Usaha global untuk ketahanan yang melampau
Di dunia pembuatan, perlombongan, dan aeroangkasa, tidak ada yang lebih berharga daripada ketahanan . Setiap kali gerudi bit terkejut, bilah turbin mengikis, atau galas memakai, kos masa, wang, dan kecekapan. Selama beberapa dekad, jurutera telah mengejar impian bahan dengan kekuatan logam tetapi kekerasan pemotongan berlian.
Pengejaran ini membawa kepada pembangunan karbida bersemangat , kelas revolusioner bahan komposit yang membentuk jantung super-alat moden. Titik permulaan untuk hampir semua bahan ini adalah ramuan halus: Serbuk komposit karbida .
Apa sebenarnya serbuk komposit karbida?
Logam mudah atau bahan seramik tulen jarang mempunyai campuran sempurna sifat yang diperlukan untuk aplikasi tekanan tinggi. Logam adalah sukar dan menentang menghancurkan, tetapi mereka sering lembut dan dipakai dengan cepat. Seramik, seperti karbida tulen, sangat sukar tetapi biasanya rapuh.
Serbuk komposit karbida adalah campuran kejuruteraan yang menggabungkan yang terbaik dari kedua -dua dunia, berikutan prinsip "komposit" bahawa bahan akhir lebih tinggi daripada komponennya.
Dua fasa penting
Serbuk adalah campuran mikroskopik dua komponen yang berbeza, masing -masing memainkan peranan penting:
1. Fasa keras: Biji Karbida
Fasa ini menyediakan legenda bahan kekerasan dan memakai rintangan. Ia terdiri daripada zarah mikroskopik karbida logam, yang paling biasa Tungsten Carbide (WC) . Tungsten Carbide adalah sebatian seramik yang berpangkat tepat di bawah berlian pada skala kekerasan. Biji -bijian sudut yang tegar ini adalah kerja -kerja yang melakukan pemotongan, penggerudian, dan pengisaran. Karbida lain, seperti titanium karbida (TIC) atau kromium karbida (CRC), kadang -kadang digunakan untuk meningkatkan sifat -sifat tertentu seperti rintangan kakisan.
2. Fasa pengikat: gam logam
Biji karbida keras dicampur dengan serbuk logam, biasanya Cobalt (CO) , tetapi kadang -kadang nikel (Ni) atau besi (Fe). Ini adalah pengikat -The "gam" yang memegang zarah seramik bersama -sama. Tanpa itu, karbida akan terlalu rapuh dan menghancurkan di bawah kesan. Pengikat menyediakan yang penting ketangguhan dan penentangan terhadap fraktur.
Nisbah antara karbida keras dan pengikat logam yang lebih lembut, dikawal dengan tepat untuk menghasilkan gred bahan yang berbeza. Lebih banyak pengikat bermakna bahan yang lebih sukar yang menentang kejutan lebih baik, sementara pengikat kurang dan biji karbida yang lebih kecil menghasilkan bahan yang lebih keras dan lebih tahan.
Dari Serbuk ke Alat: Proses Sintering
Bagaimanakah serbuk longgar ini berubah menjadi objek pepejal yang mampu mengiris melalui keluli? Prosesnya dipanggil sintering , satu bentuk metalurgi serbuk.
1. Mencampurkan dan menekan (keadaan "hijau")
Pertama, The Serbuk komposit karbida Campuran secara menyeluruh, selalunya dengan bantuan mendesak atauganik, dan kemudian dipadatkan di bawah tekanan tinggi ke dalam bentuk yang dikehendaki. Objek pra-sintered ini, yang dipanggil "padat hijau," adalah rapuh dan kapur.
2. Sintering dan simen
Kompak hijau kemudian diletakkan dalam relau suhu tinggi, terkawal-atmosphere. Ia dipanaskan ke suhu di atas titik lebur pengikat (kobalt) tetapi di bawah titik lebur karbida (tungsten carbide). Pengikat mencairkan dan mengalir melalui struktur, membubarkan dan kemudian menyatukan semula bijirin karbida, mengukuhkannya bersama-sama apabila penyejukan. Ini membentuk bahan padat, padat di mana bijirin karbida keras dikelilingi dan disokong oleh pengikat logam -muktamad, sangat kuat karbida bersemangat or Hardmetal .
Aplikasi komposit karbida yang sangat diperlukan
Bahan yang dihasilkan dicirikan oleh kombinasi yang luar biasa kekerasan yang tinggi, kekuatan mampatan yang tinggi, dan ketangguhan yang baik, menjadikannya penting untuk pekerjaan perindustrian yang banyak:
- Alat pemotongan: Sisipan dan tip pemotongan yang digunakan dalam pemesinan berkelajuan tinggi (pelarik, kilang) hampir secara eksklusif diperbuat daripada karbida simen. Mereka membolehkan pengeluar memotong, membentuk, dan menyelesaikan logam keras lebih cepat daripada alat keluli tradisional.
- Perlombongan dan penggerudian: Latihan batu, sisipan mesin yang membosankan terowong, dan bit penggerudian minyak dan gas bergantung pada tip karbida untuk menahan lelasan yang melampau dan kesan pemotongan melalui batu dan bumi.
- Pakai bahagian: Di mana -mana bahagian yang menggosok antara satu sama lain di bawah beban tinggi, seperti galas, anjing laut, komponen pam, dan muncung, mereka dilindungi oleh karbida yang disusun.
- Lapisan permukaan: Serbuk komposit karbida juga disembur ke komponen logam (mis., Gear pendaratan pesawat, bilah turbin) menggunakan teknik seperti bahan api oksigen halaju tinggi (HVOF) untuk menghasilkan lapisan pelindung yang sangat keras yang menentang hakisan dan kakisan.
Dengan menyediakan bahan seimbang yang menawarkan ketajaman seramik dan daya tahan logam, Serbuk komposit karbida benar -benar memberikan industri kelebihan yang tidak dapat dipecahkan yang diperlukan untuk membina dunia moden.
