Difetti comuni e cause della sinterizzazione del metallo duro cementato

Il metallo duro è un materiale composito costituito da carburi metallici refrattari ad alta durezza (come il carburo di tungsteno WC, il carburo di titanio TIC, ecc.) come matrice, sinterizzati con leganti metallici (come il cobalto CO, il nichel Ni, ecc.) ad alta temperatura e alta pressione. Questo materiale presenta elevata durezza e buona resistenza all'usura ed è ampiamente utilizzato in molti settori.

Il processo di sinterizzazione del metallo duro comprende principalmente le seguenti fasi:

Rimozione dell'agente di formatura e fase di pre-sinterizzazione:

In questa fase, l'agente di formatura viene gradualmente decomposto o vaporizzato e rimosso dalla massa sinterizzata. Allo stesso tempo, l'aggiunta dell'agente di formatura può apportare carbonio alla massa sinterizzata e la quantità di carbonio aggiunta varia in base al tipo, alla quantità e al processo di sinterizzazione dell'agente di formatura.

Gli ossidi sulla superficie della polvere vengono ridotti e l'idrogeno può ridurre gli ossidi di cobalto e tungsteno. Quando l'agente di formatura viene rimosso e la sinterizzazione viene eseguita in condizioni di vuoto, la reazione carbonio-ossigeno non è intensa.

Lo stress di contatto tra le particelle di polvere viene gradualmente eliminato, la polvere del metallo legante inizia a recuperare e ricristallizzare, si verifica la diffusione superficiale e la resistenza del compatto aumenta.

Fase di sinterizzazione in fase solida (800℃--temperatura eutettica):

Alla temperatura precedente alla comparsa della fase liquida, il processo della fase precedente continua, le reazioni e la diffusione nella fase solida si intensificano, il flusso plastico aumenta e la massa sinterizzata si ritira notevolmente.

Fase di sinterizzazione in fase liquida (temperatura eutettica--temperatura di sinterizzazione):

Quando nella massa sinterizzata compare la fase liquida, il ritiro si completa rapidamente, seguito da una trasformazione di cristallizzazione che forma l'organizzazione e la struttura di base della lega.

Fase di raffreddamento (temperatura di sinterizzazione--temperatura ambiente):

L'organizzazione e la composizione delle fasi della lega subiscono determinati cambiamenti in base alle diverse condizioni di raffreddamento. Questa caratteristica può essere utilizzata per sottoporre il metallo duro a trattamento termico, migliorandone le proprietà fisiche e meccaniche.

Queste fasi determinano congiuntamente le prestazioni e la struttura finali del metallo duro e costituiscono passaggi fondamentali nel processo di preparazione del metallo duro.

La sinterizzazione indica un processo di trasformazione di materiali in polvere in corpi densi ed è una fase molto importante del processo produttivo del carburo cementato. Il processo di sinterizzazione del carburo cementato può essere suddiviso in quattro fasi fondamentali: rimozione dell'agente formante e fase di presinterizzazione; fase di sinterizzazione allo stato solido (800℃--temperatura eutettica); fase di sinterizzazione in fase liquida (temperatura eutettica--temperatura di sinterizzazione); fase di raffreddamento (temperatura di sinterizzazione--temperatura ambiente). Tuttavia, a causa della complessità del processo di sinterizzazione e delle condizioni gravose, è facile produrre difetti e ridurre la qualità del prodotto se non si presta attenzione.

I difetti comuni di sinterizzazione e le relative cause sono i seguenti:

1. Sfogliatura Il carburo cementato con difetti di sfogliatura è soggetto a scoppio e polverizzazione. La causa principale della sfogliatura è che l'azione di contatto del cobalto nel compatto provoca la decomposizione del gas contenente carbonio e la formazione di carbonio libero al suo interno, con conseguente riduzione della resistenza locale del compatto e formazione della sfogliatura.

2. Cavità Le cavità indicano pori di dimensioni superiori a 40 micrometri. La causa principale della formazione delle cavità è la presenza, nel corpo sinterizzato, di impurità non bagnate dal metallo fuso oppure una grave segregazione tra fase solida e fase liquida, che può formare cavità.

3. Rigonfiamenti I rigonfiamenti causano superfici curve sporgenti sulla superficie del carburo cementato, riducendo così le prestazioni del prodotto. Le cause principali dei rigonfiamenti sono:

1) L'aria si accumula nel corpo sinterizzato. Durante il processo di ritiro per sinterizzazione, nel corpo sinterizzato compare una fase liquida e avviene la densificazione, impedendo la fuoriuscita dell'aria; si formano quindi rigonfiamenti sulla superficie del corpo sinterizzato, nel punto di minor resistenza; 2) Nel corpo sinterizzato avviene una reazione chimica che genera una grande quantità di gas. Il gas si concentra nel corpo sinterizzato e si formano naturalmente dei rigonfiamenti.

4. Deformazione Tra i fenomeni di deformazione comuni del carburo cementato vi sono rigonfiamenti e concavità. Le cause principali della deformazione sono: distribuzione non uniforme della densità del pezzo; grave carenza locale di carbonio nel corpo sinterizzato; disposizione irrazionale sulla barca; supporto non uniforme.

5. Cuore nero Il cuore nero indica la parte a struttura porosa sulla frattura della lega. La causa principale del cuore nero è: un contenuto di carbonio troppo basso o troppo alto.

6. Cricche Le cricche sono un fenomeno comune nel processo di sinterizzazione del carburo cementato. Le cause principali delle cricche sono:

(1) Il rilassamento della pressione non si verifica immediatamente durante l'essiccazione del compatto e l'elasticità si ripristina rapidamente durante la sinterizzazione;

(2) Parte del compatto si ossida gravemente durante l'essiccazione e l'espansione termica della zona ossidata è diversa da quella della zona non ossidata.