Твердые сплавы

Кто-нибудь сталкивался с производством твердых сплавов? Интересует допустимые атмосферы спекания твердого сплава ВК8 в проходных печах. Нельзя ли заменить водород на аргон или какой-либо другой негорючий газ?

Хочу добавить, что хотя для твердого сплава ВК8 использование атмосфер, содержащих азот не критично, для других твердых сплавов азот может быть вреден. Поэтому, для универсального производства твердых сплавов выбор газов ограничен тремя газами и их смесями: аргон, водород и метан (углеродсодержащий газ полезен для науглероживания твердого сплава).

Кроме того, нашел кое-что из литературы:

http://www.ckp-rf.ru/upload/iblock/d63/d63d77e17b58ce438978be0acc5e7c3c.pdf

http://www.markmet.ru/kniga-po-metallurgii/tekhnologiya-i-svoistva-spechennykh-tverdykh-splavov-i-izdelii-iz-nikh-uchebnoe

Спасибо за ответы и за ссылки. Давно искал современную литературу по твердым сплавам на русском языке. Вряд ли возьмёмся перестраивать печь, скорее дождёмся возможности покупки вакуумно-компрессионной, отказ от водорода рассматривался как временная мера в связи с возникшими сложностями в его использовании. Поскольку Вы неплохо знаете материал, надеюсь получить от Вас ответ на вопрос, который давно интересовал меня. Вопрос такой. Известно, что усадка твёрдого сплава зависит от гранулометрического состава смеси после размола: чем более мелкозернистой является изначальная смесь, тем больше усадка, а, следовательно, меньше объём спечённой заготовки. Каков механизм влияния размера зерна на усадку? Ведь в первом приближении казалось бы объём спечённой заготовки должен определяться её массой и плотностью, а плотность, в свою очередь, соотношением компонентов сплава.

KorchaginDV, Величина усадки спекаемого материала зависит от многих факторов, но, для простоты, выделим два главных - плотность прессовки и способность к спеканию. Чем мельче частицы порошка, тем больше их поверхность и тем активнее они спекаются. В то же время, в большинстве случаев, чем мельче частицы, тем выше пористость прессовки. Получается, что эти два фактора усиливают друг друга и максимальная усадка получается для самых тонких порошков. Другой вопрос в том, хорошо это или плохо? Тут все определяется поставленной задачей.

Если стоит задача изготовить материал с наивысшими механическими свойствами, то надо использовать самые тонкие порошки и мирится с высокой усадкой, так как здесь требуется именно наилучшая способность к спеканию и мелкозернистая структура спеченного изделия. Если же важно изготовить безусадочный материал, то тут есть два разных подхода для керамики и для порошковой металлургии, но оба этих "трюка" не позволяют добиться максимальной прочности:

1. Для чисто керамических (недеформируемых) порошков используется метод двух или трех фракций, то есть, порошковая смесь содержит частицы разных размеров. Например, 80% грубой фракции 100-200 мкм плюс 20% мелкой фракции 5-10 мкм (в трехфракционных смесях берут грубую, среднюю и мелкую фракции). При прессовании таких смесей мелкие частицы заполняют промежутки между крупными и прессовка получается более плотной, что уже уменьшает теоретическую усадку. Главное же, почему такие прессовки дают малую усадку, - помехи спеканию со стороны грубой фракции ("каркас" из больших зерен не спекается, а значит усадка не происходит, а вместо нее образуется пористость между этими зернами). Таким образом, использование двух и трехфракционных порошковых смесей позволяет добится безусадочности ценой высокой и грубой пористости.
   
2. В порошковой металлургии (деформируемые порошки) используют другой "фокус". Узкофракционные, грубозернистые порошки мягких металлов (меди, железа, никеля и т.д.) прессуют при таких высоких давлениях, что происходит пластическое течение частиц относительно друг друга с заполнением промежутков. В этом случае плотность прессовки может достигать 98% от теоретической. Спекание такой прессовки не может дать никакой усадки, а служит только для образования металлургической связи между частицами. Тем не менее, механические свойства таких материалов уступают свойствам аналогичных материалов, спеченных из мелких порошков и доведенных до той же плотности методом горячего прессования.
   

Здравствуйте ещё раз, твердосплавщики! Возник вопрос по футеровке шаровых мельниц для твердого сплава. Если кто-то сталкивался, подскажите, защищают ли так называемые продольные лифтёры от загрязнения смеси материалом внутренней стенки барабана? По идее они должны служить для захвата шаров, тем самым способствуя прижатию небольшого слоя шаров к стенке барабана по всей внутренней поверхности, а прижатые шары в свою очередь должны препятствовать взаимодейтсвию стенок барабана с основной массой подвижных шаров и материала. Так ли это и насколько это может быть эффективно на практике. Вопрос возник в связи со сложностью и высокой стоимостью изготовления футеровки из твердого сплава. Иллюстрация ниже

KorchaginDV,

Полагаю, что продольные лифтеры не столько защищают внутреннюю стенку от износа, сколько интенсифицируют процесс помола (поднимают шары на большую высоту, отсюда и название). Грани этих лифтеров должны изнашиваться быстрее остальной поверхности.

А из чего вы делаете футеровку и шары? может быть можно что-то подсказать по материалам.

Планируется использовать обычную нержавейку. Есть также мысль о том, чтобы делать из 110Г13Л. Шары твердосплавные, ВК8. Беспокойство вызывает не столько сокращение срока службы мельницы, сколько загрязнение твердого сплава частицами металла. Как по-вашему, насколько это опасно для твердого сплава?

как то, стояла задача изготовления мер твердости твердых сплавов. Наши доктора, палата ума, предлагали использовать горячее прессование на оборудовании института твердых сплавов, да, оборудование это тогда только подходило. Ну, я по своей молодости, открыл книгу, немцев Киффера и Шварцкопфа, времен фашистской Германии, взял самый простой способ, патент 1905 года, и, изготовил. Проверили на эталоне твердость, разброс соответствует госту. Это о том, что книга хорошая, химия , физика вся описана,технологии приведены, смысл объяснен, бери, читай, изготовляй

Dmitry57, я читал эту книгу, к сожалению иногда без практического опыта никуда не денешься.

Авас Петяев, я понял наконец откуда растут ноги: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/63282/91-BondarenkoNEW.pdf?sequence=1. В этой статье описан как раз способ защиты от намола с помощью рёбер, Вопрос с футеровкой ещё не решён на нашем производстве. За рекомендации спасибо, сейчас их обдумываем.

Подскажите из ВК8 можно нож сделать, или лучше не делать?

Здравствуйте ещё раз! Организация нового твёрдосплавного участка движется вперёд. Следующая проблема - сушка пульпы после размола. Как посоветуете сушить: в вакууме или в азоте и при какой температуре? При этом необходимо возвращать спирт в производство через дистиллятор, Не станет ли проблемой при вакуумной сушке интенсивное кипение спирта даже при невысоких температурах?

KorchaginDV,

Если порошок после сушки идет на прессование, то лучше всего сушить на распылительной сушилке. Есть небольшие распылительные сушилки, которые работают не только с водными, но и с спиртовыми суспензиями, например, сушилки Niro:

http://www.aaronequi...ockner/10678001.

Достоинство распылительной сушки в том, что получается сыпучий, агломерированный порошок, идеально подходящий для прессования.

Второй, более старый, вариант сушки - фильтрпресс. Такие машины до сих пор широко используются в керамической промышленности.

Кстати, почему вы не мелете в воде? В составах твердых сплавов нет ничего, чему помол в воде был бы "противопоказан". Заморачиваться со спиртом нужно только в крайнем случае, так как, какое бы оборудование вы не применили, пожаро- и взрывоопасность будет всегда.

Следующим этапом будет полный переход от прессования к экструзии, поэтому в распылительную сушилку вкладываться не видим смысла. Фильтр-прессы рассмотрю, про них я раньше не слышал.

А как же кобальт? Он разве не окисляется в воде? Практически во всей литературе рекомендуется молоть в спирте, на практике я тоже ещё не встречал, чтобы помол производили в воде..

А как же кобальт? Он разве не окисляется в воде?

Я сам постоянно смешиваю и мелю в воде порошки, содержащие кобальт (< 3 мкм, восстановленный из оксида водородом), молибден (< 5 мкм), нихром (< 5 мкм). хром (< 20 мкм) и кремний (< 36 мкм). Из этих порошков только помол кремния вызывает проблему из-за реакции с водой (выделяется водород и растет давление в барабане), но и то, если вода холодная, то можно молоть и кремний. Конечно, какое-то окисление кобальта при помоле в воде будет, но оно будет и при помоле в спирте и просто при хранении на воздухе. Кроме того, во время спекания в инертной среде весь оксид кобальта снова восстановится до металла. Скажу больше, Вы можете взять вместо всего порошка кобальта порошок его оксида и он весь в изделии превратится в металл.

Подскажите, пожалуйста, имеет ли на практике значение при помоле отношение диаметра барабана к размеру шаров? Мы предполагаем использовать барабан порядка 750-800 мм в диаметре и смесь 4 мм и 8 мм твердосплавных шаров. В литературе по шаровым мельницам пишут, что большое отношение диаметров барабана и шаров приводит к образованию застойных зон.

В литературе по шаровым мельницам пишут, что большое отношение диаметров барабана и шаров приводит к образованию застойных зон.

Это правильно, но если вы хотите помолоть порошок до субмикронного размера, то приходится использовать маленькие шары. Для решения этой проблемы в больших барабанах помогают лифтеры. Другой вариант: вместо одного большого барабана использовать несколько маленьких или один, но длинный и малого диаметра.. Если же взять для большого барабана соответственно большие шары, то процесс помола больших частиц пойдет быстрее, а малых - медленнее.

Как посоветуете нанести покрытие из стеллита на детали футеровки шаровой мельницы? Исполнители утверждают, что наплавка покоробит детали. Есть возможность нанести детонационно-газовым напылением, но нет уверенности в качестве покрытия и прочности сцепления с поверхностью.

Как посоветуете нанести покрытие из стеллита на детали футеровки шаровой мельницы? Исполнители утверждают, что наплавка покоробит детали. Есть возможность нанести детонационно-газовым напылением, но нет уверенности в качестве покрытия и прочности сцепления с поверхностью.

При стеллитировании плитки футеровки поведет, но если наплавлять не на готовые плитки, а оставить запас под механическую обработку (фрезерование), то можно будет компенсировать поводки последующей механической обработкой. Уменьшить коробление плиток можно применяя высокие температуры подогрева и отжига (перед и после наплавки), а также при использовании лазерной наплавки.

Прочность сцепления с подложкой стандартных твердых покрытий (WC-Co-Cr, WC-Co и Cr3C2-NiCr), полученных детонационным или высокоскоростным газопламенным напылением не превышает 80-90 МПа. Это слишком мало для надежной футеровки барабана мельницы. Кроме того, такие покрытия находятся под напряжениями растяжения и ударная нагрузка будет вызывать растрескивание твердого покрытия.

Альтернативой наплавке стеллитом может служить только газопламенное напыление самофлюсующихся сплавов Ni(Co)CrBSi-WC с оплавлением напыленного слоя при 1050°C. Однако, здесь тоже имеется проблема с короблением, хотя и гораздо менее выраженная, чем при наплавке сваркой.

Спасибо, разобрались. Правда стеллитированные плиты оказываются слишком дорогими, но пока лазерная наплавка стеллита кажется неплохим вариантом.

Какой можете посоветовать метод формования стержней диаметром 10-20 мм? Из литературы мне известны следующие: двухстороннее прессование, экструзия, продольно-последовательное прессование, сварка спеканием, гидростатическое прессование. Хотели изначально экструзию, но поняли, что скорее всего столкнемся с множеством проблем.

Какой можете посоветовать метод формования стержней диаметром 10-20 мм?

Все зависит от длины стержней. Если стержни "бесконечно длинные" (более 1 м), то альтернативы экструзии (metal injection molding) нет. Стержни длиной до 20 мм можно прессовать двусторонним прессованием (до 10 мм - односторонним). Где-то до 50 мм можно попробовать квази изостатическое прессование (стальная форма с полимерной вставкой), а до 200-300 мм годится изостатическое прессование в гидростате. Теоретически можно гидростатически делать и более длинные стержни, но они будут кривые.

Скажите, пожалуйста, когда в литературе указывается "высокотемпературный карбид вольфрама" без уточнений - это начиная с какой температуры карбидизации? И можно ли, имея на руках порошкообразный карбид вольфрама лабораторными методами оценить какой это карбид - низкотемпературный или высокотемпратурный?

KorchaginDV, Это вопрос терминологии. Фактически, речь идет о размере зерна, который имеет очень большое значение для будущего применения твердого сплава (твердые сплавы с крупным или мелким зерном применяются в разных целях). Чем выше температура карбидизации, тем крупнее вырастают зерна WC. Вы можете под микроскопом определить размеры зерен карбида вольфрама в разных порошках и для себя решить, какой из них "высокотемпературнее" другого.

Подскажите, как спекать стержни, чтобы они не гнулись? Сейчас мы спекаем в водородной печи в засыпке корракс+графит, выходят кривые на миллиметр при длине 40 и диаметре 6 мм. Пробовали спекать в вертикальном положении - кривизна чуть меньше, но всё равно остаётся.