Strona główna» Produkty» Kompozyt na osnowie węglika spiekanego do narzędzi górniczych

Kompozyt na osnowie węglika spiekanego do narzędzi górniczych

Materiał narzędziowy typu WC-Co, z dodatkiem fazy MAX typu Ti3SiC2 przeznaczony jest do narzędzi stosowanych w przemyśle wydobywczym, przede wszystkim do narzędzi górniczych. Wyniki badań potwierdziły możliwość zachowania bardzo dobrych właściwości fizycznych, mechanicznych i tribologicznych spieków, tj. wzrost twardości oraz zachowanie odporności na pękanie, przy równoczesnym zmniejszeniu kosztów wytwarzania wynikającym z ograniczenia zawartości węglika. wolframu w materiale kompozytowym.

CHARAKTERYSTYKA

Opracowano nowy skład węglików spiekanych z przeznaczeniem na narzędzia, głównie górnicze. Nowy materiał otrzymano wprowadzając do węglika wolframu ceramiczną fazę typu MAX. Nazwa fazy wywodzi się od jej składu chemicznego, wszystkie fazy są potrójnymi warstwowymi heksagonalnymi węglikami i/lub azotkami, o ogólnym wzorze Mn+1AXn, w którym n = 1 ÷ 3, M oznacza metal przejściowy, A jest elementem z III lub IV grupy metali oznaczonych symbolem A np. Si, Al, Ge, X oznacza węgiel i/lub azot. Fazy MAX to termodynamicznie stabilne polikrystaliczne nanolaminaty, które wykazują cechy zarówno metalu, jak i ceramiki. Do cech metali zalicza się łatwość obróbki, dobrą przewodność cieplną
i elektryczną, odporność na szoki termiczne i plastyczność w podwyższonej temperaturze. Do cech ceramiki właściwych fazom MAX zalicza się wysoką temperaturę topnienia - powyżej 2000°C, odporność na utlenianie, dużą sztywność i stosunkowo niski ciężar właściwy (4,5 g/cm3).

W rozwiązaniu węglik wolframu WC został częściowo zastąpiony przez potrójną fazę węglikową typu Ti3SiC2. Komórka elementarna fazy Ti3SiC2 składa się z warstw Ti3SiC2 umiejscowionych między warstwami czystego krzemu. Faza Ti3SiC2 wykazuje dużą przewodność cieplną i elektryczną, stabilność struktury do 1700°C w atmosferze obojętnej, wysoką odporność na pękanie, dobrą odporność na szoki termiczne i udarność, dobre właściwości utleniające i niski współczynnik tarcia, a ponadto łatwo poddaje się obróbce mechanicznej. Stosowanie fazy Ti3SiC2 w węglikach spiekanych typu WC-Co jest korzystne
z wielu względów, w tym ekonomicznych, gdyż faza ta charakteryzuje się 3-krotnie mniejszą gęstością (4,55 g/cm3) w porównaniu z gęstością WC (15,72 g/cm3) i zajmuje większą objętość, czyli stosowanie jej w spiekach jest bardziej efektywne.

Opracowany skład mieszanek do spiekania miał na celu częściową substytucję węglika wolframu (WC) przez Ti3SiC2 w ilościach od 5% do 15% masy. Na bazie proszków z węglika spiekanego przygotowano mieszanki, w których WC częściowo zastępowano ceramiką MAX typu Ti3SiC2 o wymiarze cząstek
w zakresie od 3,0 do 5,0 μm. Po prasowaniu, z mieszanek uformowano wypraski, które poddano procesowi spiekania metodą SPS w temperaturze 1260–1290℃ pod ciśnieniem 35 MPa.

Wybrane właściwości mechaniczne spieku kompozytowego WC-Co z dodatkiem fazy MAX typu Ti3SiC2

Oznaczenie próbek

% masy fazy MAX

Twardość

Vickersa HV30 [GPa]

Odporność

na pękanie powierzchniowe

KIC(HV) [MPam1/2]

Moduł Younga E

[GPa]

H5

14,5 ± 0,2

10,1

484 ± 20

H10

13,9 ± 0,2

7,8

407 ± 20

Odporność na pękanie powierzchniowe.JPG

 

 

 

 

 

 

Pomiar wybranych właściwości fizycznych i mechanicznych otrzymanych materiałów kompozytowych umożliwił określenie ich przydatności na materiał narzędziowy. Mierzono gęstość pozorną, twardość Vickersa, moduł Younga, liczbę Poissona oraz odporność na pękanie powierzchniowe. Wyniki były zadowalające, ale różniły się w zależności od ilości dodawanej fazy Ti3SiC2. Potwierdziły też możliwość zachowania bardzo dobrych właściwości fizycznych, mechanicznych i tribologicznych spieków WC-Co z dodatkiem fazy MAX. Dodatek fazy Ti3SiC2 bardzo korzystnie wpływa na twardość Vickersa spieku powodując jej wzrost o 30% w porównaniu do węglików spiekanych bez dodatku fazy Ti3SiC2 przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej odporności na pękanie (10 MPam1/2). Otrzymany kompozyt może znaleźć zastosowanie jako materiał narzędziowy z przeznaczeniem na narzędzia górnicze.

Element roboczy narzędzia górniczego.jpg

Element roboczy narzędzia górniczego (koronki jednodłutowej)

wykonany ze spieku kompozytowego WC-Co z dodatkiem fazy MAX typu Ti3SiC2

Do pobrania

Adobe Acrobat Document karta katalogowa - Kompozyt na osnowie węglika spiekanego do narzędzi górniczych pdf [561.90 KB]

Galeria

Wyślij zapytanie

rozwiń