Цементированные твердосплавные кнопки обеспечивают высокую износостойкость промышленного оборудования - от камнедробилок и режущих инструментов до фильер для волочения проволоки. В данном руководстве рассматриваются марки твердых сплавов, их свойства, методы производства, контроль качества, области применения, цены и альтернативные варианты для информирования покупателей.
Обзор кнопок из цементированного карбида
Цементированные карбиды, также называемые твердыми металлическими пуговицами, классически описывают порошковые металлургические комбинации твердых тугоплавких карбидов, сцементированных прочными кобальтовыми связующими. Ключевые свойства включают:
- Твердость выше 1500 HV противостоит абразивному износу
- Прочность на сжатие в 2-3 раза выше, чем у сталей
- Тугоплавкие материалы основы выдерживают температуру свыше 1000°C
- Устойчивость к коррозии в кислотных, едких средах и средах на основе растворителей
- Кобальт регулируемый от 6-25% настройка твердости против прочности
По своим износостойким характеристикам при высоких нагрузках и температурах превосходит инструментальные и нержавеющие стали, цементированные карбидные кнопкиШпильки и средства защиты поверхности защищают критически важное оборудование в горнодобывающей, буровой, нефтехимической, лесной и других отраслях промышленности, подвергающееся ударному, скользящему абразивному или высокотемпературному эрозионному износу.
Композиции из цементированного карбида
Карбид вольфрама (WC) составляет основу большинства коммерческих сортов, в значительной степени дополняясь второстепенными карбидами:
| Основные карбиды | Описание |
|---|---|
| Карбид вольфрама (WC) | 88-97% типичный. Обеспечивает твердость и износостойкость |
| Карбид титана (TiC) | Обычно 0-8%. Повышает прочность и смазывающую способность. Снижает соотношение стоимости материалов |
| Карбид тантала (TaC) | 0-8%, заменяющий более дорогой WC, способствует повышению прочности |
Незначительные дополнения
| Твердый сплав | Воздействие | Уровни использования |
|---|---|---|
| Карбид ниобия (NbC) | Повышает устойчивость к коррозии и окислению, что очень важно для высокотемпературных ниш | <4% |
| Карбид ванадия (VC) | Ингибирование роста зерен позволяет настраивать микроструктуры и механические характеристики | <1% |
Таблица 1. Распространенные основные и второстепенные карбиды, смешанные с вольфрамом и кобальтом в цементированных карбидных сплавах для индивидуального улучшения свойств
Манипулирование WC, TaC, TiC с дополнительными фракциями ниобия, ванадия, хрома позволяет настраивать износостойкость, вязкость и коррозионное поведение в соответствии с требованиями к сроку службы кнопок в различных интерфейсах и механизмах оборудования, требующих смягчения последствий намного выше инструментальных или нержавеющих сталей, но ниже керамики.
Свойства и характеристики кнопок из цементированного карбида
- Твердость - 1300-2300 Виккерс (HV30) за счет диспергирования мелких зерен WC и легирования твердым раствором
- Плотность - 11-15 г/см3 в зависимости от соотношения сплавов. Качество чистой формы снижает вес компонентов.
- Прочность - Прочность на сжатие 4-9 ГПа. 2-3X сталь. Прочность на растяжение составляет половину от прочности на сжатие.
- TOUGHNESS - Измерение механической целостности, сохраняющей точеную геометрию при циклических нагрузках и ударах. Кобальт и легирующие добавки имеют решающее значение для тюнеров.
- Модуль - Модули упругости 550-650 ГПа сродни подшипниковым сталям, выдерживающим высокие единичные нагрузки без риска подповерхностного разрушения.
- CTE - Коэффициенты теплового расширения в диапазоне 3,5-5,5 x 10-6 м/К. Параметры, учитываемые при монтаже.
- Теплопроводность - 60-100 Вт/м-К способствуют охлаждению контактного наконечника при электроэрозионной обработке электродов. Ниже, чем у чистых металлов, но выше, чем у сравнительной керамики.
Смешивание и оптимизация суммарного механического вклада свойств отдельных компонентов материала позволяет цементированным карбидам выдерживать локальные интенсивные давления, циклические удары и комбинированные режимы износа, которые в других случаях приводят к быстрому разрушению альтернативных защитных материалов.
Марки цементированного карбида для кнопок
Доступны десятки коммерческих марок твердого сплава, но выбор упрощается за счет дифференциации содержания углерода, формирующего доминирующую защиту от износа - низкая (C), средняя (M), высокая (K):
| Класс | Описание | Общее содержание С | Ключевые приложения |
|---|---|---|---|
| YG11/12 | Ультрамелкозернистая. Хорошая универсальная износостойкость + термическая/химическая стойкость до 600°C | Низкий C: 4-6% | Втулки, волочение проволоки, плунжеры для горячего стекла |
| YG15 | Повышенное содержание кобальта повышает твердость, предотвращая разрушение. Выдерживает более низкие температуры на 200°C | Низкий C: 6% | Штампы для прессования кирпича, зубья дробилки |
| YG20 | Зерно средней крупности обеспечивает умеренную стойкость к ударам и истиранию | Средний C: 8% | Дробилки с кольцевым гранулятором, молотки для измельчителей |
| YG6X | Смешанные ультратонкие и крупные зерна оптимизируют износ | Средний C: 6% | Патрубки гидроциклонов, корпуса шламовых насосов |
| YG35 | Карбиды с высоким содержанием Ta и TiC улучшают характеристики фрикционного износа | Высокий C: 9% | Зубья ковша, ножи ножниц, окорка бревен |
Таблица 2. Представитель коммерческих семейств карбида вольфрама классифицируется по содержанию углерода, манипулируя твердостью и вязкостью, уравновешивая доминирующие типы износа - абразивный, адгезионный, эрозионный или фрикционный износ
Не существует единой оптимальной марки, универсально решающей все проблемы износа, - необходимо определить конкретные режимы износа, условия нагружения и риски разрушения, чтобы определить подходящий материал, противостоящий интерфейсам, деградирующим преждевременным жизненным циклам компонентов из-за ограниченного выбора технологии материала столетия назад. К счастью, постоянное конкурентное давление со стороны производителей цементированного карбида во всем мире ежегодно стимулирует экономически эффективные разработки - это означает, что проверенные решения, скорее всего, существуют уже сегодня.
Производство кнопок из цементированного карбида
Для изготовления пуговиц требуются качественные процессы:
Фрезерование - Предварительно сплавленные в шаровой мельнице порошковые смеси уменьшают количество агломератов частиц, обеспечивая однородное распределение порошка для оптимального упрочнения твердого раствора в конечных компонентах.
Уплотнение - Пресс одностороннего действия весом до 20 тонн уплотняет измельченный порошок до плотности, близкой к полной плотности виджета, без необходимости использования вторичных связующих. Изостатические прессы высокого давления - опция для более высокой однородности и сложных геометрических форм.
Агломерация - Вакуумные печи уплотняют спрессованные формы, используя механизмы капиллярного переноса жидкой фазы между кобальтом и легирующими элементами. 1300-1500°C в течение 1-10 часов, как правило, достигая плотности заряда >98% - решающее условие для обеспечения закрытой пористости, поддерживающей циклические нагрузки, требующие безотказного качества в течение ожидаемого срока службы в изнурительных условиях, когда альтернативные кандидаты на материал не могут соответствовать необходимому соотношению цены и качества, требуемому устойчивостью.
Шлифование - достижение окончательных допусков на размеры и качество поверхности. Алмазное шлифование лучше всего подходит для большинства твердых сплавов, достигая значений шероховатости менее 0,5 мкм, но при этом существует риск повреждения при протягивании в более твердых/хрупких сплавах, вместо чего предпочитается контурная обработка EDM, хотя более низкие скорости и более высокий износ инструмента приводят к снижению стоимости по мере увеличения объемов производства, что требует тщательного рассмотрения при первоначальном определении стоимости компонентов и оценке срока службы проекта.
Контроль качества - Проверка химического состава, целостности материала и соответствия размеров с помощью оптической метрологии и компьютерной томографии позволяет выявить подповерхностные дефекты, требующие устранения, что позволяет поддерживать бесперебойную работу производства клиентов, предотвращая незапланированные простои в работе сервисных служб, что сводит на нет положительную репутацию бренда и лояльность к кошельку, создаваемую годами, которые теперь могут быть сведены на нет в результате того, что одна партия продукта, допущенная к использованию в полевых условиях, не соответствует требованиям, предъявляемым в отрасли защиты оборудования из цементированного карбида по сравнению с продукцией из других материалов, что исторически позволяет допускать гораздо большие отклонения качества, остающиеся практически незамеченными в отсутствие надзора.
Применение кнопок из цементированного карбида
К неполным нишам, которые выигрывают от экстремальной твердости по Виккерсу 1900, прочности на сжатие 4+ ГПа и химической инертности до 800C, относятся:
Добыча - Дробильное, мельничное, флотационное и погрузочно-разгрузочное оборудование, особенно в компании Codelco, широко применяющей цементированный карбид на протяжении десятилетий, сейчас лидирует в мировом производстве меди, перерабатывая тонны ежегодно, что значительно снижает общие эксплуатационные расходы на запчасти и рабочую силу, которые значительно превышают скромные затраты на приобретение материалов, и с каждым годом становится все более критичным ограничением, поскольку бригады становятся все меньше, менее опытными, в то время как шахты становятся все более бережливыми, а нетерпеливые инвесторы больше не принимают квартальные промахи - радикальное изменение приоритетов теперь требует от старших инженеров пересмотреть первоначальные проекты предприятий в поисках "нижних висячих плодов" узких мест производства, модернизация которых была пропущена ранее, теперь приносит многократные дивиденды, сохраняя рабочие места во время неспокойных сырьевых суперциклов проверка истинного операционного совершенства, выделение лучших в своем классе исполнителей, создание достаточных внутренних финансовых резервов в условиях затяжных рецессий талантов, ожидание неизбежного возвращения "быков" в сырьевом секторе, когда производители и поставщики, подготовившиеся заранее, смогут завоевать большую долю рынка, чем те, кто пострадал, нуждаясь в годах восстановления доверительных отношений, Потерянные навыки и запасы недальновидно погнались за недавними тенденциями нулевого бюджетирования, которые, как показывает практика, неоднократно терпели неудачу, быстро восстанавливая операционные мощности в периоды внезапного улучшения цен. Поэтому, если у вас возникнет вопрос, действительно ли карбиды цементируются для решения реальных производственных и эксплуатационных проблем на шахтах, просто опросите инженеров по оборудованию и руководство продуктовой линейки - пользователей, которые быстро подтвердят экономию затрат на протяжении всего срока службы, приведенную ниже:
Нефтехимия - Клапаны управления потоком в установках крекинга, коксования и висбрекинга. Зубья ковша рекуператора. Зоны эрозии твердых частиц над суперсплавами.
Лесное хозяйство - Зоны износа дебаркеров и стружкоуборочных комбайнов, которые раньше нуждались в еженедельном обновлении металлических штабелей, теперь превышают годы работы в режиме онлайн при незначительном периодическом техническом обслуживании, значительно улучшая показатели загрузки и использования лесозаготовительной техники, которые раньше были связаны со скрытыми простоями, вызванными задержками в пути в ожидании технических специалистов, что позволяет быстро улучшить показатели TCO и окупаемости инвестиций в модернизацию эвакуированных компонентов за счет собственного финансирования, увеличения премий операторам, планов участия в прибыли и доверия руководства к улице, стабилизации стоимости предприятия, защиты целых сельских экономик, которые когда-то были уязвимы для концентрации налогоплательщиков на одном руднике/заводе.
Производство стекла - Стеклянные компоненты, контактирующие с экстремальными температурами, такие как мешалки, плунжеры, кольцевые пластины и разгрузочные ролики, где стальные предшественники отмеряли всего неделю кампании, теперь превратились в квартальные циклы, сократив перерывы в переналадке линии, снизив расходы на топливо и рабочую силу в печи, что дает одни из самых высоких показателей окупаемости инвестиций.
Таким образом, любая спецификация компонента, в которой наблюдается экстремальное истирание трех тел, циклический удар металла о металл, эрозия твердых частиц, коррозионное химическое воздействие или колебания температуры, разрушающие альтернативные подшипниковые стали, сплавы железа или бронзы в течение нескольких дней или недель, оплачивает изучение марок цементированного карбида, вероятно, уже разработанных на коммерческой основе - для этого необходимы просто точные измерения износа и проактивное сотрудничество с поставщиками для определения причины отказа, что экономически эффективно увеличивает среднее время между вмешательствами и максимизирует время работы производства клиента.
Поставщики кнопок из цементированного карбида
Ведущие международные производители кнопок из цементированного карбида включают:
| Компания | Расположение | Описание |
|---|---|---|
| Ceratizit | Люксембург | Широчайший мировой ассортимент марок твердых сплавов, включая специализированные никелевые связующие для химических применений |
| Mitsubishi Materials | Япония | Лидер отрасли, обеспечивающий контроль качества готовых компонентов из собственного порошка |
| Элемент шесть | Глобальная | Специализируемся на ультратонких и усиленных наночастицами сортах 90%+ |
| Kennametal | Соединенные Штаты | Глубокий опыт применения в горнодобывающей промышленности и обогащении полезных ископаемых |
| Sandvik | Швеция | Целевые детали малой и полой геометрии, включая сменную оснастку |
Таблица 3. Известные поставщики цементированного карбида, предлагающие штифты для кнопок и индивидуальные предложения износостойких компонентов
Еще десятки местных производителей предлагают стандартные сплавы, но при этом рассматривают возможность использования нестандартных марок или разработки приложений, требующих совместного металлургического партнерства, которое возможно при работе с глобальными инновациями, жестко конкурирующими между собой, что обеспечивает постоянный прогресс в области качества и ценообразования для конечного потребителя - плодами которого пользуются покупатели, не имеющие внутренних экспертов в данной области.
Стоимость кнопок из цементированного карбида
| Размер | Диапазон цен |
|---|---|
| Диаметр менее 25 мм (1 дюйм) | $5 - $30 за пуговицу |
| Диаметр 25-75 мм (1 - 3 дюйма) | $30 - $250 каждый |
| Выше 75 мм (3 дюйма) | Получить предложение |
Более крупные индивидуальные геометрии соответствуют сопрягаемым поверхностям оборудования, оптимизируя сопряжения компонентов, минимизируя зазоры, препятствующие равномерному распределению усилий, вводимых в твердосплавные детали, что крайне важно для поддержания трещиностойкости и, наконец, определяет фактический срок службы кнопок, оправдывая инвестиции, особенно укрепляя партнерские отношения с поставщиками, способными предоставить такие предложения.
Сравнение цементированных карбидов с альтернативами
| Параметр | Цементированный карбид | Керамика | Сварка твердых поверхностей | Твердый хром |
|---|---|---|---|---|
| Твердость | 1600-2300 HV | 2000-3500 HV | 550-650 HV | 1000-1300 HV |
| Жесткость | Выше | Чрезвычайно хрупкий | Самый низкий | Низкий |
| Максимальная температура эксплуатации | 1200°C | 1800°C | Подходы к субстрату | 900°C |
| Коррозионная стойкость | Средний и высокий | Средний | Низкий-высокий уровень в зависимости от сплава | Высокая |
| Размер компонента | Большой | Маленькие или с покрытием | Любой свариваемый | Только покрытия |
| Стоимость | $$$ | $$$$ | $ | $$ |
Таблица 4. Качественное сравнение цементированных карбидов с альтернативными технологиями материалов для экстремального износа
Цементированные карбиды обеспечивают оптимальное соотношение между твердостью и стоимостью жизненного цикла детали, избегая при этом катастрофических хрупких разрушений, характерных для оксидной керамики без последующей обработки, в то время как в сплавах при сварке появляются микротрещины, ухудшающие коррозионные характеристики и пластичность, что ограничивает их широкое применение.
Таким образом, в ситуациях, выходящих за рамки аустенитных марганцевых или мартенситных сталей серии 400, но не требующих изоляционных свойств электрической прочности, полностью плотные легированные карбидные компоненты заслуживают рассмотрения для оценки потенциально более мягких возможностей экономии на переходных материалах, которые слишком часто отвергаются при отсутствии соответствующих данных для сбора домашней работы по дисциплинарному распределению конкретных производственных линий, отслеживающих такие "экспериментальные" обновления парка, что дает представление о политике модернизации на будущее.
Общие рекомендации - при температурах применения ниже 800C с преимущественно скользящим или эрозионным износом выгоднее использовать модернизированные компоненты из вольфрама или тантала с цементированным карбидом, тогда как при температурах выше 1000C или высокодинамичных/адгезионных режимах износа инженеры рассматривают керамику или специализированные варианты покрытий - хотя и отмечают, что финансовые риски на протяжении всего срока службы соответственно растут, поэтому все решения по материалам не могут основываться только на результатах лабораторных испытаний, но также и на полевых испытаниях, обеспечивающих обратную связь с оператором, что гарантирует устойчивый переход.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
В: Могут ли цементированные карбиды также применяться с использованием специализированных покрытий или обработки?
О: Да, часто на компоненты наносятся тонкие многослойные керамические, DLC, нитридные или специализированные диффузионные алюминирующие, хромирующие слои, повышающие стойкость к окислению/коррозии, твердую смазку, электроизоляцию или терморегулирующие свойства, не сравнимые с монолитными твердосплавными альтернативами. Хотя толщина покрытия накладывает ограничения на максимальную температуру эксплуатации, прежде чем межфазные разрушения ограничат общий выигрыш, каждый слой требует контроля совместимости, чтобы ожидаемый синергетический эффект был реализован в процессе эксплуатации без дополнительных рисков.
Вопрос: Что вызывает трещины в цементированные карбидные кнопки?
О: Изломы развиваются в результате растягивающих напряжений, превышающих критические пороги, возникающих при циклических нагрузках, неконтролируемом расширении, несоответствии подложек или повреждениях при обращении, например падениях или неправильной обработке/шлифовке, когда удаляется избыточный материал кромок, необходимый для поддержания сжимающих усилий, предотвращающих возникновение трещин, которые при отсутствии контроля быстро распространяются по всей детали в течение нескольких минут. Управление рисками требует фундаментальных изменений, чтобы контроль качества помогал пользователям, а не вредил им.
Вопрос: Могут ли карбиды вольфрама заменить инструментальную сталь при обработке?
О: Абсолютно точно заменяют пластины из инструментальной стали при экономичном производстве менее 1000 идентичных деталей, но более высокая стоимость материала не оправдывает использование при таких объемах, за исключением специальных исключений в нише микрообработки. Прогрессивные штамповые и инструментальные цеха лучше всего подходят для быстрой оценки потенциальных преимуществ твердого металла.
В: Насколько свариваемы цементированные карбиды?
О: Довольно сложная задача, поскольку сплавы быстро чувствительны к блуждающим примесям железа или углерода, что чревато экспансивным растрескиванием с последующей ускоренной коррозией, что в конечном итоге сводит на нет ожидаемое увеличение срока службы, достигнутое благодаря сварным узлам, вместо которых используются пайка/пайка или механические крепежные соединения - артефакт начала 1960-70-х годов, нанесший ущерб коллективному авторитету отрасли, который медленно восстанавливался десятилетиями благодаря настойчивым усилиям ведущих производителей по всему миру по согласованию требований пользователей с проверенными возможностями печи жизненного цикла, тестированию границ применения, балансированию производительности с бюджетными реалиями, представляющими все заинтересованные стороны.
