如何控制硬质合金棒的均匀性?

控制硬质合金棒的均匀性,涉及从原料到成品的整个制造流程。它需要优质的原料、高度均匀的混合与造粒、能保持均匀性的成型技术、精密可控的烧结与致密化工艺、贯穿始终的严格检测与反馈控制。

1. 原料粉末的控制

粉末质量:选用高纯度、低杂质含量的碳化钨(WC)粉末和钴(Co)等粘结相粉末。粉末的氧含量、杂质元素(如Fe、Mo等)需严格控制。

粉末粒度与分布:粉末的粒度、粒度分布及形貌必须均匀、稳定。使用粒度分布窄的亚微米或超细粉末有利于提高均匀性,但需防止团聚。先进的研磨和分级技术(如气流分级)是关键。

2. 混合与研磨工艺

球磨工艺优化:

研磨介质与时间:使用合适的研磨介质(如硬质合金球),优化球料比、研磨时间和转速,确保WC和Co粉末充分均匀混合,形成均匀的料浆。

溶剂与添加剂:选择合适的研磨溶剂(如酒精或丙酮)和分散剂,防止粉末团聚,确保料浆的稳定性和均匀性。

喷雾干燥:将均匀的料浆通过喷雾干燥制成混合料颗粒。需要精确控制干燥温度、速率和雾化参数,以确保颗粒成分均匀、流动性好、无偏析。

3. 成型工艺

压制技术:

等静压压制:相对于单向或双向模压,冷等静压(CIP) 能显著提高压坯的密度均匀性和结构均匀性,是生产高性能硬质合金棒材的首选方法。

注射成型(MIM):对于复杂形状或小直径棒材,MIM能提供优异的均匀性,但需精细控制粘结剂体系和脱脂过程。

压坯密度控制:确保压坯各部位的密度差最小化。

4. 烧结工艺

脱脂与预烧结:在烧结前,需彻底、均匀地去除成型剂(如石蜡),防止碳残留或形成孔洞。

烧结工艺选择:

低压烧结(LPS) 或 真空烧结:这是最常用的方法。精确控制烧结温度、升温速率、保温时间和冷却速率,特别是要精确控制烧结气氛,以防止脱碳或渗碳,并确保液相钴的均匀分布。

热等静压(HIP):烧结后进行热等静压处理是消除残余孔隙、提高硬质合金材料致密度和均匀性的最有效手段。它能闭合内部微观孔隙,使材料性能达到或接近理论值。

烧结-热等静压一体炉(Sinter-HIP):先进的一体化工艺,可在同一设备内完成烧结和热等静压,效率更高,均匀性更好。

5. 过程与质量检测

在线检测:在混合、喷雾干燥、压制等环节,对粉末粒度、颗粒流动性、压坯密度等进行实时监测。

成品检测:

物理性能:检测不同部位密度(密度梯度)、硬度均匀性。

微观结构分析:通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察WC晶粒度分布、钴相分布的均匀性,检查是否存在孔洞、钴池、η相等缺陷。

无损检测:使用超声波探伤等方法检测内部裂纹、大孔洞等宏观缺陷。

6. 设备与自动化

设备稳定性:确保球磨机、喷雾干燥塔、等静压机、烧结炉等关键设备运行稳定,温场、压力场均匀。

自动化与智能化:采用自动化生产线和过程控制系统(如MES),减少人为干预,确保工艺参数精确重复。

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