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耐食性超硬合金の開発狀況

産業(yè)技術(shù)の急速な発展に伴い、材料に対する人々の需要はますます高くなっています。使用される材料は、高強度、高硬度だけでなく、優(yōu)れた耐食性も備えている必要があります。たとえば、化學産業(yè)や機械では、化學的腐食と機械的摩耗の二重の影響に耐えるために、優(yōu)れた化學的安定性、強力な耐食性だけでなく、高い強度と硬度を備えた材料が必要です。耐食性材料には多くの種類がありますが、硬度、強度、耐食性の包括的な指標により、耐食性超硬合金を研究することが不可欠です。

耐食性超硬合金の分類

耐食性超硬合金は1950年代から開発されてきました。さまざまな硬質(zhì)相に応じて、耐食性材料は、WCベース、Cr3C2ベース、およびTiCベースの3つのカテゴリに分類できます。この論文で研究されている超硬合金は、硬質(zhì)相として私たちとTiCで構(gòu)成されています。

WC超硬合金は、高い硬度と優(yōu)れた耐摩耗性を備えた最高の金屬切削工具材料の1つです。

超硬材料では、超硬合金の硬度と相対的な靭性の範囲が広くなります。 WCベースの超硬合金の硬度は通常80-95 HRAであり、バインダーの含有量は6-25%です。 WCベースの超硬合金の線膨張係數(shù)は非常に低く、20?400 Cの範囲で鋼の約35?60%です。熱伝導デニールは、鋼の約1/2と銅の1/3です。

Cr3C2ベースの超硬合金は、優(yōu)れた耐食性を備えた超硬合金の重要な分野になりましたが、その用途は強度が低いために制限されています。リン化物、炭化物、およびその他の余剰元素を追加することにより、合金の曲げ強度は、開発の初期段階での600?700 MPaから100 MPa以上に向上します。

炭化チタン系超硬合金は、炭化チタンを主成分とし、硬度が高いため、主に鋼の仕上げ加工や超微細加工に使用されます。しかし、靭性が不十分なため、長く使用されていません。

超硬合金の耐食性に影響を與える要因

凝集相

超硬合金の耐食性は、結(jié)合相に大きく依存します。コバルトは、WC、WC-TiC、超硬合金の優(yōu)れたバインダーです。 1926年にWC-Coハードコンセプトが発明されて以來、革の主なバインダーはコバルトでした。

コバルト結(jié)合は、超硬合金で最も重要な結(jié)合剤です。これは、結(jié)合剤としてのコバルトは、液相焼結(jié)での硬質(zhì)相との濡れ性が良好で、硬質(zhì)相との焼結(jié)緻密化が良好であるため、得られる超硬合金は優(yōu)れた機械的特性を有しますが、結(jié)合相としてのコバルトの耐食性は低いためです。

結(jié)合剤としてのニッケルの耐食性はコバルトに比べて大幅に改善されたため、結(jié)合剤としてコバルトの代わりにニッケルを使用することがますます広く使用されるようになりました。しかし、ニッケルは結(jié)晶構(gòu)造が薄いため、その機械的特性はコバルトよりも劣ります。コバルトに対するニッケルの濡れ性はWCよりも悪いため、合金の機械的特性は劣ります。この問題を解決するために、マトリックスに定量的な添加剤を加えることにより、硬い金の硬度、靭性、強度、耐摩耗性を向上させることができます。

ハードフェーズ

超硬合金は、殘留相を含む超硬合金の組成によって、次のカテゴリに分類できます。

タングステンコバルト合金

この種の超硬合金は、非合金の純粋な炭化タングステン、鋳鉄の切削、または耐摩耗性の超硬ブレードと呼ばれることがよくあります。それらはすべて、コバルト金屬で結(jié)合された微細な多角形の炭化タングステン粒子で構(gòu)成されています。ただし、ニッケルで結(jié)合することもできます。このタイプの超硬合金は、鋳鉄、非鉄金屬、および非鉄金屬の切斷に使用できます。金屬材料ですが、一般的に鋼の切斷には使用されませんが、一部の非切斷システムにも使用されます。

炭化タングステン合金

このタイプの超硬合金では、WCは依然として炭化物の主成分であり、TiCが一定量添加されており、主に鋼の切斷に使用されます。鋼の切削では、純粋な炭化物合金は三日月型のくぼみの摩耗や工具表面の摩耗を起こしやすい傾向があります。これは切削工具や高速切削での切削によるものではありません。界面で高溫が発生し、工具とワークピース間の拡散が加速され、工具が徐々に摩耗し、最終的に三日月狀のくぼみが形成されます。ＴｉＣの添加は、拡散速度を効果的に減少させ、三日月のくぼみの形成を抑制することができ、一方、ＴｉＣの添加は、合金の熱硬度を改善することができる。

炭化チタンの密度は 4.9g/cm3 で、タングステンカーバイドの密度 15.6g/cm3 よりもはるかに低くなっています。したがって、硬質(zhì)相として WC-TiC 複合炭化物を選択することにより、軽合金を得ることができます。

さらに、硬質(zhì)相として得られるWC-TiC合金の硬度は単一WC合金の硬度より高く、WC-TiC合金の硬度はWC-TiC中のTiC含有量の増加と共に増加する。ただし、WC-TiC固溶體相はコバルトまたはニッケル結(jié)合相で完全に濡らすことはできず、WC-TiC合金の構(gòu)造はコバルトまたはニッケル結(jié)合相で完全に濡らすことはできません。合金の曲げ強度は、WCのそれよりも硬い相ほど良くありません。