硬质合金生产技术之压制和烧结

第三章压制第一节压紧机构首先，压制工艺：粉末压制是粉末冶金生产中的基本成型方法。将粉末装入压机中，然后在压机下压制，脱模得到所需形状和尺寸的致密产品，大致分为三个阶段：1.随着压力的增加，压坯的密度迅速增加。毛孔急剧缩小。2.紧凑型的密度增加缓慢。由于孔隙在第一阶段被大量消除，连续加压仅允许颗粒弹性屈服和变形。3.压力的增加可能达到粉末材料的屈服极限和强度极限，并且粉末颗粒在该压力下将产生塑性变形或脆性断裂。由于颗粒的脆性断裂，碎片形成并填充到孔隙中，致密体的密度相应增加。第二，压制压力：压制压力分为两部分；首先，在没有摩擦的情况下，将粉末压实到一定程度所需的压力是“静压”(P1)；第二，克服粉末颗粒和模具之间摩擦的压力是“横向压力”(P2)。压力P=P1P2侧压系数=侧压P2压力P=粉末的泊松系数u(1-u)=tg2(45-自然倾斜角 2)侧压力越大，脱模压力越大。硬质合金粉末的泊松系数通常在0.2和0.25之间。第三，压制过程中的压力分布：压力分布不均匀的主要原因是粉末颗粒之间以及粉末与模具壁之间的摩擦力。块体高度越高，压力分布越不均匀。双向加压或增大压块直径可以减少压力分布的不均匀性。第四，压块的密度分布：压块越复杂，密度分布越不均匀；除了不均匀的压力分布(压降)之外，不当的粉末加载还会导致压块不同部分的压缩程度不一致以及压块的密度不均匀。1.填充系数：指压块的密度Y与粒料的堆积密度Y之比；压缩比：指粉末颗粒填充高度h与压块压制高度h之比；填充系数和压缩比值相等。K=Y压力Y松动=h粉末h压力2.为了减少致密的密度分布的不均匀性：(1)提高模具的表面光洁度；(2)降低摩擦阻力；(3)改善颗粒的流动性；(4)采用合理的抑制方法；3.粉末粒度对压实的影响；(1)粉末分散越大(松散填料越小)，压力越大。压实密度越小；它具有较大的强度值和良好的成型性。(2)材料较粗，压实容易达到较高的压实密度，但其密度分布往往不均匀；一般来说，压块的强度随着添加的成型剂的量而增加。第五，紧凑型车的弹性后效：1.弹性内应力：在颗粒与粉末颗粒内部的接触面上，由于原子引力和吸力的相互作用，会产生与颗粒应力方向相反的弹性内应力，力求防止颗粒变形，以达到与压力的平衡。2.弹性后效：当压制压力被消除，压坯脱模后，压坯因弹性内应力松弛而产生的体积膨胀称为弹性后效。3.在许多情况下，脱模后压块的弹性膨胀是压块开裂和分层的原因。4.粉末粒度细、颗粒粗糙度低、颗粒间结合强度低(成型不充分或含水量大)以及氧化物和杂质含量增加将增加弹性后效。如果颗粒太干而不能变硬，也会增加弹性后效。第一节压制技术第一，死；1.压缩比(或填充系数):混合物越细，松散比容越大，被压制成给定密度的压块的压缩比越大。一般在2.5到4倍之间；压模在压制过程中的弹性变形经常导致脱模后压制块的横向裂纹。2.线性收缩系数：压坯尺寸与烧结产品相应尺寸的比值。压实密度越大，收缩系数越小1.分层：它沿着压缩块的边缘发生，并与压缩表面形成一定角度的整洁界面，这称为分层。压块的分层是由压块中的弹性内应力或弹性张力引起的。例如，混合物具有低钴含量、高碳化物硬度、较细的粉末或颗粒、太少或不均匀的成型剂分布、混合物太湿或太干、压制压力太大、单个重量太大、紧密形状复杂、模具光洁度太差以及台面不均匀，这可能导致分层。提高压块的强度，降低压块的内应力和弹性后效是解决脱层的有效方法。2.裂纹：致密中不规则的局部断裂称为裂纹。因为压块内部的拉伸应力大于压块的拉伸强度。压坯中的拉应力来自弹性内应力。应该注意的是，影响分层的因素也会影响裂纹。此外，保压时间延长或加压数次，以降低压力和单重，改进模具设计并适当增加模具厚度，加快脱模速度，增加成型剂并增加材料的堆积密度。裂缝可以减少。3.压制不良(显示颗粒):虽然压坯的孔隙率可达到约40%，但由于压制过程中的材料或压力下降，压坯的孔隙率不均匀；如果局部空隙尺寸太大，在烧结过程中无法消除，则称之为压制不良。材料太硬，材料太粗，材料太松。松散的电荷颗粒不均匀地分布在模腔中，并且单个重量相对较低。所有这些都可能导致挤压不良(显示颗粒)。第三节其他成型方法一、塑料毛坯加工：增塑剂用于提高压缩成型坯体的塑性，然后进行各种机械加工以制备压制产品。这种方法叫做增塑毛坯加工。其生产原理如下：1.通常，坯料的收缩系数应控制在1.23至1.30之间。2.预烧结：目的是提高坯件的强度，并在去除成型剂时形成小空隙，以便于后续的蜡渗透。预烧结应在400下长时间保持，预烧结温度为700-800，预烧结时间为1-1.5小时。防止脱蜡过程中结块剥落。3.蜡渗透：提高毛坯的可塑性，便于加工。石蜡中坯体的温度为60，缓慢升至180-200停止。取出坯料时，石蜡温度为60。4.切削：应注意切削，由于毛坯强度低，切削容易开裂。碳化物硬度高，易磨损的刀具，应使用低钴细粒合金刀具，使用较大的前角和后角，低速、进刀；首先，等静压利用高压液体的静压力直接作用在弹性模具中的材料上，采用一种成型方法使压机在多个方向上同时均匀压紧。传递压力的介质是水溶液，所以也叫静水压。等静压过程中，块体强度、线收缩率和成型压力关系不大，一般在2吨/cm2以下。1.模具：(型芯和模套)一种薄铁套，带有钻孔，形成塑料模具的外表面；(弹性模具)不得轻易变形，也不得粘附在压机上。2.成型工艺：将粉末放入弹性模具中，密封后放入高压容器中，用高压泵泵送液体介质，产生等静压，使物料均匀受压，减压释放高压容器中的液体介质，然后取出压坯；使用更细的颗粒可以提高压块的表面质量。模具应均匀包装并压紧。包装好的模具应用塑料塞塞住，并用金属线扎紧。模具密封后应进行真空排气处理，以避免大孔和表面缺陷。装入等静压机的高压容器中，提升成型，压力为600-1800公斤/平方厘米。3.干粉(干袋)压制：这种工艺的生产模式是从等静压发展而来的。材料包装在塑料模套中，压缩空气推动液体介质，导致将含有成型剂的团块放入石墨舟中，然后填充一定碳含量的氧化铝填料或石墨颗粒填料，然后通常放入连续推进式钼丝炉中，在氢气保护下烧结。这个过程就是氢烧结过程。一、气相和烧结体反应原理：1.脱氧反应：MeO H2=我H2O2.碳化钨的脱碳反应(温度高于800-950):H2O西部=H2西部碳化钨2H2=钨甲烷(甲烷)3、碳富集反应：CH4=C 2H2 (CH4来源于400-500分解时成型剂的裂解)2CO=二氧化碳4、水煤气反应的产生：H2O碳=一氧化碳H2(碳来自石墨舟、填料和游离碳)二、实际烧结过程中常见的化学反应1.氧化钴还原：混合物中钴粉的一些细颗粒以氧化物的形式存在，在较粗的钴粉表面也形成氧化膜；由于钴粉储存在空气中，混合物被湿磨并干燥，并且团块长时间暴露在空气中，团块被进一步干燥；通常细颗粒混合物中的氧含量甚至超过1.0%，但是氧化钴可以被氢和碳化物完全还原：2COO 2C=2CO CO2二氧化碳=二氧化碳3COO 3WC=W3CO3C CO2.湿氢脱碳：当氢的含水量高达1000毫克/M3，温度达到950以上时，碳化钨迅速脱碳，形成相。在固相烧结中，由于严重脱碳形成相，致密体积增加。金属丝尺寸可以增加6-7%，导致致密件的孔隙率增加，并且难以收缩。脱碳不均匀会导致产品变形。为了避免氢中水分含量过高造成脱碳，应填充石墨颗粒或含碳氧化铝进行保护。3.气相渗碳：由炉气中一氧化碳和甲烷引起的渗碳称为气相渗碳。(1)固相渗碳阶段：在烧结过程的前两个阶段，液相出现在烧结体中，致密体仍然是多孔体。此时，炉气渗碳通过含碳气体分解烧结体孔隙表面上的碳，然后活性炭进一步扩散到颗粒中，从而完成渗碳过程。高碳填料用于烧结，以向缺碳烧结体中添加碳，防止合金中出现相结构。(2)液相渗碳阶段：当烧结体进入液相烧结阶段时，迅速收缩至致密状态。烧结体的渗碳过程是通过液态钴的吸碳过程来实现的。由于液相出现在烧结体中后，碳在液相中的溶解度迅速增加，因此可以明显地进行液相渗碳，并且可以通过提高温度、增加保温时间和增加渗碳气体的浓度来提高渗碳速度。该合金钴含量高，碳化物颗粒细小，有利于液相渗碳。第三，成型剂的增碳效应：在低温烧结阶段，成型剂的分解使烧结体富含碳。1.加碳工艺及成型剂的特点；(1)橡胶：加热后，在低温烧结阶段会发生裂变并分解成氢、甲烷和游离碳等碳氢化合物。碳留在烧结体中，并且烧结体一旦富含碳，碳氢化合物就进入炉子，并且炉子气体的气相渗碳反应使烧结体第二次富含碳。(2)石蜡：石蜡在蒸发和冷凝过程中会发生一些变化。高温下裂解石蜡也会产生碳氢化合物气体，使烧结体渗碳。然而，渗碳的量非常小，只有高熔点的石蜡才能产生更多的碳。2.影响脱模剂增碳的因素：(1)成型剂的添加量与增碳量成正比；(2)升温速率：升温速率越快，加入的碳越多。相反，越少越好。(3)氢气流速：增加氢气流速可以减少成型剂的碳添加量。四、氢气烧结规格的选择：1.烧结温度：硬质合金的烧结温度一般应比其主要碳化物和结合剂的共晶温度高40-1002.烧结时间：必须保证有足够的时间来完成烧结过程的结构转变。虽然烧结温度和时间在一定范围内可以互补。如高温快或低温慢。然而，这个范围是有限的。如果温度太低，即使延长烧结时间，合金也不能达到其适当的密度。为了在烧结温度下达到平衡状态并具有足够的组织转变时间，通常进行1-2小时的保温。然而，烧结时间也受到其他因素的影响。例如，产品尺寸是一个重要因素。3.填料的选择：填料在氢气烧结中的作用非常重要。它能在局部空间创造一种适合烧结的气氛，从而保证合金的碳含量在允许的范围内，并使合金结构正常。(1)渗碳填料：尺寸为1-3毫米的石墨粉；(2)脱碳填料：氧化镁；钨粉；(3)氧化铝填料：加入少量(0.1-0.07%)碳作为碳载体，低温吸收碳，高温脱碳；4.温升率：单位时间内的温升程度用间歇生产的炉内表示。在连续炉中，使用推舟速度(毫米/分钟)。如果温度上升过快，烧结体的含碳量会增加，炉内烃类气体的浓度会大大超过正常值，导致废品剥落。如果温度上升太慢，烧结体中碳的增加量将减少，烧结体将被脱碳和氧化。1.氢气纯度：露点通常是零下40度。含水量越低越好。比如零下70度。五个。YT、YW合金真空烧结系统合金等级500-700保温时间(分钟)1000-1200保温时间(分钟)烧结温度烧结温度下的保持时间(分钟)真空(u)YT530-4030-401460-147040-50100YT1430401430-144040-50100YT1530401460-147040-50100YW1，YW3，YW430401400-141050-60100YW230401420-143050-60100第一节烧结废品1.剥离：合金表面穿过边缘的裂纹、裂缝或翘起的外壳。在严重的情况下，会出现小而薄的鳞片，它们会突然破裂甚至粉碎。这叫做剥皮。原因：由于压块中钴的接触效应，含碳气体分解压块中的游离碳，导致压块局部强度降低，导致剥离。采取以下措施避免脱皮：(1)增加氢气流量，降低氢气中的含水量；(2)减少船只装载，严格控制脱模剂的添加；(3)打开炉门进行烧结，使炉内气流呈层流状；(4)严格控制第一条皮带的炉温，降低推料速度，使区域内的成型剂完全分解；(5)紧密封船，或撒上较厚的包装层，或减少船前进端两侧的产品数量；2.鼓胀：合金产品上有孔，相应零件表面出现凸曲面。这种现象被称为鼓胀。原因：烧结体具有相对集中的气体，通常有两种类型：(1)空气积聚在烧结体中。在烧结收缩期间，空气从内部移动到表面。如果烧结体中有一定尺寸的杂质，如合金屑、铁屑、钴屑，空气在此集中，当烧结体呈液相并致密化时，空气不能排出，在烧结体阻力最小的表面形成鼓室气泡；(2)在烧结体中存在产生大量气体的化学反应。当一些氧化物存在于烧结体中时，它们仅在液相似乎产生气体后才被还原，这将使产品膨胀。碳化钨-钴合金通常是由混合物中的氧化物结块引起的。3.孔：超过40微米的孔称为孔。任何能够引起鼓胀的因素都可以形成孔，但是与鼓胀不同，鼓胀具有大量的气体，此外，当未被溶解的金属润湿的杂质，例如大孔，例如“压制不好”存在于烧结体中时，或者当烧结体在固相和液相之间具有严重的分离时，可以形成孔。不均匀组