Руководство по твердосплавным порошкам: типы, свойства и как выбрать правильный сорт

Карбидный порошок — это тихая рабочая лошадка, используемая в самых твердых и долговечных компонентах современной промышленности. От карбид-вольфрамовой крошки, наклеенной на буровое долото, до слоя карбида хрома, который обеспечивает работу валков бумажной фабрики в течение многих лет, эти порошки определяют, насколько хорошо поверхность противостоит истиранию, эрозии и нагреву.

В этом руководстве мы рассказываем, что на самом деле представляют собой твердосплавные порошки, как они производятся, чем различаются основные семейства и что следует проверить, прежде чем выбрать тот или иной. Приведенные ниже заметки взяты из повседневной работы в компании Jiangsu Crystal Additive Manufacturing Co., Ltd., где мы производим порошки сплавов и карбидов, а также наносим их в качестве покрытий на детали клиентов.

Что такое карбидный порошок?

Карбидный порошок представляет собой мелкодисперсную форму карбидного соединения, что означает углерод, химически соединенный с металлом. Металлический партнер определяет индивидуальность порошка, и именно поэтому семейство скорее широкое, чем одноместное:

• Карбид вольфрама (WC) — самый известный и самый твердый из распространенных карбидов, используемый везде, где необходимо остановить сильное истирание.
• Карбид титана (TiC) обеспечивает высокую твердость при более низкой плотности и часто встречается в металлокерамических режущих пластинах и инструментах со стальной связкой.
• Карбид хрома (Cr3C2) отличается небольшой твердостью от превосходной устойчивости к окислению и горячей коррозии.
• Карбиды ванадия, ниобия и тантала в меньших количествах появляются в качестве ингибиторов роста зерна в твердых сплавах и инструментальных сталях.
• Карбид бора и карбид кремния занимают ниши, где чрезвычайно высокая твердость или малый вес имеют большее значение, чем прочность.

Один момент, который вызывает настоящую путаницу при закупках: твердосплавный порошок не является цементированным карбидом. Цементированный карбид — это готовый твердый сплав, который получается после прессования и спекания порошка с металлической связкой, такой как кобальт или никель. Порошок является сырьем; спеченная вставка является продуктом. Помните об этом различии, и обсуждение спецификаций станет намного проще.

Как изготавливается карбидный порошок

Карботермическое восстановление и прямая реакция

Для карбида вольфрама классический путь начинается с триоксида вольфрама, смешанного с сажей и нагреваемого в печи примерно при температуре от 1400 до 2000 градусов Цельсия. Углерод забирает кислород в виде угарного газа, а остается карбид вольфрама. Температура процесса, соотношение углерода и время пребывания определяют, получите ли вы в итоге мелкий монокристаллический WC или более твердую эвтектическую смесь WC и W2C, известную как плавленый карбид.

Измельчение, классификация и агломерация

Прореагировавший осадок затем измельчают, измельчают и классифицируют. Струйное и шаровое измельчение уменьшают размер частиц, а воздушная классификация и просеивание позволяют разделить их на полезные сорта. Для термического напыления и лазерной наплавки порошки часто сушат распылением в сферические агломераты, а затем спекают, что обеспечивает хорошую текучесть и предсказуемое поведение расплава. Плазменная сфероидизация идет еще дальше и создает гладкие, полностью плотные сферы для устройств подачи порошка, которым требуются самые жесткие характеристики потока.

Что мы проверяем в каждой партии

• Распределение частиц по размерам измеряется методом лазерной дифракции, а не только по диапазону сита.
• Общее содержание углерода, свободного углерода и кислорода, поскольку кислород является врагом адгезии покрытия.
• Химический состав по данным РФА и ИСП, включая микроэлементы, влияющие на коррозионное поведение.
• Кажущаяся плотность, плотность подачи и скорость потока Холла для обеспечения постоянства подачи.
• Фаза и микроструктура под микроскопом для подтверждения соотношения WC и W2C.

Стабильность от партии к партии – это то, что отличает поставщика от источника. Когда линия нанесения покрытия работает с одними и теми же параметрами в течение нескольких месяцев, изменение размера частиц или уровня кислорода проявится в виде пористости или преждевременного износа задолго до того, как это отразится в сертификате.

Обзор основных семейств твердосплавных порошков

В таблице ниже приведены семейства, которые мы чаще всего видим при износе, коррозии и высокотемпературных работах. Значения твердости представляют собой типичные диапазоны микротвердости карбидной фазы и зависят от марки, чистоты и метода измерения.

Когда одного карбида недостаточно, композитные порошки объединяют твердые фазы с металлической матрицей, поэтому покрытие может выдерживать не только абразивное воздействие, но и удары. Эта комбинация является причиной того, что многие наши клиенты переходят от чистого твердого сплава к композитному сплаву, поскольку их применение связано как с скользящим износом, так и с ударными нагрузками.

Карбидный композитный порошок Наш карбидный композитный порошок представляет собой высокопроизводительный промышленный материал, сочетающий в себе различные карбиды. Он обладает чрезвычайно высокой твердостью, износостойкостью и превосходными... Просмотреть продукт →

Выбор подходящего твердосплавного порошка

Спецификации, как правило, выглядят одинаково, однако небольшие различия существенно меняют срок службы. Вот переменные, которые имеют наибольшее значение на практике:

1. Распределение частиц по размерам. HVOF и плазменные системы обычно используют резку, например, -45–15 микрон, в то время как плазменная дуговая и лазерная наплавка предпочитают более крупные фракции, которые подаются плавно и эффективно наносятся.
2. Морфология. Угловые, измельченные порошки хорошо внедряются и экономичны; сферические, агломерированные и спеченные порошки лучше растекаются и образуют более плотные и однородные покрытия.
3. Химия и фазовый баланс. Общее количество углерода, свободный углерод и соотношение WC и W2C определяют как твердость, так и риск хрупкого растрескивания при эксплуатации.
4. Содержание и чистота кислорода. Низкое содержание кислорода защищает адгезию и уменьшает пористость; нежелательные металлические следы могут ухудшить коррозионные характеристики в химической среде.
5. Содержание матрицы или связующего. Более прочная матрица из никеля или кобальта немного жертвует твердостью ради ударопрочности и защиты от коррозии между твердыми частицами.
6. Согласованность во времени. Одна большая партия мало что значит. Спросите, как поставщик контролирует распределение и химию в ходе производства.

Если вы хотите более подробное сравнение марок и маршрутов производства, наша статья о Типы и характеристики твердосплавного порошка шаг за шагом проходит логику выбора.

Где применяется карбидный порошок

Термическое распыление является самым объемным применением. Высокоскоростное газокислородное и плазменное напыление превращает карбидный порошок в плотные, хорошо сцепленные покрытия на рабочих колесах насосов, седлах задвижек, уплотнительных кольцах и роликах из бумаги или пленки. Лазерная наплавка и плазменная дуговая наплавка делают нечто подобное с металлургической связкой, которая часто является лучшим решением для деталей, подвергающихся сильным ударам.

Внешнее покрытие твердосплавного порошка является отправной точкой для режущих пластин, сверл, горных резцов, изнашиваемых пластин и длинного списка компонентов машин, где абразивное истирание просто недопустимо. Сельское хозяйство, цемент, сталь, нефть и газ, а также производство электроэнергии полагаются на него, обычно операторы даже не видят самого порошка.

Порошок для термического распыления карбида вольфрама Композитные твердосплавные сплавы созданы для решения задач, связанных с весьма необычными условиями труда. Будь то высокотемпературная газовая эрозия, сильный износ горных пород или линька... Просмотреть продукт →

От порошка до готовой изнашиваемой детали

Одним из преимуществ работы с производителем, у которого также есть собственный цех по нанесению покрытий, является непрерывность. Та же команда, которая контролирует размер частиц и химический состав, может проконсультировать по процессу осаждения, а затем доставить готовую деталь. Наши услуги по нанесению покрытий включают лазерную наплавку, ацетилено-кислородную сварку, плазменное керамическое покрытие, плазменную наплавку и сверхзвуковое напыление, что означает, что рекомендации соответствуют условиям эксплуатации, а не каталогу продаж.

Эта цепочка заканчивается изготовленными по индивидуальному заказу изнашиваемыми компонентами: роликами, валами, втулками, втулками, плунжерами и винтовыми элементами, изготовленными по чертежам. Ролики турбинного слоя, зеркальные ролики, ролики с ламинарным потоком и плунжеры крекинговых насосов имеют одно и то же требование: твердая поверхность поверх прочного сердечника.

Ролик с покрытием из карбида вольфрама по индивидуальному заказу Износостойкие твердосплавные втулки по индивидуальному заказу УЗНАТЬ БОЛЬШЕ Просмотреть продукт →

Выбор твердосплавного порошка – это действительно разговор об условиях эксплуатации. Отправьте нам подложку, механизм износа, температуру, ожидаемую толщину покрытия и процесс, который вы планируете использовать, и мы сможем быстро сузить диапазон, а не гадать. Если вы все еще изучаете материальную сторону, начните с семейств порошков в нашей Ассортимент твердосплавных порошков и сплавов и сопоставьте оценку с работой. Такой подход позволяет нашим клиентам дольше работать с роликами, насосами и режущими инструментами, и обычно это обходится дешевле, чем изучение уроков на местах.