材料学院本科生实习.ppt

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1、长沙中南凯大粉末冶金有限公司,欢 迎 您长沙中南凯大粉末冶金有限公司硬质合金生产工艺简介,一、公司简介,公司名称：长沙中南凯大粉末冶金有限公司成立时间：1964年年产量：300吨职工人数：145公司性质：独立法人企业，由中南大学粉末冶金工程中心有限公司100%控股。主要产品：矿用硬质合金,设备展示,四管还原炉,SIP-5300 10低压烧结炉,HZS2-100双室高压气淬真空热处理炉,ZDHC30A矫顽磁力自动测量仪,矿 用 硬 质 合 金 目 录,盾 构 件 盾构机滚刀齿硬质合金条,柱齿中、低风压潜孔钻用 锥形齿高风压潜孔钻用球齿,截 煤 齿牙轮钻用球齿,矿 用 硬 质 合 金,建筑工程用合

2、金,球 齿,截 齿,钎 片,P0 型 P1 型 P2 型,硬质合金球齿,硬质合金钎片,异型硬质合金,硬质合金条,主 营 产 品,硬质合金盾构件,硬质合金长条,异型硬质合金,主 营 产 品,硬质合金钎片,硬质合金拉丝模,硬质合金截煤齿,硬质合金蘑菇型齿,主 营 产 品,产 品 市 场,矿用硬质合金市场,潜孔钻车,十字钎,一字钎,钎头,产 品 市 场,煤矿及油田用硬质合金市场,截 煤 钎 头,截 煤 钎 头,采 煤 机,产 品 市 场,盾构刀头产品市场,盾 构 机,盾 构 机 刀 头,二、本公司硬质合金生产主要原辅材料简介,矿用硬质合金组成：硬质相WC+粘结相Co 通过改变钴含量和碳化钨晶粒大小来

3、调节合金性能，少数情况加入添加物。,1、WC基本性质及其各项指标对合金性能的影响,1.1 WC基本性质WC理论含碳量6.128%，简单六方晶格，具有熔点高，硬度大，化学稳定性好和热稳定性好的优点，理论密度15.77g/cm3，HRA=94，HV=1620，熔点26002870WC和Co有很好的润湿性，WC溶于Co形成固溶体，溶解度随温度升高而升高，室温时1%，共晶温度时8%15%，烧结温度时35%37.5%。,1.2 WC技术要求及其对合金的影响 GB/T4295-2008 碳化钨粉规定了WC各项技术指标要求，包括化学杂质含量、碳含量、费氏粒度、外观等。1.2.1 化学杂质含量：一般要求WC纯

4、度不低于99.7%。化学杂质对合金的影响通常有以下五类：造成孔隙、降低强度：Ca、Mg、As、Si、P进入粘结相，影响强度：Fe、Ni、Cu、Al造成个别晶粒长大：游离碳、K、Na细化晶粒：Mo、Cr、V影响合金碳氧平衡：氧、水份,1.2.2 含碳量对合金性能的影响碳含量直接影响到合金的组织结构和性能，控碳是硬质合金生产过程控制中最重要的一项任务。原料WC的碳是合金中碳的主要来源，因此，碳化钨的含碳量及存在形式对合金质量控制非常关键，一般用总碳、游离碳、化合碳来描述WC 的含碳量及存在形式。WC的理论含碳量6.128%，高于理论值，出现游离碳，低于理论值，WC中出现W2C或W2C+W。一般要求

5、：化合碳6.07%，游离碳0.05%，总碳的控制取决于生产工艺和使用范围，如，石蜡工艺，总碳稍高些，橡胶工艺，总碳稍低些，低钴合金可选用总碳稍高的WC，高钴合金则选用总碳较低的WC，细晶合金可选用总碳稍高的WC，粗晶合金则选用总碳较低的WC。,1.2.3 WC粒度和结构对合金性能的影响总体要求：应尽可能减少晶粒内部和晶界上存在的明显缺陷和微孔，晶粒发育完整、粒度均匀的WC能制得性能优良的合金。晶粒度的大小不同，合金的物理机械性能不同，因此需要根据合金的不同使用要求确定所需的性能，再根据所需合金性能确定使用什么晶粒度的WC。相同钴含量的情况下，WC 晶粒度越小，合金硬度越大，耐磨性越好。钴含量2

6、0%时，相同钴含量的情况下，WC 晶粒度越小，合金强度越低。超细结构合金能够同时具有较好的强度和硬度。,2、钴粉及其对合金性能的影响,2.1 技术要求:通常要求Co%99.8%，松比 0.75g/cm3，费氏粒度4微米，O%0.5%，C%0.04%，Fe%0.02%，其它要控制的杂质包括Ni、Ca、Na、Cu、Pb、Mg、Zn、Mn、S、Si，具体见标准YS/T673-20082.2 钴含量对合金性能的影响其他条件不变的情况下，钴含量增大，硬度降低，抗弯强度升高。2.3 钴粉粒度的影响钴粉粒度不同主要造成湿磨过程分散不同，不同牌号合金采用不同粒度钴粉，细WC粉，采用细钴粉，粗WC粉，采用粗钴粉

7、。,3、辅助材料,常用辅助材料有液氨、炭黑、汽油、橡胶、石墨舟、氢气、氩气等。,三、工艺简介,橡胶 硬质合金生产工艺流程图,湿磨,干燥,筛分,掺胶制粒,模压成型,WC+Co,钨钴混合料,待压制料,压坯,半检,排胶,烧结,热处理,成品检查,包装入库,3.1 湿磨工艺,湿磨工艺：湿磨的目的是使碳化钨磨至所需粒度，并和钴粉达到充分均匀的混合。目前湿磨方式主要有：滚动球磨和振动球磨，国内硬质合金厂家大多采用滚动球磨。3.1.1 配料原则原辅材料必须符合技术条件要求，严格按照合金成分配料按照合金组织晶粒度要求选择原料粒度碳氧平衡：根据合金对碳含量的要求及工艺调整原料的碳含量,配料,湿磨,干燥,过筛,钨钴

8、混合料,3.1.2 影响湿磨效率和混合料质量的各种因素球磨机转速：一般在临界转速的6070%填充系数：一般在0.40.5研磨体形状、尺寸和材料：球状合金，1114mm球料比：3:14:1固液比：每公斤料200ml湿磨时间：每个牌号混合料的湿磨时间通常通过实验来确定，取其综合性能（产品质量特性值、使用性能和工艺性能）最好的时间。获得均匀合金的要素：减小混合料中WC粒度的分散度，是获得均匀合金的关键。主要影响因素：WC原始粒度、湿磨工艺、各种中间返回料的重磨等。3.1.3 干燥：真空干燥、喷雾干燥,3.1.4 质量检查化学成分：总碳、游离碳、O、Co、Fe 部分混合料质量标准,鉴定料性能要求及其影

9、响因素 部分牌号合金鉴定料性能要求,密度：测定排水法 影响密度的因素：成分、孔隙度、碳含量硬度：表征合金抵抗变形和磨损的能力，硬度测定是以对微量塑性变形阻力为基础，塑性越低，硬度越高。通常采用洛氏硬度（HRA）和维氏硬度（HRV）来度量。影响因素：1）钴含量：相同晶粒度和碳含量时，钴含量每增加3%，硬度大约下降1HRA。2）WC晶粒度：晶粒度降低，硬度升高。3）碳含量：却碳时，硬度升高，渗碳时，硬度降低。4）温度：硬度随温度升高而降低，低钴、细晶粒合金在高温下保持较高的硬度。抗弯强度：指合金在弯曲负荷作用下，试样完全断裂时的极限强度。影响因素：钴含量、组织结构的均匀性、WC的晶粒度、杂质含量、

10、试样的表面状态、尺寸、内部缺陷、弯曲变形等。以上三项指标是硬质合金的“老三项”检测，也是国家标准要求的检测项目。,硬质合金发展到今天，已经有了更好的方法来检测控制其性能。硬质合金的性能主要取决于合金的成分、碳含量、晶粒度和孔隙。合金的碳含量用相对磁饱和来度量，合金的晶粒度用矫顽磁力来度量，合金的成分和孔隙用密度来度量。因此，对于合金的质量控制，用密度、矫顽磁力和相对磁饱和“新三项”指标能更精确地反映合金的性能。当这三项指标控制在规定范围时，合金的硬度、抗弯强度、成分和孔隙度等指标肯定在规定范围内。矫顽磁力影响因素：钴含量、WC晶粒度、总碳含量、添加物、杂质元素等。相对磁饱和：合金中的Co在磁场

11、中能被磁化的部分占合金质量的百分比称为钴磁，钴磁与钴含量之比成为相对磁饱和。相对磁饱和超标原因：总碳超标、混合料氧含量超标、排胶过程控碳不准等。,部分牌号合金金相要求,3.2 掺胶工艺成型剂：石蜡、橡胶（丁纳橡胶、顺丁橡胶、SBS）、PEG等丁纳橡胶质量要求：门尼值：2540，分子量：1020万。溶液灰分0.1%，浓度：11.012.0%。掺入成型剂的目的是提高混合料的压制性能，使得混合料可以压制成型。因此掺胶工艺参数要根据随后成型性能要求来调整。主要包括成型剂加入量、混合时间、干燥时间、擦筛目数等。对于自压料还要进行制粒，制粒的目的是使得料的流动性好，压制时单重一致。粒子不能太粗也不能太细，

12、太粗，流动性好，但易产生麻面、未压好等缺陷，太细，流动性差，制品单重、尺寸波动大，易分层。,3.3 成型工艺3.3.1 压力机：液压机、机械压力机；自动压力机、非自动压力机；单向压力机、双向压力机。十多年前从德国引进的DORST压力机，是目前最完善的压力机，国内已有大量仿DORST机。3.3.2 压制模具压模质量的好坏，直接关系到制品质量的好坏。压模质量控制：尺寸公差、配合间隙、平行度、垂直度、同轴度、光洁度、材料硬度、收缩系数等。收缩系数是压模的一个重要参数，影响因素：压模类型、压模工作面粗糙度、产品形状、成型剂种类和多少、混合料粒度和流动性等，具体要通过试验确定。,3.3.3 压制工艺参数

13、确定：三个阶段：计算理论参数；根据产品形状、尺寸、压模尺寸、收缩系数、混合料松比、烧损系数、产品密度可计算出压制品单重和高度；通过试压调整并最终确定实际参数。3.3.4 压制废品及控制压制废品通常有：分层、裂纹、未压好、单重或尺寸不合格、掉边掉角、毛刺过深、表面划痕及麻面等。通过首检、自检、专检控制并及时调整压制工艺。,3.4 排胶工艺具体工艺：氢气保护、350450排胶，具体升温工艺和保温时间与产品形状、尺寸、成型剂种类、加入量、舟皿形状、涂料类型原料碳、氧含量等因素有关，具体操作时通过看胶烟并结合以往的经验确定，具有很强的经验性。3.5 烧结工艺硬质合金烧结是典型的液相烧结，液相出现的温度

14、（共晶温度）一般为13001340，与碳含量高低有关。烧结过程是致密化过程，也是合金组织结构（相成份）转变和形成的过程。YG合金的相成份由于碳含量的不同，有三种情况：WC+、WC+、WC+C+，相是指WC和W在钴中的固溶体，正常合金的组织结构应为WC+,3.5.1 真空烧结主要工艺参数：温度、升温速度、保温时间、真空度。与氢气烧结比较，优点：炉内气氛恒定，减少了氢气烧结中杂质气体的污染；压坯中氧和氧化物被充分排除；提高了粘结相与硬质相的润湿性；合金表面清洁，利于焊接。3.5.2 低压烧结（加压烧结）低压烧结的“低压”是相对于“热等静压的压力来说的，二者都是在等静压力下烧结，前者的压力为510M

15、Pa，后者的压力则高达70100MPa。低压烧结除了具有真空烧结的全部优点之外，其主要优点是减少了合金中的显微孔隙，升温保温工艺与真空烧结相近。,3.6 热处理热处理是合金后处理技术的一种，其原理是利用钴相的晶型转变提高合金的性能。Co属于同素异构多晶型金属，已确定有两种形态：-Co和-Co，前者为面心立方结构，有12个滑移面，韧性好，在烧结温度下处于稳定状态。后者属于密排六方结构，只有三个滑移面，韧性较差，在室温下处于稳定状态。合金热处理工艺就是让合金在高温下进行快速冷却（淬火处理），使相中保持较多的-Co并保持较大的WC和W浓度，从而达到改善合金性能的目的。为了消除淬火产生的应力，淬火后应进行回火处理，以进一步改善合金的性能。,3.7 表面处理：喷砂、滚磨3.8 成品检查与包装入库炉前检查：检出明显的渗碳、脱碳、掉边掉角等合金。物理机械性能检查：检查项目：抗弯强度、硬度、密度、磁力、磁饱和。断口和金相检查：孔隙度、组织结构（钴池、钴层厚度、WC晶粒度、均匀性、渗碳、脱碳等）。外观尺寸检查：检出尺寸不合格以及弯曲、鼓泡、变形、掉边掉角等外观缺陷产品。包装入库：合格产品采用木箱或纸箱包装入库。,四、参观安全注意事项,参观路线听从工作人员指挥安排；勿触碰各种原辅材料、中间产品，以免合金脏化；湿磨车间禁止接听和拨打手机，避免火花引燃汽油。,谢谢大家！,