硬质合金生产技术之压制和烧结
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整体合金刀具生产工艺流程
整体合金刀具的生产工艺流程包含原材料制备、压制成型、烧结、磨削和质检等关键步骤。
1.原材料制备:生产过程始于精确混合的原材料,主要是碳化钨(WC)粉末和钴(Co)粉末。
这两种材料的混合比例对最终产品的性能有重要影响。
2.压制成型:混合好的原材料会在高度自动化的CNC控制冲压机内用冲头和冲模进行压制,形成基本的形状和尺寸。
压制后的刀片硬度还不够,需要后续处理才能达到标准。
3.烧结:为了提升硬度,刀片在1500摄氏度下进行15小时的热处理。
烧结过程使得融化的钴与碳化钨颗粒粘结在一起,刀片会明显收缩,并且粉末混合物转化成具备金属性的新材料,成为硬质合金。
4.磨削:由于硬质合金非常坚硬,需要使用工业金刚石对其进行磨削。
根据几何角度要求,刀片会进行各种磨削加工,以达到准确的形状和要求的厚度。
5.质检:在生产流程的每一个环节后,都会进行严格的质量检查,以确保产品的质量满足工业标准。
硬质合金的生产工艺流程
硬质合金生产包括混合料制备、成形、烧结3个主要工艺流程、生产产品或所用装备流程图如下:
配料
湿磨
掺胶、干燥、制粒
混合粒
成形
烧结
硬质合金
硬质合金生产中的形成剂
(1)形成剂的作用
硬质合金混合料在形成前一般应加入形成剂。
形成剂的主要作用都是增加粉末粘性,方便实现形状,提高压胚强度。
由于作为硬质合金基体成分的难溶金属硬质合化物具有高硬度、高弹性模量、高抗压强度等特性,其粉末在压制过程中难以生产塑性变形,应添加足够数量的成型剂,使粉末能在较低的压力下回想粘结而成形。
添加成型剂的另一个作用是便于制粒,改善粉末的流动性和润滑性,有利于压胚密度的均匀分布。
硬质合金混合料粉末添加成型剂后,粉末颗粒被形成剂所包裹,这种起保护作用,可大幅度降低粉末的氧化速度,使压胚经较长时间存放而不发生明显氧化。
加入成型剂时,要特别注意成型剂的增碳作用和随之带入杂质,这些都会对硬质合金性能生产不良影响。
硬质合金的制备方法硬质合金是一种高性能、高强度材料,广泛应用于机床、航空、航天、石油、化工等领域。
本文将介绍硬质合金的制备方法。
硬质合金的制备方法主要分为粉末冶金法和熔融冶金法两种。
1. 粉末冶金法粉末冶金法是制备硬质合金的主要方法之一。
其主要原理是将金属粉末和非金属粉末按一定比例混合,再经过压制、烧结等工艺制成。
具体步骤如下:(1)原料制备。
将金属粉末和非金属粉末按一定比例混合,经过筛选、干燥等处理。
(2)压制成型。
将经过处理的原料粉末放入模具中,经过压制成型。
(3)烧结处理。
将成型后的粉末坯体放入高温炉中,进行烧结处理。
烧结温度一般在1300℃~1500℃之间,时间约为1~4小时。
烧结后的坯体具有一定的强度和韧性。
(4)后续加工。
经过烧结后的坯体,需要进行后续的加工,如切割、磨削、抛光等工艺处理,制成成品。
2. 熔融冶金法熔融冶金法是另一种制备硬质合金的主要方法。
其主要原理是将金属和非金属原料按一定比例熔融后,冷却成坯,再进行后续加工制成硬质合金。
具体步骤如下:(1)原料制备。
将金属和非金属原料按一定比例混合,经过筛选、干燥等处理。
(2)熔融处理。
将经过处理的原料放入电炉中,进行熔融处理。
熔融温度一般在1600℃~2000℃之间。
熔融后的合金液体需要进行除渣、保温等处理。
(3)坯体铸造。
将熔融后的合金液体倒入铸造模具中,冷却成坯体。
(4)热处理。
将坯体进行热处理,使其具有一定的强度和韧性。
(5)后续加工。
经过热处理后的坯体,需要进行后续的加工,如切割、磨削、抛光等工艺处理,制成成品。
粉末冶金法和熔融冶金法是制备硬质合金的主要方法。
两种方法各有优缺点,具体应根据实际情况选择。
无论采用哪种方法,都需要严格控制各项工艺参数,以保证制得的硬质合金具有优良的性能和质量。
硬质合金的生产工艺流程硬质合金是一种具有高硬度、高强度和耐磨性能的材料,广泛应用于机械加工、矿山工具、石油钻探等领域。
其生产工艺流程主要包括原料选择、粉末制备、混合、成型、烧结、后处理等几个关键步骤。
一、原料选择硬质合金的主要成分为钨碳化物和钴,钨碳化物提供了高硬度和耐磨性,而钴则起到了结合剂的作用。
在原料选择阶段,需要选择高纯度的钨粉、碳粉和钴粉,确保合金的质量和性能。
二、粉末制备在硬质合金的生产过程中,需要将钨粉、碳粉和钴粉分别进行研磨和筛分,以确保粉末的细度和均匀性。
通常采用球磨机和高能球磨机进行粉末的研磨,然后通过筛分去除粗粉和杂质,得到所需的粉末。
三、混合将经过研磨和筛分的钨粉、碳粉和钴粉按照一定比例混合,确保各个成分均匀分布。
混合采用的方法有干法混合和湿法混合两种,根据具体情况选择合适的方法。
在混合过程中,还可以添加一些其他的合金元素和添加剂,以调整合金的性能。
四、成型混合好的粉末通过成型工艺进行成型,常见的成型方法有压制成型和注射成型两种。
压制成型是将混合好的粉末放入模具中,经过一定的压力进行压制,使其形成所需的形状。
注射成型则是将混合好的粉末与有机粘结剂混合后,通过注射机将其注入到模具中,然后进行脱蜡处理。
五、烧结成型后的硬质合金零件需要进行烧结处理,以提高其密度和硬度。
烧结是将零件放入高温炉中,在一定的温度和气氛条件下进行加热处理。
在烧结过程中,粉末颗粒之间会发生相互扩散和结合,形成致密的硬质合金。
六、后处理烧结后的硬质合金零件还需要进行后处理,以进一步提高其性能。
常见的后处理方法有研磨、抛光、涂层等。
研磨和抛光可以提高合金的表面光洁度和精度,涂层可以提高合金的耐腐蚀性和润滑性。
总结:硬质合金的生产工艺流程包括原料选择、粉末制备、混合、成型、烧结和后处理等几个关键步骤。
在每个步骤中,都需要严格控制工艺参数,确保合金的质量和性能。
通过合理的工艺流程和后处理方法,可以生产出具有高硬度、高强度和耐磨性能的硬质合金产品,满足不同领域的需求。
硬质合金密封环工艺
硬质合金密封环是一种常用于机械密封的零部件,它具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐压等优良性能,适用于各种工业领域。
硬质合金密封环的制造工艺主要包括以下几个步骤:
1. 原料选择:硬质合金密封环的主要原料是钨钴合金粉末和钛碳化物粉末。
这些粉末需要经过筛分、清洗和干燥等处理,以保证其质量和纯度。
2. 混合和压制:将钨钴合金粉末和钛碳化物粉末按照一定比例混合,并加入一定量的粘结剂和润滑剂,然后通过压制机将混合后的粉末压制成密封环的形状。
3. 烧结:将压制好的密封环放入烧结炉中进行烧结处理。
烧结过程中,密封环会经历高温高压的环境,使得钨钴合金和钛碳化物粉末发生化学反应,形成一种坚硬的材料。
4. 精加工:经过烧结处理后的密封环需要进行精加工,包括车削、磨削、抛光等工艺,以保证其精度和表面光洁度。
5. 检测和包装:经过精加工后的密封环需要进行质量检测,包括外观检查、尺寸检测、硬度测试等,以确保其质量符合要求。
最后,将密封环进行包装,以便于运输和使用。
总的来说,硬质合金密封环的制造工艺需要经过多个环节的处理,包括原料选择、混合和压制、烧结、精加工、检测和包装等。
这些步骤需要严格控制,以保证密封环的质量和性能。
硬质合金制造工艺
硬质合金制造工艺:
硬质合金烧结成型就是将粉末压制成坯料,再进烧结炉加热到一定温度(烧结温度),并保持一定的时间(保温时间),然后冷却下来,从而得到所需性能的硬质合金材料。
烧结成型是硬质合金制造工艺的主要方法。
硬质合金烧结过程可以分为四个基本阶段:
1:脱除成形剂及预烧阶段,在这个阶段烧结体发生如下变化:
成型剂的脱除,烧结初期随着温度的升高,成型剂逐渐分解或汽化,排除出烧结体,与此同时,成型剂或多或少给烧结体增碳,增碳量将随成型剂的种类、数量以及烧结工艺的不同而改变。
粉末表面氧化物被还原,在烧结温度下,氢可以还原钴和钨的氧化物,若在真空脱除成型剂和烧结时,碳氧反应还不强烈。
粉末颗粒间的接触应力逐渐消除,粘结金属粉末开始产生恢复和再结晶,表面扩散开始发生,压块强度有所提高。
2:固相烧结阶段(800℃--共晶温度)
在出现液相以前的温度下,除了继续进行上一阶段所发生的过程外,固相反应和扩散加剧,塑性流动增强,烧结体出现明显的收缩。
3:液相烧结阶段(共晶温度--烧结温度)
当烧结体出现液相以后,收缩很快完成,接着产生结晶转变,形成合金的基本组织和结构。
4:冷却阶段(烧结温度--室温)
在这一阶段,合金的组织和相成分随冷却条件的不同而产生某些变化,可以利用这一特点,对硬质合金进行热处理以提高其物理机械性能。
硬质合金生产工艺硬质合金的生产工艺是一个综合的、复杂的制造过程,需要经过材料准备、粉末混合、成型、烧结、后处理等多个环节。
下面将详细介绍硬质合金的生产工艺流程及各个环节的工艺操作。
一、材料准备硬质合金的生产主要材料是钨粉、钴粉和碳化物粉末。
钨粉作为硬质合金的主要成分,具有高硬度、高密度等优点;钴粉作为粘结相,起到增强合金韧性和延展性的作用;碳化物粉末则是硬质合金中的另一主要成分,提高了合金的硬度和耐磨性。
在材料准备阶段,需要根据合金配方的要求准备好各种原材料,并严格控制其质量和比例。
其中,钨粉和钴粉的粒度、纯度、形状等参数对硬质合金的性能有着重要影响,需要经过精密的筛分和选材。
二、粉末混合将钨粉、钴粉和碳化物粉末按照一定的配方比例混合均匀,是硬质合金制备的关键环节。
通过粉末混合,可以使各种原料之间充分混合,确保最终合金的成分均匀。
粉末混合工艺通常采用机械混合方式,即将原材料放入球磨机等设备中进行干式混合或湿式混合。
在混合过程中,需要控制混合时间、速度和温度等参数,以确保混合效果达到最佳状态。
三、成型硬质合金的成型工艺主要包括压制和成型两个步骤。
压制是将混合好的粉末通过模具进行压制,使其形成密实的坯体。
成型是通过模具制作合金的最终形状,可以是板材、棒材、圆柱体等不同形状。
在硬质合金的成型过程中,需要考虑压力大小、温度、速度等参数的控制,以确保合金的成型质量。
另外,还需要对成型后的坯体进行退火处理,消除成型过程中产生的应力,提高合金的成品率和密实度。
四、烧结烧结是硬质合金生产的核心工艺环节,通过高温烧结使钨、钴、碳等元素发生反应,形成坚固的结合相,实现硬质合金的硬度和耐磨性。
烧结温度一般在1300℃~1600℃之间,烧结时间和气氛对合金的性能也有影响。
在烧结过程中,还需要对合金进行冷却、退火等处理,以提高合金的稳定性和耐磨性。
同时,需要对烧结炉进行周期性的检查和维护,确保烧结过程的稳定性和可控性。
五、后处理硬质合金生产完成后,还需要进行后处理工艺,包括抛光、清洗、检测等环节。
硬质合金低压热等静压烧结工艺硬质合金低压热等静压烧结工艺印红羽盛挺汪海宽(北京市粉末冶金研究所,100078)摘要低压热等静压烧结工艺技术能最大限度地消除合金内部残余孔隙、细化晶粒,克服常规热等静压给合金造成的粗晶、钴池和表面成分改变的缺陷,显著提高硬质合金物理-力学性能,并能有效校正合金碳含量。
主题词硬质合金低压热等静压烧结组织性能1前言低压热等静压烧结(Sinter-HIP)工艺[1~3],或称过压烧结(OverPresureSin-tering)工艺,是在低于常规热等静压的压力(大约6MPa)下对工件同时进行热等静压和烧结的工艺。
自1984年德国Degusa公司设计和制造出第一台真空烧结热等静压炉以来,这一工艺已逐渐为世界上很多硬质合金厂家所采用,并已开始步入我国硬质合金生产领域。
低压热等静压烧结工艺目前是硬质合金生产中最先进的致密化技术,克服了常规热等静压造成的粗晶、钴池和表面成分改变的缺陷,能最大限度地消除内部残余孔隙,提高合金性能,并且能够通过调节炉内气氛,修正合金碳含量、消除合金组织中的η相。
2硬质合金低压热等静压烧结的典型工艺硬质合金的低压热等静压烧结工艺是将工件装入真空烧结等静压炉,于较低温度下低压载气(如氢气等)脱蜡后,在1350~1450℃进行真空烧结30min,接着在同一炉内进行热等静压,采用氩气作压力介质,压制压力为6MPa左右,时间为30min[4~5]。
其典型的生产工艺见图1。
低压热等静压烧结工艺的排蜡、烧结和在压力下的致密化等生产过程在同一炉内一次完成[6],免去了传统工艺所必需的两次或多次的装料及加热生产工序,降低了热等静压时的压力(由多100MPa降至6MPa),既简化了操作程序,又节省了能耗。
同时,由于生产过程中的烧结、热等静压两个主要工序不再分步进行,避免了工件在生产中途与空气的接触而造成的难以控制的碳含量变化。
低压热等静压炉内的特定装置在每道工序后能及时排除所产生的水蒸汽、CO2和其它气体,不会在下一过程引起工件某些部分表面成分和碳含量的变化。
硬质合金真空烧结硬质合金的烧结为液相烧结,即再黏结相呈液相的条件下进行。
将压坯在真空炉中加热到1350℃—1600℃。
烧结时压坯的线收缩率约为18%,体积收缩在50%左右,收缩量的准确值取决于粉末的粒度和合金的成分。
硬质合金的烧结是一个复杂的物理化学过程,株洲三鑫硬质合金生产有限公司友情出品。
这一过程包括增塑剂脱除、脱气、固相烧结、液相烧结、合金化、致密化、溶解析出等过程。
压坯在特定烧结条件下形成具有一定化学成分、组织结构、性能和形状尺寸的制品。
这些工艺条件依不同的烧结装置具有较大的差异。
硬质合金真空烧结是在低于1atm(1atm=101325Pa)下进行烧结的工艺过程。
在真空条件下烧结,大大降低了粉末表面吸附气体和封闭孔隙内气体对致密化的阻碍作用,有利于扩散过程和致密化的进行,避免了烧结过程中金属与气氛中某些元素的反应,可显著改善液体黏结相与硬质相的湿润性,但真空烧结要注意防止钴的蒸发损失。
真空烧结一般可以分为四个阶段,即增塑剂脱除阶段、预烧阶段、高温烧结阶段、冷却阶段。
增塑剂脱除阶段是从室温开始升温到200℃左右,压坯中粉末颗粒表面吸附的气体在热的作用下脱离颗粒表面,不断从压坯中逃逸出来。
压坯中的增塑剂受热化逸出压坯。
保持较高的真空度有利于气体的解除和逸出。
不同种类增塑剂受热变化的性能不尽相同,制定增塑剂脱除工艺要根据具体情况进行试验确定。
一般增塑剂的气化温度在550℃以下。
预烧阶段是指高温烧结前进行预烧结,使粉末颗粒中的化合氧与碳发生还原反应,生成一氧化碳气体离开压坯,如果这种气体在液相出现时不能排除,将成为封闭孔隙残留在合金中,即使加压烧结,也难以消除。
另一方面,氧化存在会严重影响液相对硬质相的湿润性,最终影响硬质合金的致密化过程。
在液相出现前,应充分得脱气,并采用尽可能高得真空度。
高温烧结阶段是硬质合金压坯发生致密化得关键阶段,而烧结温度及烧结时间是压坯实现致密化、形成均匀得组织结构、获得所要求性能的重要工艺参数。
硬质合金的生产工艺硬质合金是一种由金属和非金属两种或更多相互混合而成的材料,具有高硬度、高熔点、耐磨、耐腐蚀等优良性能,广泛应用于机械制造、矿山工业、石油化工等领域。
其生产工艺主要包括原料制备、粉末冶金、材料成型和材料烧结四个主要步骤。
首先是原料制备。
硬质合金的主要原料是金属粉末和非金属粉末,通常采用的金属有钨、钴、钴钨,非金属有碳化钨、碳化钛等。
这些原料需要经过精细处理,使其颗粒大小均匀、纯度高。
同时,根据所需的合金成分比例,对原料进行混合和研磨,以确保合金的成分稳定一致。
其次是粉末冶金。
这一步骤是将混合好的金属粉末和非金属粉末混合在一起,通过高能球磨、高压水下机械粉碎或其他方法进行粉末合成。
粉末合成后,通过筛分和烘干等处理,得到均匀的粉末颗粒,为下一步的成型提供充分的条件。
接下来是材料成型。
成型是将合成的硬质合金粉末按照设计要求进行整形,常用的成型方法有挤压成型、注射成型和压块成型等。
其中,挤压成型是将粉末放置在金属模具中,通过高压力使粉末充分挤压,形成所需形状的绿体。
注射成型是将粉末混合物注入模具中,然后通过高压注射机将粉末注射成型。
压块成型是将粉末放置在模具中进行压制,形成块状的绿体。
成型后,通过一定的处理工艺,使绿体具有一定的强度和韧性,以便进行后续处理。
最后是材料烧结。
烧结是将成型后的绿体进行热处理,使其在高温下发生致密化,形成致密的硬质合金材料。
烧结过程中,主要是通过金属或非金属的相互扩散和重结晶,使原始粉末颗粒之间发生结合,形成坚固的晶粒结构。
此外,在烧结过程中还经常添加适量的流动剂,以促进金属和非金属之间的互相扩散,提高合金的致密度。
烧结结束后,冷却、表面处理和精加工等工艺进行,以确保硬质合金的质量和性能。
总结起来,硬质合金的生产工艺包括原料制备、粉末冶金、材料成型和材料烧结四个主要步骤。
通过这些步骤的精细处理和调控,可以获得具有优异性能的硬质合金材料,满足不同领域的需求。
硬质合金棒材的生产及使用硬质合金棒材是一种非常重要的工业材料,它具有高硬度、耐磨性、耐腐蚀性和高抗拉强度等优良特性。
硬质合金棒材的生产和使用涉及到多个环节,包括原材料的选用、生产工艺和加工工序等。
下面将详细介绍硬质合金棒材的生产及使用。
首先,硬质合金棒材的生产需要选用合适的原材料。
常见的原料有钨钴硬质合金和碳化钨硬质合金两类。
钨钴硬质合金主要由钨粉、碳粉和钴粉按一定比例混合后,进行球磨、压制和烧结等工艺制成。
碳化钨硬质合金则是由碳化钨粉和钴粉进行混合、压制、烧结和后续热处理等工艺制成。
选择合适的原材料,对于制备高质量的硬质合金棒材至关重要。
其次,硬质合金棒材的生产工艺有多种方法。
其中,最常用的是烧结技术。
烧结技术主要包括原料的混合、压制、烧结和后续的热处理等工序。
原料混合后,通过压制工艺形成形状为棒状的坯料,然后进行高温烧结,使原料颗粒结合成整体。
最后,通过后续的热处理工艺,改善硬质合金的结构和性能,提高其硬度和耐磨性。
此外,还有一些其他的生产方法,如化学气相沉积、凝聚法、等离子喷涂等。
最后,硬质合金棒材的使用非常广泛。
由于其优良的性能,硬质合金棒材可用于各种领域。
其中,最常见的应用是钻石工具的制造。
硬质合金棒材被用来制造刀具、冲头、铰刀、磨料轮等,以满足不同行业的切削和磨削需求。
此外,硬质合金棒材还可用于制造各种矿山工具、采煤机刀片、冲击钻、锥齿轮、弯头等。
在机械制造、矿山、冶金、建筑、石油等行业中,硬质合金棒材发挥着非常重要的作用。
总结来说,硬质合金棒材的生产及使用是一个相对复杂的过程,需要选用合适的原材料,并经过多个工艺步骤的加工。
硬质合金棒材具有高硬度、耐磨性和耐腐蚀性等优点,广泛应用于工业领域中的切削和磨削工具制造等。
随着科技的进步,硬质合金棒材的生产和使用将会进一步发展,为各行各业的需求提供更多高质量、高性能的材料。
硬质合金低压烧结工艺的探索背景介绍硬质合金是一种具有优异性能的材料,广泛应用于切削工具、磨料工具、钻头等领域。
然而,传统的硬质合金烧结工艺存在一些问题,如高温烧结过程中易产生裂纹、粉末不易压实等。
为了解决这些问题,近年来,低压烧结工艺被引入硬质合金的生产中,取得了良好的效果。
本文将对硬质合金低压烧结工艺进行探索。
低压烧结工艺的原理低压烧结工艺是在传统的高温烧结工艺基础上进行的改进。
该工艺是在相对较低的温度和压力下进行的,能够有效降低硬质合金烧结过程中的应力,减少裂纹的产生。
具体工艺流程如下:1.硬质合金粉末的制备:首先,根据所需的产品要求,将合适的金属粉末混合,并加入适量的粘结剂和稳定剂,经过混合、湿法粉碎、干燥等工序得到合适的硬质合金粉末。
2.模具填充与压实:将制备好的硬质合金粉末填充至模具中,然后施加一定的压力进行初步压实。
这一步骤旨在保证硬质合金粉末的均匀分布和初步的固结。
3.低压烧结过程:将填充好硬质合金粉末的模具放入低压烧结炉中,根据设计要求,控制合适的温度和压力进行烧结过程。
相对于传统高温烧结工艺,低压烧结的温度和压力要求更低,从而减少了产生裂纹的可能性。
4.冷却与脱模:低压烧结过程结束后,将烧结好的硬质合金模具从炉中取出,进行冷却。
待冷却后,使用合适的方法将硬质合金产品从模具中取出,完成脱模操作。
优势与挑战低压烧结工艺相比传统高温烧结工艺具有以下优势:1.减少裂纹的产生:传统高温烧结工艺中,由于温度和压力较高,易导致硬质合金产生内应力,从而产生裂纹。
低压烧结工艺通过降低温度和压力,减小了硬质合金内应力的产生,有效减少了裂纹的发生。
2.增加硬质合金的致密度:低压烧结工艺在初步压实的基础上,通过烧结过程进一步压实硬质合金粉末,提高了硬质合金的致密度,从而提高了其力学性能和耐磨性。
3.环保节能:相对于高温烧结工艺,低压烧结工艺不需要经过高温环境,减少了能源的消耗,同时也减少了对环境的污染。
粉末压制及烧结方法一、成形技术1、金属粉末注射成形技术( MIM)粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法,首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练,经制粒后在加热塑化状态下(约150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形,然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除,最后经烧结致密化得到最终产品。
被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
由于在流动状态下,均匀填充模腔成形,模腔内各点压力一致,密度一致,消除了传统粉末冶金压制成形不可避免的沿压制方向的密度梯度,可以获得组织结构均匀、力学性能优异的近净成形零部件,并且产品的制造成本可以降低到传统工艺的20%~30%。
适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。
缺点:去除粘结剂可能会产生气孔问题。
2、激光成型技术激光成型原理是用CAD生成的三维实体模型,通过分层软件分层、每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束,扫射液体、粉末或薄片材料,加工出要求形状的薄层,逐层积累形成实体模型。
同传统的制造方法相比较,激光成型显示出诸多的优点:(1)制造速度快、成本低、节省时间和节约成本,为传统制造方法注入新的活力,而且可实现自由制造,产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关。
(2)采用非接触加工的方式,没有传统加工的残余应力的问题,没有工具更换和磨损之类的问题,无切割、噪音和振动等,有利于环保。
(3)可实现快速铸造、快速模具制造,特别适合于新产品开发和单间零件生产。
3、温压成形技术它是在混合物中添加高温新型润滑剂,然后将粉末和模具加热至150℃左右进行刚性模压制,最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术,是普通模压技术的发展与延伸。
该技术主要有以下几个方面的特点:能以较低的成本制造出高性能的铁基等粉末冶金零部件;提高零部件生坯密度;产品具有高强度;便于制造形状复杂以及要求精密的零部件;密度均匀等该技术目前主要用于生产铁基合金零件,同时人们正在研究用这种技术制备铜基合金、钛合金等其它材料零件。
硬质合金制备过程中的基本原理、烧结工艺及应用培训硬质合金是一种由金属粉末和粉末冶金工艺制备而成的高强度、高硬度材料。
其制备过程包括原料选择、粉末的制备、混合、成型和烧结等步骤。
硬质合金的基本原理是以金属粉末为基础材料,通过添加适量的碳化物粉末(如钨碳化钴粉末)作为增强相,经过混合、压制和烧结等工艺步骤形成。
在烧结过程中,金属粉末首先在高温下熔化,然后通过熔湿作用与碳化物相互反应生成金属碳化物结合相,使金属基体形成牢固且均匀分布的增强相颗粒。
烧结工艺是硬质合金制备过程中至关重要的一步。
主要包括预压、烧结及后处理三个阶段。
在预压阶段,通过将混合好的金属粉末和碳化物粉末放入模具中,利用压力将其预压成坯体。
这一步骤旨在提高粉末的绿密度和可压性,并为后续的烧结提供条件。
然后,将预压好的坯体放入高温的烧结炉中进行烧结。
烧结过程中,坯体在高温下逐渐熔化,金属与金属碳化物进行反应,并合成出独特的金属碳化物相。
同时,由于烧结炉中的高温和压力作用,使得金属碳化物颗粒之间发生颗粒扩散和晶粒长大现象,从而形成致密且强度高的硬质合金。
最后,在后处理阶段,将烧结好的硬质合金进行加工和调质,以达到所需的硬度和强度。
这包括切割、切磨、车削、磨削等工艺,以及热处理过程,如回火和时效处理等。
硬质合金的应用非常广泛,常见的应用包括切削工具、矿业工具、电子元件等领域。
由于硬质合金具有极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性,因此在切削加工领域被广泛应用于车削、钻孔、铣削和切割等工艺中。
同时,在矿业工具领域,硬质合金可以用作凿岩钻头、矿山钻头等,因为它的耐磨性和强度能够满足严苛的工况要求。
在电子元件领域,由于硬质合金具有优异的导热性和耐腐蚀性能,因此常用于制造散热器、金属工具接触点等。
总之,硬质合金的制备是一个复杂的过程,包括原料选择、混合、成型和烧结等多个步骤。
通过控制工艺参数和多次迭代优化,可以获得具有优异性能的硬质合金材料,满足不同领域的应用需求。
一种加工板材的硬质合金刀具材料的制备方法
一种加工板材的硬质合金刀具材料的制备方法主要包括以下几个步骤:
1. 配料:首先,根据所需的硬质合金刀具材料的成分要求,将钨粉、钴粉、钛粉等原料按一定比例进行配料。
这些原料的比例会影响到硬质合金的性能,如硬度、韧性等。
2. 混合:将配好的原料放入球磨机中进行混合,使各种原料充分混合均匀。
球磨机的转速、球磨时间等参数需要根据实际情况进行调整。
3. 干燥:将混合好的原料进行干燥处理,以去除其中的水分。
干燥温度和时间需要根据实际情况进行调整。
4. 压制成型:将干燥好的原料进行压制成型,形成所需的刀具形状。
压制压力、保压时间等参数需要根据实际情况进行调整。
5. 烧结:将压制好的刀具进行烧结处理,使原料中的金属粉末熔融并粘结在一起,形成硬质合金。
烧结温度、保温时间等参数需要根据实际情况进行调整。
6. 后处理:烧结后的硬质合金刀具需要进行研磨、抛光等后处理工序,以提高刀具的表面质量和尺寸精度。
7. 检验:对制备好的硬质合金刀具进行硬度、韧性等性能检验,确保其满足使用要求。
通过以上步骤,即可制备出一种加工板材的硬质合金刀具材料。
在实际应用中,可以根据具体需求对制备工艺进行优化和调整,以满足不同的性能要求。
第三章压制第一节压制机理一,压制过程:粉末压制成型是粉末冶金生产的基本成型方法;在压摸中填装粉末,然后在压力机下加压,脱模后得到所需形状和尺寸的压坯制品,,粗略分三阶段:1,压块密度随压力增加而迅速增大;孔隙急剧减少。
2,压块密度增加缓慢,因孔隙在1阶段中大量消除,继续加压只是让颗粒发生弹性屈服变形。
3,压力的增大可能达到粉末材料的屈服极限和强度极限,粉末颗粒在此压力下产生塑性变形或脆性断裂。
因颗粒的脆性断裂形成碎块填入孔隙,压块密度随之增大。
二,压制压力:压制压力分二部分;一是没有摩擦的条件下,使粉末压实到一定程度所需的压力为“静压力”(P1);二是克服粉末颗粒和压模之间摩擦的压力为“侧压力”(P2)。
压制压力P=P1+P2侧压系数=侧压力P2÷压制压力P=粉末的泊松系数u÷(1-u)=tg2(45º-自然坡度角Φ÷2)侧压力越大,脱模压力就越大,硬质合金粉末的泊松系数一般为0.2-0.25之间。
三,压制过程中的压力分布:引起压力分布不匀的主要原因是粉末颗粒之间以及粉末与模壁之间的摩擦力。
压块高度越高,压力分布越不均匀。
实行双向加压或增大压坯直径,能减少压力分布的不均匀性。
四,压块密度分布:越是复杂的压块,密度分布越不均匀;除压力分布的不均匀(压力降)外,装粉方式不正确,使压块不同部位压缩程度不一致,也会造成压块密度不均匀。
1,填充系数:是指压块密度Y压与料粒的松装密度Y松的比值;压缩比:是指粉末料粒填装高度h粉与压块高度h压之比;在数值上填充系数和压缩比是相等的。
K=Y压÷Y松=h粉÷h压2,为了减少压块密度分布的不均匀性:(1)提高模具的表面光洁度;(2)减少摩擦阻力;(3)提高料粒的流动性;(4)采用合理的压制方式;3,粉末粒度对压制的影响;(1)粉末分散度越大(松装越小),压力越大。
压块密度越小;有较大的强度值,成型性好。
(2)料粒较粗,压块容易达到较高的压块密度,但其密度分布往往是不均匀的;一般情况下,压块强度随成型剂的加入量而提高。
五,压块的弹性后效:1,弹性内应力:粉末颗粒内部和颗粒间接触表面上,由于原子间引力和吸力的相互作用,会产生一个与颗粒受力方向相反,并力求阻止颗粒变形,以便达到与压制压力平衡的作用力叫弹性内应力。
2,弹性后效:在除去压制压力和把压块脱模后,由于弹性内应力的松弛作用而引起压块体积膨胀的现象叫弹性后效。
3,在许多情况下,压块脱模后发生弹性膨胀是造成压块裂纹和分层的原因。
4,粉末粒度细,颗粒粗糙程度降低,颗粒间结合强度降低(成型不足或含水量大)以及氧化物和杂质含量增加都会增加弹性后效。
料粒干燥太干而变硬,也会增加弹性后效。
第一节压制工艺一,压模;1,压缩比(或填充系数):混合料愈细,则松装比容愈大,要压制成给定密度压块的压缩比也愈大。
一般在2.5-4倍间;压模在压制过程中发生弹性变形往往造成脱模后压块的横向裂纹。
2,线收缩系数:压块尺寸与烧结制品相应尺寸之比。
压块密度越大,收缩系数越小。
二,压制工艺:模压成型包括称料,装模,压制,脱模以及压块干燥,修边(半检)和压块加工;压制压力机操作比较简单,关键在于安调整单重,尺寸以及处理由于设备故障及物料不稳定带来的一些问题。
三,压制废品:1,分层:沿压块的棱出现,与受压面呈一定角度,形成整齐的分界面叫分层。
造成压块分层的原因是压块中弹性内应力或弹性张力。
如混合料钴含量低,碳化物硬度高,粉末或料粒愈细,成型剂太少或分布不均匀,混合料过湿或过干,压制压力过大,单重过大,压块形状复杂,模具光洁度太差,台面不平,均有可能造成分层。
提高压块强度,减少压块内应力和弹性后效是解决分层的有效方法。
2,裂纹:压块中出现不规则局部断裂的现象叫裂纹。
由于压块内部的拉伸应力大于压块的抗张强度。
压块内部拉伸应力来自于弹性内应力。
应注意:影响分层的因素同样影响裂纹。
另外,延长保压时间或多次加压,减少压力,单重,改善模具设计和适当增加模具厚度,加快脱模速度,增加成型剂,提高物料松装密度;可以减少裂纹。
3,未压好(显颗粒):尽管压块孔隙度可达到40%左右,但由于压制时物料或压力降原因,压坯孔隙是不均匀的;如果局部空隙尺寸太大,烧结中无法消除,叫未压好。
料粒太硬,料粒过粗,物料松装太大;松装料粒在模腔中分布不均匀,单重偏低。
均可能造成未压好(显颗粒)。
第三节其他成型方法一,增塑性毛坯加工:利用增塑剂,提高模压成型压块的可塑性,随后进行各种机械加工,以制取压制品的方法叫增塑性毛坯加工,其生产原理:1,一般对毛坯收缩系数应控制在1.23-1.30之间。
2,预烧:目的提高毛坯强度,同时在排除成型剂时形成小空隙,以利于随后的渗蜡,预烧在400℃时应保持较长的时间,预烧温度为700-800℃之间,预烧时间1-1.5小时。
防止压块在脱蜡过程中起皮。
3,渗蜡:提高毛坯的可塑性,以利于加工,毛坯放入石蜡中的温度为60℃,缓慢升到180-200℃停止。
毛坯取出是石蜡温度为60℃。
4,切削加工:切削加工是应注意,由于毛坯强度低,容易夹裂;碳化物硬度高,易磨损刀具,应使用低钴细颗粒合金刀具,采用较大的前角和后角,低速,小刀进量;一,等静压制利用高压液体的静压力直接作用于装在弹性模具内的物料,使压块多向同时均衡受压的一种成型方法,通过传递压力的介质是水溶液,因而也称水静压制;等静压制时,压块强度,线收缩和成型压力没多大关系,一般在2吨/cm2以下。
1,模具:(型芯和模套)用来成型塑料模的外表,钻有孔眼的薄铁皮套筒;(弹性模具)须不易变形,不粘附压件。
2,成型工艺:将粉末装入弹性模具中,经密封后置于高压容器中,由高压泵打入液体介质,造成等静压力,使物料均匀受压,降压放出高压容器中的液体介质,然后取出压块;使用较细的料粒可以改善压块的表面质量。
装模均匀一致,密实,装好料的模具用塑料塞子塞住,用金属丝扎紧。
封模后进行真空排气处理,以免出现大气孔和表面缺陷。
装入等静压机的高压容器中,升成型,压力为600-1800KG/cm2。
3,干粉(干袋)压制:此工艺生产方式是由等静压制方式进化而成,物料装在塑料模套里,压缩空气推动液体介质,造成静压力,物料受压成型;一般压缸增压压力在13-15MPa。
松压后取出压坯。
主要用于棒材或模芯生产。
二,挤压成型:将经过增塑的混合料放入挤压筒中,在挤压筒的一端安放模子,模子上有所需挤压制品断面的模孔,在挤压筒的另一端插入挤压杆,挤压机的压力通过挤压杆转给混合料,使之通过模孔而成为具有一定形状的制品。
第一节氢气烧结将含有成型剂的压块装在石墨舟皿中,再充填有一定碳含量的氧化铝填料或石墨颗粒填料,然后,通常是装入连续推进式的钼丝炉内,在氢气保护下进行烧结,这个过程就是氢气烧结过程。
一,气相与烧结体反应原理:1,脱氧反应:MeO+H2=Me+H2O2,碳化钨的脱碳反应(温度在800-950℃以上):WC+H2O=W+H2+COWC+2H2=W+CH4(甲烷)3,增碳反应:CH4=C+2H2 (CH4来自成型剂在400-500℃产生分解时的裂化)2CO=CO2+C4,水煤气反应的产生:H2O+C=CO+H2 (碳来源于石墨舟皿,填料以及游离碳)二,实际烧结过程中常见的化学反应1,钴氧化物的还原:混合料中的某些细颗粒的钴粉是以氧化物形态存在的,较粗的钴粉表面也会形成氧化物膜;因钴粉在空气中储存,混合料湿磨,干燥以及压块长时间暴露于空气,压块的进一步干燥;通常细颗粒混合料中的氧含量甚至超过1.0%,但钴的氧化物可以完全被氢和碳化物还原:2COO+2C=2CO+CO22COO+WC=2CO+W+CO23COO+3WC=W3CO3C+CO+CO22,湿氢脱碳:由于氢的含水量高达1000毫克/M3,温度达到950℃以上,使碳化钨急剧脱碳并形成η相;在固相烧结中,由于严重脱碳形成η相使压块体积增大。
线尺寸可增大6-7%,造成压块孔隙度增高使收缩困难;不均匀的脱碳造成制品变形。
为避免因氢气中含水量太高而造成脱碳,应充填石墨颗粒或含碳的氧化铝作保护。
3,气相渗碳:因炉气存在一氧化碳和甲烷带来的渗碳叫气相渗碳。
(1)固相渗碳阶段:在烧结过程的前面两个阶段,烧结体中为出现液相,压块还是一个多孔体,这时炉气渗碳是通过含碳气体在烧结体孔隙表面上分解出碳,然后此活性碳进一步向颗粒内部扩散,从而完成渗碳过程,采用高碳填料烧结,以便给缺碳的烧结体增碳,防止合金中出现η相组织。
(2)液相渗碳阶段:当烧结体进入液相烧结阶段以后,迅速收缩达到致密状态。
烧结体的渗碳过程是通过液态钴的吸碳过程来实现的。
由于烧结体中出现液相以后,碳在液相中的溶解度迅速增大,使液相渗碳明显进行,提高温度,增加保温时间,增加渗碳气体浓度都可以提高渗碳速度,合金含钴量高,碳化物颗粒细,都有利于液相渗碳。
三,成型剂的增碳作用:在低温烧结阶段,成型剂的分解使烧结体增碳。
1,成型剂增碳过程和特点:(1)橡胶:加热时会发生裂变,在低温烧结阶段分解成氢,甲烷等碳氢化合物和游离碳。
碳留在烧结体中,给烧结体一次增碳,碳氢化合物进入炉内,炉气的气相渗碳反应给烧结体二次增碳。
(2)石蜡:石蜡在蒸发冷凝过程中会发生某些变化。
石蜡在高温下裂化也会产生碳氢化合物气体,使烧结体渗碳,不过,渗碳量极少,只有高熔点石蜡才能产生较多的碳。
2,影响成型剂增碳的因素:(1)成型剂的加入量与增碳量成正比;(2)升温速度:升温速度越快,增碳越多。
反之,则越少。
(3)氢气流量:增大氢气流量,可减少成型剂的增碳量。
四,氢气烧结规范的选择:1,烧结温度:硬质合金的烧结温度通常应高于其主要碳化物与粘结金属的共晶温度40-100℃;如WC—CO的共晶点为1340℃,其烧结温度为1370-1440℃2,烧结时间:必须保证足够的时间才能完成烧结过程的组织转变。
尽管在一定的范围内,烧结温度和时间可以互相补充。
如高温快速或低温慢速。
但是,这个范围是有限的。
如果温度过于偏低,再延长烧结时间也不能使合金达到应有的密度。
为了在烧结温度下能达到平衡状态,并有充分的组织转变时间,通常保温1-2小时。
但是,烧结时间还受到其他因素的影响。
如制品大小就是一个重要的因素。
3,填料的选择:填料的作用在于氢气烧结中很重要,它可以在局部空间内造成一种适合于烧结体烧结的气氛,从而保证合金的碳含量在允许的范围内,使合金组织正常。
(1)渗碳的填料:石墨粉1-3mm大小;(2)烧结体内有生成大量气体的化学反应,当烧结体中存在某些氧化物,在出现液相以后才被还原,生成气体,这就会使制品臌泡;WC—CO合金一般由混合料中氧化物结块引起的。
3,孔洞:40微米以上的孔隙叫孔洞。
能够造成臌泡的因素,均可形成孔洞,只是不象臌泡有大量气体,此外,当烧结体内存在不为溶体金属所润湿的杂质,如“未压好”之类的大孔,或烧结体存在严重的固相与液相的偏析,都可能形成孔洞。