Карбид вольфрама-кобальт (WC–Co) ценится за свою твердость, но это же свойство делает его необычайно сложным в обработке. Существующий процесс является расточительным и дорогостоящим по сравнению с получаемым продуктом, и экономически целесообразный метод получения этих материалов давно назрел.
Твердосплавы на основе WC и Co важны в областях, требующих высокой износостойкости и твердости, таких как режущие и строительные инструменты. В настоящее время эти карбиды изготавливаются методом порошковой металлургии с использованием высокого давления и спекающих машин для соединения порошков WC и Co с целью получения готового твердосплавного материала.
Хотя этот метод позволяет получать очень прочные и твердые конечные изделия, он требует большого количества дорогостоящих материалов, а выход готовой продукции неоптимален.
В исследовании, опубликованном в Международном журнале огнеупорных металлов и твердых материалов , предлагается использовать новую технологию аддитивного производства (АМ, также известную как 3D-печать) и метод лазерного облучения горячей проволокой для получения твердых сплавов без ущерба для твердости и долговечности, а также с сокращением отходов материала и общей стоимости.
В исследовании рассматривается использование аддитивных технологий, в частности, лазерной сварки горячей проволокой, а также два метода изготовления для эксперимента.
Во-первых, лазерная сварка горячей проволокой (также называемая лазерной сваркой горячей проволокой ) — это технология, при которой лазерный луч и предварительно нагретая присадочная проволока объединяются для увеличения скорости осаждения (количества добавляемого присадочного металла) и эффективности процесса.
Один из методов изготовления, использованный в этом исследовании, включает прямое облучение верхней части твердосплавного стержня, при этом стержень задает направление изготовления.
Другой метод основан на использовании лазера, при этом облучение происходит между нижней частью твердосплавного стержня и основным материалом (железом).
В обоих методах металлы размягчаются, а не полностью расплавляются, образуя твердый сплав. «Твердые сплавы — это чрезвычайно твердые материалы, используемые для изготовления режущих кромок инструментов и в аналогичных областях применения, но они изготавливаются из очень дорогостоящего сырья, такого как вольфрам и кобальт, что делает сокращение расхода материалов крайне желательным.
Благодаря использованию аддитивных технологий твердые сплавы могут наноситься только там, где это необходимо, тем самым снижая потребление материала», — сказал ведущий автор исследования Кейта Марумото, доцент Высшей школы передовых наук и инженерии Хиросимского университета.
Получены карбиды промышленного качества без дефектов Результаты показали, что этот метод эффективен для поддержания твердости и механической целостности традиционно производимых твердых сплавов WC-Co, позволяя получить основной материал с твердостью более 1400 HV (единица измерения сопротивления проникновению) без внесения каких-либо дефектов или разрушения.
Материалы с таким уровнем твердости относятся к числу самых прочных, используемых в промышленности, уступая лишь сверхтвердым веществам, таким как сапфир и алмаз.
Изготовление твердосплавных форм без дефектов представляется возможным, что и является главной целью данного исследования, хотя некоторые результаты могут отличаться.
Например, метод нанесения стержня, по-видимому, приводит к разложению карбида вольфрама в верхней части изделия, что вызывает дефекты в конечном продукте.
Метод нанесения лазерного стержня также имел проблемы с поддержанием твердости, необходимой для успешного результата.
Был добавлен промежуточный слой на основе никелевого сплава, который, наряду с поддержанием и контролем температуры (выше точки плавления кобальта, ниже температуры роста зерен), позволил получить твердый сплав методом аддитивного производства без потери твердости материала.
Полученные многообещающие результаты станут отправной точкой для дальнейшего совершенствования их работы. Исследователи хотели бы, чтобы их работа продвинулась в решении проблемы растрескивания, а также в создании более сложных форм.
«Подход к формованию металлических материалов путем их размягчения, а не полного расплавления, является новаторским и потенциально может быть применен не только к твердым сплавам, которые были предметом данного исследования, но и к другим материалам», — сказал Марумото.
В конечном итоге, изготовление режущих инструментов, изучение возможности использования других материалов и дальнейшее исследование способов повышения долговечности являются первостепенными задачами в будущем в рамках этой исследовательской работы.
Кейта Марумото и Мотомичи Ямамото из Высшей школы передовых наук и техники Университета Хиросимы, а также Такаши Абэ, Кейго Нагамори, Хироши Итикава и Акио Нисияма из Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation внесли свой вклад в это исследование.
Рубрика: Технологии. Читать весь текст на android-robot.com.