Spiekanie w?glika jest kluczowym etapem w produkcji w?glika. Podczas procesu prasowania proszku w?glikowego wi?zanie pomi?dzy cz?stkami proszku opiera si? g?ównie na ci?nieniu wywieranym podczas prasowania, a cz?stki proszku nie mog? si? ze sob? ??czy? ze wzgl?du na brak granicy plastyczno?ci. Sprasowana wypraska wyst?puje w stanie porowatym. Do spiekania wymagana jest metoda spiekania w fazie ciek?ej, oparta na metalurgii proszków. Istnieje g?ównie kilka metod spiekania w?glików: spiekanie wodorowe, spiekanie pró?niowe, spiekanie niskoci?nieniowe i prasowanie izostatyczne na gor?co. Sprz?t ró?ni si? równie? w zale?no?ci od ró?nych procesów i metod spiekania.

Stan zwartej formacji w?glików

Po utworzeniu wypraski w?glikowej wyst?puje ona w stanie porowatym. Podczas procesu mielenia na mokro kszta?t WC poddawany jest silnym uderzeniom, co skutkuje zwi?kszon? energi? powierzchniow? i zwi?kszon? reaktywno?ci?. Im d?u?szy czas kontaktu wypraski z powietrzem, tym wi?kszy stopień utlenienia, co wymaga wi?kszej ilo?ci w?gla do redukcji. Przy teoretycznej zawarto?ci w?gla w w?gliku wynosz?cej 6,128%, stosunek atomów tlenu do atomów w?gla wynosi 12/16. Dlatego na ka?d? dodatkow? jednostk? tlenu zu?yje 3/4 zawarto?ci w?gla. Prowadzi to do ?atwiejszego tworzenia si? fazy η po spiekaniu stopu.

Istnienie tlenu w mieszaninach w?glików

Mo?na uzna?, ?e zawarto?? tlenu w mieszaninie w?glików wyst?puje w trzech postaciach: tlen okludowany, tlen powierzchniowy kobaltu i tlen w WO2 lub WO3. Poniewa? zawarto?? tlenu mierzona metod? chemicznego oznaczania tlenu obejmuje ??cznie te trzy rodzaje tlenu, trudno jest okre?li? ich odpowiednie proporcje podczas produkcji. Stanowi to zatem wyzwanie dla produkcji. Ponadto wzbogacanie ?rodowiska w tlen jest wszechobecne, dlatego istotne jest rozs?dne zarz?dzanie ka?dym procesem w rzeczywistej produkcji.

Okludowany tlen

Wyst?puje w szczelinach wypraski oraz na powierzchni wypraski i mieszaniny; zazwyczaj usuwany przez odsysanie pró?niowe na pocz?tku spiekania, wi?c nie wp?ywa na spiekanie stopu.

Tlen powierzchniowy kobaltu

Ze wzgl?du na du?? podatno?? kobaltu na utlenianie w temperaturze pokojowej, utlenianie nasila si? wraz ze wzrostem temperatury. Po zmieleniu na mokro i pó?niejszym suszeniu na powierzchni kobaltu tworzy si? warstwa filmu tlenkowego; im d?u?ej materia? lub wypraska jest przechowywany przed spiekaniem, tym wy?szy jest stopień utlenienia kobaltu. Ta cz??? tlenku wymaga w?gla do redukcji; zanim temperatura podczas spiekania osi?gnie 600°C, redukcja opiera si? g?ównie na wolnym w?glu, a pozosta?e niezredukowane tlenki nale?y zredukowa? za pomoc? w?gla po??czonego. Ta cz??? tlenu ma kluczowe znaczenie dla równowagi w?giel-tlen podczas spiekania stopu i jest trudna do kontrolowania.

Tlen WO2 lub WO3

Znany równie? jako tlen z?o?ony; przed karbonizacj? WC, WO3 stopniowo przekszta?ca si? w WO2, a nast?pnie w proszek wolframu (W), po którym nast?puje karbonizacja. Niektóre tlenki mog? pozosta? nieca?kowicie zredukowane lub cz??ciowo utlenione ze wzgl?du na czas przechowywania, od W → W2C → WC, i mog? utrzymywa? si? nawet po zakończeniu. Alternatywnie, niewystarczaj?ca ochrona podczas przechowywania mo?e prowadzi? do utleniania. Te reszty tlenkowe nazywane s? tlenem z?o?onym; temperatura redukcji zwykle wyst?puje przed 1000°C, ale silne utlenianie mo?e opó?ni? redukcj? a? do 1200°C. Ta pozosta?o?? tlenkowa znacznie zu?ywa w?giel, zaw??aj?c margines poziomów w?gla i utrudniaj?c kontrol? zawarto?ci w?gla podczas spiekania, komplikuj?c w ten sposób osi?gni?cie wystarczaj?cego tworzenia fazy ciek?ej.

 

Forma w?gla w w?gliku

Zawarto?? w?gla w w?gliku zale?y g?ównie od trzech czynników: stechiometrii WC, przyrostu w?gla z rozk?adu spoiwa i infiltracji w?gla z gazów piecowych.

Ogólnie rzecz bior?c, WC jest dostosowywane zgodnie z teoretyczn? zawarto?ci? w?gla w w?gliku; rozs?dn? korekt? w?gla przeprowadza si? na podstawie ma?ych próbek przed mieleniem na mokro; w procesie woskowym zawarto?? w?gla reguluje si? odejmuj?c ilo?? w?gla przenikni?tego z gazów piecowych i dodaj?c ilo?? w?gla zu?ytego przez tlenki. W procesie gumowym nale?y odj?? jedn? trzeci? masy gumy.

Przyrost w?gla z rozk?adu spoiwa

Podczas usuwania spoiw i spiekania, niezale?nie od tego, czy stosuje si? wosk, PEG, czy gum?, nast?puje wi?kszy lub mniejszy rozk?ad; w ten sposób w?glik mo?e zyska? w?giel, chocia? ilo?? przyrostu w?gla jest ró?na w zale?no?ci od ró?nych spoiw. Poniewa? wosk opiera si? g?ównie na parowaniu, ogólnie uwa?a si?, ?e nie zwi?ksza zawarto?ci w?gla. Z drugiej strony guma i PEG podlegaj? rozk?adowi, przy czym rozk?ad gumy zachodzi w wy?szych temperaturach, co skutkuje wi?kszym wzrostem w?gla.

Infiltracja w?gla z gazów piecowych

Poniewa? wi?kszo?? elementów grzejnych, warstw izolacyjnych, p?yt do spiekania lub ?ódek w piecach do spiekania w?glików spiekanych jest wykonana z produktów grafitowych, ich dzia?anie staje si? widoczne ju? w temperaturze 600°C; gdy temperatura spiekania wzrasta powy?ej 1200°C, du?a ilo?? w?gla i CO uwalniana z grafitu zaostrza infiltracj? w?gla do w?glika.

Wp?yw kobaltu na w?a?ciwo?ci w?glika

Kobalt ma sze?ciok?tn?, zwart? struktur? krystaliczn?, dzi?ki czemu jest wysoce reaktywny i podatny na utlenianie. W stopach WC-Co kobalt pe?ni rol? spoiwa. Gdy faza kobaltu ma struktur? krystaliczn? ε-Co z mniejsz? liczb? p?aszczyzn po?lizgu (teoretycznie nie wi?cej ni? 3), udarno?? stopu jest niska. Jednak?e, gdy faza kobaltu wykazuje struktur? krystaliczn? α-Co, maksymalna liczba teoretycznych p?aszczyzn po?lizgu mo?e wzrosn?? do 12, co skutkuje wi?ksz? odporno?ci? na p?kanie. Wraz ze wzrostem temperatury spiekania struktura kryszta?u kobaltu zmienia si? z sze?ciok?tnej, g?sto upakowanej, do sze?ciennej skupionej na powierzchni; podczas ch?odzenia nast?puje odwrotna sytuacja. Poniewa? wolfram rozpuszcza si? bardziej w kobalcie, pe?ni?c rol? ?przybijania”, transformacja struktury krystalicznej podczas ch?odzenia zmienia si? w zale?no?ci od ilo?ci rozpuszczonego wolframu.

Do 1% kobaltu mo?e rozpu?ci? si? w toalecie w temperaturze pokojowej; gdy temperatura spiekania osi?ga warto?? pomi?dzy 400°C a 800°C, nast?puje energiczna dyfuzja i przegrupowanie kobaltu. W tym okresie mniejsza ilo?? wolnego w?gla bardziej sprzyja zwi?kszonym p?aszczyznom po?lizgu; jest to korzystne w procesach woskowych. Jednak?e procesy gumowe wymagaj? zakończenia rozk?adu w temperaturze oko?o 600°C, co wp?ywa na efektywne wyst?powanie p?aszczyzn po?lizgu fazy kobaltu.

W temperaturze 1000°C podczas spiekania tlenek prawie zakończy? proces redukcji, dlatego ten etap nazywany jest spiekaniem beztlenowym. Na tym etapie zazwyczaj bada si? zawarto?? w?gla w w?gliku; jednak?e tak zwany w?giel beztlenowy zawiera tylko minimaln? ilo?? tlenu. Niemniej jednak tlenek na powierzchni kobaltu zosta? w tym momencie ca?kowicie zredukowany, a kraw?dzie fazy kobaltu wytworzy?y mniej faz ciek?ych. Na tym etapie wypraska uzyskuje pewn? twardo??, co nazywa si? etapem wst?pnego spiekania. Wyroby na tym etapie w razie potrzeby mo?na podda? obróbce plastycznej.

Faza ciek?a w w?gliku

Teoretycznie faza ciek?a w stopach WC-Co pojawia si? w temperaturze 1340°C. Temperatura, w której pojawia si? wystarczaj?ca faza ciek?a, zmienia si? w zale?no?ci od zawarto?ci w?gla. Wraz ze wzrostem temperatury spiekania wzrasta ilo?? fazy ciek?ej; drobne cz?stki WC stopniowo tworz? faz? ciek??. W produkcie nast?puje intensywny skurcz, zmniejszaj?cy odleg?o?? pomi?dzy cz?steczkami WC. Drobne cz?stki WC s? stopniowo topione przez wi?ksze cz?stki, w wyniku czego powstaj? grubsze cz?stki WC. Zjawisko to znane jest jako wzrost ziarna. Wzrost ziaren podczas spiekania jest nieunikniony, szczególnie w ultradrobnych lub submikronowych WC, gdzie wzrost ziaren jest bardziej wyra?ny. Aby skutecznie zahamowa? nadmierny wzrost ziaren, mo?na doda? inhibitory, takie jak VC, TaC i Cr3C2.

Po spiekaniu nierozpuszczony WC i W2C szybko wytr?caj? si?, po czym nast?puje utworzenie trójsk?adnikowej eutektyki, k?ad?c podwaliny pod stop. Im d?u?szy czas ch?odzenia powy?ej 1200°C, tym pe?niejsze opady, ale tym wi?ksza szansa na wzrost ziarna.

Wniosek

Poszukiwanie trójsk?adnikowych struktur eutektycznych jest najwa?niejszym aspektem spiekania w?glika WC-Co. Trójsk?adnikowe struktury eutektyczne tworz? podstawow? struktur? w?glika. W trójsk?adnikowym systemie WC-Co, celem producentów stopów jest zawsze efektywne zarz?dzanie wzrostem ziaren WC, umo?liwiaj?ce rozpuszczenie wi?kszej ilo?ci wolframu w kobalcie bez odw?glenia, a tym samym poprawa trwa?o?ci i wytrzyma?o?ci w?glika. Niemiecki ekspert techniczny powiedzia? kiedy?: ?Istota spiekania polega na? wysokiej temperaturze i niskiej zawarto?ci w?gla ”.