材料學(xué)院本科生實(shí)習(xí)PPT課件

1、設(shè)備展示四管還原爐SIP-5300 10低壓燒結(jié)爐HZS2-100雙室高壓氣淬真空熱處理爐 ZDHC30A矯頑磁力自動(dòng)測(cè)量?jī)x 第1頁(yè)/共33頁(yè) 礦礦 用用 硬硬 質(zhì)質(zhì) 合合 金金 目目 錄錄 u 盾盾 構(gòu)構(gòu) 件件 u 盾構(gòu)機(jī)滾刀齒盾構(gòu)機(jī)滾刀齒u 硬質(zhì)合金條硬質(zhì)合金條u 柱齒柱齒u 中、低風(fēng)壓潛孔鉆用中、低風(fēng)壓潛孔鉆用 錐形齒錐形齒u 高風(fēng)壓潛孔鉆用球齒高風(fēng)壓潛孔鉆用球齒u 截截 煤煤 齒齒u 牙輪鉆用球齒牙輪鉆用球齒 礦 用 硬 質(zhì) 合 金建筑工程用建筑工程用合金合金球球 齒齒截截 齒齒 釬釬 片片u P0 P0 型u P1 P1 型u P2 P2 型第2頁(yè)/共33頁(yè)硬質(zhì)合金球齒硬質(zhì)合金釬片異

2、型硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金條 主 營(yíng) 產(chǎn) 品第3頁(yè)/共33頁(yè)硬質(zhì)合金盾構(gòu)件硬質(zhì)合金長(zhǎng)條異型硬質(zhì)合金 主 營(yíng) 產(chǎn) 品 第4頁(yè)/共33頁(yè)硬質(zhì)合金釬片硬質(zhì)合金拉絲模硬質(zhì)合金截煤齒硬質(zhì)合金蘑菇型齒 主主 營(yíng)營(yíng) 產(chǎn)產(chǎn) 品品第5頁(yè)/共33頁(yè)產(chǎn)產(chǎn) 品品 市市 場(chǎng)場(chǎng)礦用硬質(zhì)合金市場(chǎng)潛孔鉆車潛孔鉆車十字釬十字釬一字釬一字釬釬頭釬頭第6頁(yè)/共33頁(yè)產(chǎn)產(chǎn) 品品 市市 場(chǎng)場(chǎng)煤礦及油田用硬質(zhì)合金市場(chǎng) 截截 煤煤 釬釬 頭頭截截 煤煤 釬釬 頭頭采 煤 機(jī)第7頁(yè)/共33頁(yè)產(chǎn)產(chǎn) 品品 市市 場(chǎng)場(chǎng)盾構(gòu)刀頭產(chǎn)品市場(chǎng) 盾盾 構(gòu)構(gòu) 機(jī)機(jī) 盾盾 構(gòu)構(gòu) 機(jī)機(jī) 刀刀 頭頭第8頁(yè)/共33頁(yè)二、本公司硬質(zhì)合金生產(chǎn)主要原輔材料簡(jiǎn)介 礦用硬質(zhì)合金組成：

3、硬質(zhì)相WC+粘結(jié)相Co 通過(guò)改變鈷含量和碳化鎢晶粒大小來(lái)調(diào)節(jié)合金性能，少數(shù)情況加入添加物。第9頁(yè)/共33頁(yè)1、WC基本性質(zhì)及其各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)合金性能的影響1.1 WC基本性質(zhì)WC理論含碳量6.128%，簡(jiǎn)單六方晶格，具有熔點(diǎn)高，硬度大，化學(xué)穩(wěn)定性好和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，理論密度15.77g/cm3 ，HRA=94，HV=1620，熔點(diǎn)26002870 WC和Co有很好的潤(rùn)濕性，WC溶于Co形成固溶體，溶解度隨溫度升高而升高，室溫時(shí)1%，共晶溫度時(shí)8%15%，燒結(jié)溫度時(shí)35%37.5%。第10頁(yè)/共33頁(yè)1.2 WC技術(shù)要求及其對(duì)合金的影響 GB/T4295-2008 碳化鎢粉規(guī)定了WC各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要

4、求，包括化學(xué)雜質(zhì)含量、碳含量、費(fèi)氏粒度、外觀等?；瘜W(xué)雜質(zhì)含量：一般要求WC純度不低于99.7%。 化學(xué)雜質(zhì)對(duì)合金的影響通常有以下五類：造成孔隙、降低強(qiáng)度：Ca、Mg、As、Si、P進(jìn)入粘結(jié)相，影響強(qiáng)度：Fe、Ni、Cu、Al造成個(gè)別晶粒長(zhǎng)大：游離碳、K、Na細(xì)化晶粒：Mo、Cr、V影響合金碳氧平衡：氧、水份第11頁(yè)/共33頁(yè)含碳量對(duì)合金性能的影響碳含量直接影響到合金的組織結(jié)構(gòu)和性能，控碳是硬質(zhì)合金生產(chǎn)過(guò)程控制中最重要的一項(xiàng)任務(wù)。原料WC的碳是合金中碳的主要來(lái)源，因此，碳化鎢的含碳量及存在形式對(duì)合金質(zhì)量控制非常關(guān)鍵，一般用總碳、游離碳、化合碳來(lái)描述WC 的含碳量及存在形式。WC的理論含碳量6.1

5、28%，高于理論值，出現(xiàn)游離碳，低于理論值，WC中出現(xiàn)W2C或W2C+W。一般要求：化合碳6.07%，游離碳0.05%，總碳的控制取決于生產(chǎn)工藝和使用范圍，如，石蠟工藝，總碳稍高些，橡膠工藝，總碳稍低些，低鈷合金可選用總碳稍高的WC ，高鈷合金則選用總碳較低的WC，細(xì)晶合金可選用總碳稍高的WC ，粗晶合金則選用總碳較低的WC。 第12頁(yè)/共33頁(yè)粒度和結(jié)構(gòu)對(duì)合金性能的影響總體要求：應(yīng)盡可能減少晶粒內(nèi)部和晶界上存在的明顯缺陷和微孔，晶粒發(fā)育完整、粒度均勻的WC能制得性能優(yōu)良的合金。晶粒度的大小不同，合金的物理機(jī)械性能不同，因此需要根據(jù)合金的不同使用要求確定所需的性能，再根據(jù)所需合金性能確定使用什

6、么晶粒度的WC。相同鈷含量的情況下，WC 晶粒度越小，合金硬度越大，耐磨性越好。鈷含量20%時(shí)，相同鈷含量的情況下，WC 晶粒度越小，合金強(qiáng)度越低。超細(xì)結(jié)構(gòu)合金能夠同時(shí)具有較好的強(qiáng)度和硬度。第13頁(yè)/共33頁(yè)2、鈷粉及其對(duì)合金性能的影響2.1 技術(shù)要求:通常要求Co%99.8%，松比 0.75g/cm3，費(fèi)氏粒度4微米，O%0.5%， C%0.04%， Fe%0.02%，其它要控制的雜質(zhì)包括Ni、Ca、Na、Cu、Pb、Mg、Zn、Mn、S、Si，具體見標(biāo)準(zhǔn)YS/T673-20082.2 鈷含量對(duì)合金性能的影響其他條件不變的情況下，鈷含量增大，硬度降低，抗彎強(qiáng)度升高。2.3 鈷粉粒度的影響鈷粉

7、粒度不同主要造成濕磨過(guò)程分散不同，不同牌號(hào)合金采用不同粒度鈷粉，細(xì)WC粉，采用細(xì)鈷粉，粗WC粉，采用粗鈷粉。第14頁(yè)/共33頁(yè)3、輔助材料常用輔助材料有液氨、炭黑、汽油、橡膠、石墨舟、氫氣、氬氣等。第15頁(yè)/共33頁(yè)三、工藝簡(jiǎn)介 橡膠 硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝流程圖濕磨干燥篩分摻膠制粒模壓成型WC+Co鎢鈷混合料待壓制料壓坯半檢排膠燒結(jié)熱處理成品檢查包裝入庫(kù)第16頁(yè)/共33頁(yè)3.1 濕磨工藝l濕磨工藝：濕磨的目的是使碳化鎢磨至所需粒度，并和鈷粉達(dá)到充分均勻的混合。目前濕磨方式主要有：滾動(dòng)球磨和振動(dòng)球磨，國(guó)內(nèi)硬質(zhì)合金廠家大多采用滾動(dòng)球磨。配料原則原輔材料必須符合技術(shù)條件要求，嚴(yán)格按照合金成分配料按照合金

8、組織晶粒度要求選擇原料粒度碳氧平衡：根據(jù)合金對(duì)碳含量的要求及工藝調(diào)整原料的碳含量配料濕磨干燥過(guò)篩鎢鈷混合料第17頁(yè)/共33頁(yè)影響濕磨效率和混合料質(zhì)量的各種因素球磨機(jī)轉(zhuǎn)速：一般在臨界轉(zhuǎn)速的6070%填充系數(shù)：一般在0.40.5研磨體形狀、尺寸和材料：球狀合金，1114mm球料比：3:14:1固液比：每公斤料200ml濕磨時(shí)間：每個(gè)牌號(hào)混合料的濕磨時(shí)間通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，取其綜合性能（產(chǎn)品質(zhì)量特性值、使用性能和工藝性能）最好的時(shí)間。獲得均勻合金的要素：減小混合料中WC粒度的分散度，是獲得均勻合金的關(guān)鍵。主要影響因素：WC原始粒度、濕磨工藝、各種中間返回料的重磨等。干燥：真空干燥、噴霧干燥第18頁(yè)/

9、共33頁(yè)質(zhì)量檢查化學(xué)成分：總碳、游離碳、O、Co、Fe 部分混合料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 第19頁(yè)/共33頁(yè)鑒定料性能要求及其影響因素 部分牌號(hào)合金鑒定料性能要求第20頁(yè)/共33頁(yè) 密度：測(cè)定排水法 影響密度的因素：成分、孔隙度、碳含量 硬度：表征合金抵抗變形和磨損的能力，硬度測(cè)定是以對(duì)微量塑性變形阻力為基礎(chǔ)，塑性越低，硬度越高。通常采用洛氏硬度（HRA）和維氏硬度（HRV）來(lái)度量。 影響因素：1）鈷含量：相同晶粒度和碳含量時(shí)，鈷含量每增加3%，硬度大約下降1HRA。2）WC晶粒度：晶粒度降低，硬度升高。3）碳含量：卻碳時(shí)，硬度升高，滲碳時(shí)，硬度降低。4）溫度：硬度隨溫度升高而降低，低鈷、細(xì)晶粒合金在高溫下

10、保持較高的硬度。 抗彎強(qiáng)度：指合金在彎曲負(fù)荷作用下，試樣完全斷裂時(shí)的極限強(qiáng)度。 影響因素：鈷含量、組織結(jié)構(gòu)的均勻性、WC的晶粒度、雜質(zhì)含量、 試樣的表面狀態(tài)、尺寸、內(nèi)部缺陷、彎曲變形等。以上三項(xiàng)指標(biāo)是硬質(zhì)合金的“老三項(xiàng)”檢測(cè)，也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的檢測(cè)項(xiàng)目。 第21頁(yè)/共33頁(yè) 硬質(zhì)合金發(fā)展到今天，已經(jīng)有了更好的方法來(lái)檢測(cè)控制其性能。硬質(zhì)合金的性能主要取決于合金的成分、碳含量、晶粒度和孔隙。合金的碳含量用相對(duì)磁飽和來(lái)度量，合金的晶粒度用矯頑磁力來(lái)度量，合金的成分和孔隙用密度來(lái)度量。因此，對(duì)于合金的質(zhì)量控制，用密度、矯頑磁力和相對(duì)磁飽和“新三項(xiàng)”指標(biāo)能更精確地反映合金的性能。當(dāng)這三項(xiàng)指標(biāo)控制在規(guī)定范

11、圍時(shí)，合金的硬度、抗彎強(qiáng)度、成分和孔隙度等指標(biāo)肯定在規(guī)定范圍內(nèi)。 矯頑磁力影響因素：鈷含量、WC晶粒度、總碳含量、添加物、雜質(zhì)元素等。 相對(duì)磁飽和：合金中的Co在磁場(chǎng)中能被磁化的部分占合金質(zhì)量的百分比稱為鈷磁，鈷磁與鈷含量之比成為相對(duì)磁飽和。 相對(duì)磁飽和超標(biāo)原因：總碳超標(biāo)、混合料氧含量超標(biāo)、排膠過(guò)程控碳不準(zhǔn)等。 第22頁(yè)/共33頁(yè) 部分牌號(hào)合金金相要求第23頁(yè)/共33頁(yè)3.2 摻膠工藝成型劑：石蠟、橡膠（丁納橡膠、順丁橡膠、SBS）、PEG等丁納橡膠質(zhì)量要求：門尼值：2540，分子量：1020萬(wàn)。溶液灰分0.1%，濃度：11.012.0%。摻入成型劑的目的是提高混合料的壓制性能，使得混合料可以

12、壓制成型。因此摻膠工藝參數(shù)要根據(jù)隨后成型性能要求來(lái)調(diào)整。主要包括成型劑加入量、混合時(shí)間、干燥時(shí)間、擦篩目數(shù)等。對(duì)于自壓料還要進(jìn)行制粒，制粒的目的是使得料的流動(dòng)性好，壓制時(shí)單重一致。粒子不能太粗也不能太細(xì)，太粗，流動(dòng)性好，但易產(chǎn)生麻面、未壓好等缺陷，太細(xì)，流動(dòng)性差，制品單重、尺寸波動(dòng)大，易分層。第24頁(yè)/共33頁(yè)3.3 成型工藝壓力機(jī)：液壓機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)；自動(dòng)壓力機(jī)、非自動(dòng)壓力機(jī)；單向壓力機(jī)、雙向壓力機(jī)。十多年前從德國(guó)引進(jìn)的DORST壓力機(jī)，是目前最完善的壓力機(jī)，國(guó)內(nèi)已有大量仿DORST機(jī)。壓制模具壓模質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到制品質(zhì)量的好壞。壓模質(zhì)量控制：尺寸公差、配合間隙、平行度、垂直度、同軸度

13、、光潔度、材料硬度、收縮系數(shù)等。收縮系數(shù)是壓模的一個(gè)重要參數(shù)，影響因素：壓模類型、壓模工作面粗糙度、產(chǎn)品形狀、成型劑種類和多少、混合料粒度和流動(dòng)性等，具體要通過(guò)試驗(yàn)確定。第25頁(yè)/共33頁(yè)壓制工藝參數(shù)確定：三個(gè)階段：計(jì)算理論參數(shù)；根據(jù)產(chǎn)品形狀、尺寸、壓模尺寸、收縮系數(shù)、混合料松比、燒損系數(shù)、產(chǎn)品密度可計(jì)算出壓制品單重和高度；通過(guò)試壓調(diào)整并最終確定實(shí)際參數(shù)。壓制廢品及控制壓制廢品通常有：分層、裂紋、未壓好、單重或尺寸不合格、掉邊掉角、毛刺過(guò)深、表面劃痕及麻面等。通過(guò)首檢、自檢、專檢控制并及時(shí)調(diào)整壓制工藝。 第26頁(yè)/共33頁(yè)3.4 排膠工藝具體工藝：氫氣保護(hù)、350450排膠，具體升溫工藝和保溫

14、時(shí)間與產(chǎn)品形狀、尺寸、成型劑種類、加入量、舟皿形狀、涂料類型原料碳、氧含量等因素有關(guān)，具體操作時(shí)通過(guò)看膠煙并結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)確定，具有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性。3.5 燒結(jié)工藝硬質(zhì)合金燒結(jié)是典型的液相燒結(jié)，液相出現(xiàn)的溫度（共晶溫度）一般為13001340 ，與碳含量高低有關(guān)。燒結(jié)過(guò)程是致密化過(guò)程，也是合金組織結(jié)構(gòu)（相成份）轉(zhuǎn)變和形成的過(guò)程。YG合金的相成份由于碳含量的不同，有三種情況：WC+、WC+ 、WC+C+， 相是指WC和W在鈷中的固溶體，正常合金的組織結(jié)構(gòu)應(yīng)為WC+第27頁(yè)/共33頁(yè)真空燒結(jié)主要工藝參數(shù)：溫度、升溫速度、保溫時(shí)間、真空度。與氫氣燒結(jié)比較，優(yōu)點(diǎn)： 爐內(nèi)氣氛恒定，減少了氫氣燒結(jié)中雜質(zhì)氣體

15、的污染； 壓坯中氧和氧化物被充分排除； 提高了粘結(jié)相與硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性； 合金表面清潔，利于焊接。低壓燒結(jié)（加壓燒結(jié)）低壓燒結(jié)的“低壓”是相對(duì)于“熱等靜壓的壓力來(lái)說(shuō)的，二者都是在等靜壓力下燒結(jié)，前者的壓力為510MPa，后者的壓力則高達(dá)70100MPa。低壓燒結(jié)除了具有真空燒結(jié)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)之外，其主要優(yōu)點(diǎn)是減少了合金中的顯微孔隙，升溫保溫工藝與真空燒結(jié)相近。第28頁(yè)/共33頁(yè)3.6 熱處理熱處理是合金后處理技術(shù)的一種，其原理是利用鈷相的晶型轉(zhuǎn)變提高合金的性能。Co屬于同素異構(gòu)多晶型金屬，已確定有兩種形態(tài)：-Co和-Co，前者為面心立方結(jié)構(gòu)，有12個(gè)滑移面，韌性好，在燒結(jié)溫度下處于穩(wěn)定狀態(tài)。后者屬于密排六方結(jié)構(gòu)，只有三個(gè)滑移面，韌性較差，在室溫下處于穩(wěn)定狀態(tài)。合金熱處理工藝就是讓合金在高溫下進(jìn)行快速冷卻（淬火處理）， 使相中保持較多的-Co并保持較大的WC和W濃度，從而達(dá)到改善合金性能的目的。為了消除淬火產(chǎn)生的應(yīng)力，淬火后應(yīng)進(jìn)行回火處理，以進(jìn)一步改善合金的性能。第29頁(yè)/共33頁(yè)3.7 表面處理：噴砂、滾磨3.8 成品檢查與包裝入庫(kù)爐前檢查：檢出明顯的滲碳、脫碳、掉邊掉角等合金。物理機(jī)械性能檢