компонента. Вот почему «твердый сплав» часто разговорно называют «карбидом вольфрама» (хотя технически карбид вольфрама является лишь частью композита).

Твердый сплав не отливается и не куется, как металл — он изготавливается с использованием порошковой металлургии, процесса, который превращает мелкие порошки в плотный твердый материал. Этапы просты и строго контролируются для обеспечения качества:

1. Подготовка порошка:

   • Твердая фаза (например, WC) и связующее вещество (например, Co) измельчаются в ультратонкие порошки (размер частиц: 0,5–10 микрометров, примерно 1/20 ширины человеческого волоса).
   • Порошки высушивают для удаления влаги (влажность вызывает поры в конечном продукте) и просеивают для удаления комков.

2. Смешивание порошков:

   • Порошки смешивают в точных пропорциях (например, 94% WC + 6% Co) с использованием шаровых мельниц. Добавляется жидкость (например, спирт) или смазка (например, воск) для обеспечения равномерного распределения связующего вещества вокруг твердых частиц.
   • Смешивание занимает 4–24 часа — однородность здесь имеет решающее значение: неравномерное распределение связующего вещества приводит к слабым местам в конечном продукте.

3. Уплотнение:

   • Смешанный порошок прессуется в «зеленую заготовку» (грубая форма конечного продукта) с использованием гидравлических прессов. Давление варьируется от 150 до 600 МПа (от 1500 до 6000 раз больше атмосферного давления), чтобы плотно упаковать порошок.
   • Зеленая заготовка хрупкая (как высохший песчаный замок), но сохраняет свою форму — теперь она готова к спеканию.

4. Спекание (этап «затвердевания»):

   • Зеленую заготовку помещают в печь и нагревают до 1300–1600°C (2372–2912°F) в защитной атмосфере (аргон или азот для предотвращения окисления).
   • При высоких температурах металл связующего вещества плавится и обтекает частицы твердой фазы, «склеивая» их вместе. Заготовка сжимается на 5–20%, когда зазоры между порошками закрываются.
   • Печь медленно охлаждается (2–5°C в минуту), чтобы избежать растрескивания — этот этап превращает хрупкую заготовку в плотную, твердую деталь из твердого сплава.

5. Последующая обработка (необязательно):

   • Для прецизионных деталей (например, режущих инструментов, уплотнительных колец) спеченную деталь шлифуют алмазными кругами (поскольку твердый сплав тверже стали) для уточнения размера и формы.
   • Некоторые детали полируют или покрывают (например, нитридом титана, TiN), чтобы повысить износостойкость или уменьшить трение.

Популярность твердого сплава обусловлена четырьмя непревзойденными свойствами, которые делают его идеальным для суровых промышленных условий:

• Твердость: 8,5–9 по шкале твердости Мооса (только алмаз, кубический нитрид бора и некоторые другие тверже).
• Износостойкость: служит в 5–10 раз дольше, чем высокоуглеродистая сталь, при работах с интенсивным износом. Например, футеровка из твердого сплава для горнодобывающей промышленности может выдерживать работу с зернистой рудой в течение 6–24 месяцев, в то время как стальная футеровка служит всего 1–3 месяца.

• В отличие от чистой керамики (которая разрушается при ударе), металлическое связующее делает твердый сплав достаточно прочным, чтобы выдерживать удары. Сверло из твердого сплава может ударить по твердой породе, не сломавшись, в то время как керамическое сверло сразу же треснет.

• Он сохраняет твердость при высоких температурах (до 500–800°C, 932–1472°F, в зависимости от связующего вещества). Это делает его идеальным для режущих инструментов — при обработке металла кончик инструмента нагревается, но твердый сплав не размягчается и не теряет остроту.

• Устойчив к ржавчине, коррозии и химическому воздействию (особенно твердый сплав, связанный никелем). Он работает в морской воде (например, уплотнения насосов) или на химических заводах (например, детали клапанов) без ухудшения качества.

Не все твердые сплавы одинаковы — соотношение твердой фазы к связующему веществу и тип твердой фазы корректируются для конкретных задач. Вот наиболее распространенные типы, используемые в промышленности:

Твердый сплав повсюду в тяжелой промышленности — если деталь должна быть твердой, прочной или износостойкой, она, вероятно, изготовлена из твердого сплава. Вот наиболее распространенные области применения:

• Самое большое применение: сверла, резцы, фрезерные вставки и пильные полотна для обработки металла, дерева или бетона. Режущая вставка из твердого сплава может обработать тысячи металлических деталей, прежде чем потребуется замена.

• Износостойкие детали, такие как зубья дробилки, скребки конвейерных лент и буровые коронки для горнодобывающей промышленности. Эти детали работают с абразивной рудой и породами — износостойкость твердого сплава снижает затраты на замену.

• Уплотнительные кольца для насосов (предотвращают утечки и устойчивы к износу), втулки подшипников (уменьшают трение в тяжелом оборудовании) и экструзионные матрицы (формуют металл или пластик, не изнашиваясь).

• Небольшие высокоточные детали, такие как сопла (для 3D-печати или впрыска топлива), часовые шестерни (твердые и устойчивые к царапинам) и медицинские инструменты (например, стоматологические боры, которые должны быть твердыми и стерильными).

1. Миф: «Твердый сплав — это то же самое, что карбид вольфрама».
   Факт: Карбид вольфрама (WC) — это всего лишь твердая фаза в большинстве твердых сплавов. Твердый сплав — это композит — ему необходимо связующее вещество (например, кобальт), чтобы удерживать частицы WC вместе. Думайте об этом как о печенье: WC — это шоколадные чипсы, а кобальт — тесто.

2. Миф: «Твердый сплав слишком дорог в использовании».
   Факт: Хотя он стоит дороже, чем сталь, он служит в 5–10 раз дольше. Например, сверло из твердого сплава за 50 долларов служит в 10 раз дольше, чем стальное сверло за 10 долларов — со временем это дешевле, потому что вы реже его заменяете.

Уникальное сочетание твердости, прочности и термостойкости твердого сплава делает его незаменимым в тяжелых промышленных работах. Независимо от того, обрабатываете ли вы металл, добываете руду или строите насосы, это материал, который обеспечивает более длительную и надежную работу оборудования.

Ключом к максимальной отдаче от твердого сплава является выбор правильного типа для вашего применения: WC-Co для универсальности, WC-Ni для коррозионной стойкости и WC-TiTaC-Co для высокоскоростной обработки.

Если вы не уверены, какой тип твердого сплава лучше всего подходит для вашего проекта (например, новый режущий инструмент или износостойкая деталь), не стесняйтесь обращаться. Мы можем помочь подобрать материал в соответствии с вашими потребностями и бюджетом.