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● 1. Preparazione delle materie prime
>> 1.1 Elaborazione del minerale di tungsteno
>> 1.2 Preparazione della fonte di carbonio
>> 1.3 Preparazione del legante
● 2. Miscelazione in polvere e fresatura
>> 2.1 macinazione a sfera
>> 2.2 Essiccazione a spruzzo
● 3. Pressing (FORMING)
>> 3.1 Pressing uniassiale
>> 3.2 Pressing isostatico a freddo (CIP)
● 4. Sintering
>> 4.1 pre-sintering
>> 4.2 Sintering in fase liquida
>> 4.3 Pressatura isostatica calda (anca)
● 5. Elaborazione post-sintering
>> 5.1 macinazione e lucidatura
>> 5.2 rivestimento (deposizione di vapore fisico/deposizione di vapore chimico)
>> 5.3 Controllo di qualità
● 6. Applicazioni di prodotti in carburo
>> 6.1 Strumenti di taglio
>> 6.2 Mining e costruzione
>> 6.3 Parti di usura industriali
>> 6.4 Applicazioni emergenti
● Conclusione
● FAQ: processo di produzione in carburo
>> 1. Perché il cobalto è usato come legante nel carburo?
>> 2. I prodotti in carburo possono essere riciclati?
>> 3. In che modo le dimensioni del grano influiscono sulle prestazioni del carburo?
>> 4. Perché la sinterizzazione è critica nella produzione in carburo?
>> 5. Quali industrie si basano di più sugli strumenti in carburo?
● Citazioni:
La produzione di carburo combina metallurgia avanzata, ingegneria di precisione e scienze dei materiali per creare uno dei materiali industriali più duri dell'umanità. Questo articolo esplora i passaggi intricati dietro la produzione Carburo di tungsteno , un materiale critico per utensili da taglio, attrezzature minerarie e componenti resistenti all'usura.
1. Preparazione delle materie prime
Il processo di produzione in carburo inizia con l'approvvigionamento e la raffinazione delle materie prime:
1.1 Elaborazione del minerale di tungsteno
Il minerale di tungsteno (in genere Wolframite o Scheelite) viene estratto tramite metodi a punta aperta o sotterranea. Esistono importanti depositi in Cina, Russia e Canada.
La lisciviazione chimica con idrossido di sodio o estratti di acido cloridrico di Tungsteno (WO₃) con purezza del 99,9%.
L'ossido subisce una riduzione dell'idrogeno in forni rotanti a 600-1000 ° C per produrre polvere di tungsteno pura (W).
1.2 Preparazione della fonte di carbonio
Viene aggiunto il nero di carbonio ad alta purezza (99,95% C) o grafite sintetica per ottenere il rapporto stechiometrico per il carburo di tungsteno (WC). Il carbonio in eccesso (0,1-0,5%) compensa le perdite di ossidazione.
1.3 Preparazione del legante
La polvere di cobalto (6-30% in peso) viene preparata come legante primario. Il nichel o il cromo possono integrare gradi specifici per la resistenza alla corrosione.
Le dimensioni delle particelle di legante (0,8-3 µm) sono ottimizzate per garantire una distribuzione uniforme durante la miscelazione.
2. Miscelazione in polvere e fresatura
La distribuzione uniforme dei componenti garantisce proprietà materiali coerenti:
2.1 macinazione a sfera
La polvere di tungsteno, il carbonio e il cobalto vengono miscelati in un mulino a sfera con etanolo o acetone per prevenire l'ossidazione.
Le sfere in carburo di zirconia o tungsteno macinano la sospensione per 24-72 ore, riducendo le particelle a 0,5-5 µm.
Gli analizzatori di diffrazione laser monitorano la distribuzione delle dimensioni delle particelle (PSD) per soddisfare gli standard ISO 4497.
2.2 Essiccazione a spruzzo
La sospensione è atomizzata in un essiccatore a spruzzo a 200–300 ° C, formando granuli sferici (50–200 µm) con umidità residua dell'1-3%.
Granuli a flusso libero assicurano che il ripieno uniforme durante la pressione.
3. Pressing (FORMING)
La polvere è compatta in forme 'verdi ' con densità teorica del 50-70%:
3.1 Pressing uniassiale
Le presse CNC automatizzate applicano una pressione di 30.000-60.000 psi per formare forme vicine come inserti o aste.
I lubrificanti (ad es. Acido stearico) riducono l'attrito della parete stampo, minimizzando i gradienti di densità.
3.2 Pressing isostatico a freddo (CIP)
Per geometrie complesse (ad es. Flauti elicoidali), CIP utilizza olio idraulico a 30.000-60.000 psi per garantire una densità uniforme.
Gli stampi elastomerici consentono progetti intricati mantenendo una precisione dimensionale di ± 0,1 mm.
4. Sintering
I compatti verdi subiscono un consolidamento ad alta temperatura per ottenere la piena densità:
4.1 pre-sintering
Le parti vengono riscaldate a 500–800 ° C in atmosfere di idrogeno per rimuovere i leganti organici e rafforzare la manipolazione.
Le parti pre-sintermate mantengono la porosità del 70-80% ma guadagnano una resistenza sufficiente per la lavorazione intermedia.
4.2 Sintering in fase liquida
Parti di calore a vuoto o idrogeno a 1.400-1.500 ° C per 60-180 minuti.
Il cobalto si scioglie a 1.495 ° C, infiltrando particelle di carburo di tungsteno tramite azione capillare per formare una matrice densa.
Si verifica un restringimento del 17-25%, che richiede sovradimensionamento durante la pressione.
4.3 Pressatura isostatica calda (anca)
Il trattamento dell'anca opzionale a 1.400 ° C e la pressione dell'argon psi di 30.000 psi elimina la porosità residua (<0,02%).
Le parti di ansia presentano una resistenza trasversale trasversale del 10-20% (TRS) rispetto a quelle convenzionalmente sinterizzate.
5. Elaborazione post-sintering
La lavorazione e i trattamenti finali migliorano le prestazioni:
5.1 macinazione e lucidatura
Ruote a diamante (80–400 grana) Inserti di macinatura su RA 0,1-0,4 µm di finiture superficiali.
Le macinazione a CNC ottengono tolleranze di ± 0,005 mm per il taglio dei bordi.
5.2 rivestimento (deposizione di vapore fisico/deposizione di vapore chimico)
I rivestimenti PVD (stagno, tialn) a 300–500 ° C forniscono strati da 2–4 µm con 3.500 HV di durezza.
I rivestimenti CVD (carbonio a diamante) a 800-1000 ° C offrono una resistenza all'usura estrema per gli strumenti di mining.
5.3 Controllo di qualità
La fluorescenza a raggi X (XRF) verifica il contenuto di cobalto entro ± 0,5%.
I test di Rockwell A Scale (HRA) confermano i valori di durezza di 88–94.
I test di resistenza alla rottura trasversale (TRS) garantiscono una resistenza alla frattura di 2.500–4.500 MPa.
6. Applicazioni di prodotti in carburo
6.1 Strumenti di taglio
Insergi indicizzabili (ISO CNMG/SNMG) Acciaio macchina a velocità di 300–500 m/min.
I mulini a carburo di micro-grani (0,2 µm) producono finiture di livello ottico su leghe aerospaziali.
6.2 Mining e costruzione
I pezzi di trapano a tre con gli inserti in carburo penetrano in granito a 30-50 metri/ora.
I denti da fresatura su strada recuperano l'asfalto con oltre 200 ore operative tra i sostituti.
6.3 Parti di usura industriali
Le guarnizioni in carburo di tungsteno resistono a fanghi abrasivi a 500 ° C nelle pompe petrolchimiche.
I componenti del rivestimento della valvola resistono all'erosione della cavitazione nelle centrali nucleari.
6.4 Applicazioni emergenti
La produzione additiva utilizza polveri nano-carburi (50–100 nm) per ugelli a razzo stampati in 3D.
Gli impianti biomedici sfruttano la biocompatibilità di Carbide nelle sostituzioni articolari.
Conclusione
Il processo di produzione in carburo trasforma il tungsteno grezzo e il carbonio in un diamante rivale in materiale in durezza. Dalla metallurgia delle polveri alla rettifica di precisione, ogni passo garantisce che il prodotto finale soddisfi rigorosi richieste industriali. Innovazioni come la sinterizzazione dell'anca, le carburi nano-strutturati e i rivestimenti ibridi continuano ad espandere le applicazioni in aerospaziale, energia rinnovabile e produzione avanzata. Con la domanda globale in carbide che si prevede di crescere del 6,2% ogni anno fino al 2030, padroneggiare queste tecniche di produzione rimane fondamentale per la competitività industriale.
FAQ: processo di produzione in carburo
1. Perché il cobalto è usato come legante nel carburo?
La duttilità di Cobalt bilancia la fragilità di Tungsten Carbide, migliorando la tenacità senza compromettere la durezza. Il suo punto di fusione (1.495 ° C) si allinea perfettamente con i requisiti di sinterizzazione in fase liquida.
2. I prodotti in carburo possono essere riciclati?
Sì, il carburo di scarto viene recuperato attraverso il recupero di zinco (efficienza del 90%) o la frantumazione meccanica. Il materiale riciclato costituisce il 35% della fornitura globale di tungsteno.
3. In che modo le dimensioni del grano influiscono sulle prestazioni del carburo?
I grani più fini (0,2-0,8 µm) aumentano la durezza (fino a 2.300 Hv30), mentre i grani più grossolani (1-5 µm) migliorano la resistenza alla frattura (TRS> 4.000 MPa).
4. Perché la sinterizzazione è critica nella produzione in carburo?
La sinterizzazione densifica il materiale alla densità teorica del 99,5%, raggiungendo la durezza dei Vickers di 1.500-2.000 HV. La sinterizzazione impropria provoca difetti catastrofici come il pool di cobalto.
5. Quali industrie si basano di più sugli strumenti in carburo?
Le industrie aerospaziali (40%di mercato), automobilistiche (25%) e petrolifere/gas (20%) usano il carburo per la lavorazione ad alta velocità, i pezzi di perforazione e le piastre di usura.
Citazioni:
[1] https://www.youtube.com/watch?v=zjkvi0cmtx0
[2] https://onmytoolings.com/how-are-carbide-inserts-made/
[3] https://www.hannibalcarbide.com/technical-support/about-carbide/
[4] https://www.mmc-carbide.com/in/technical_information/tec_guide/tec_guide_carbide
[5] https://www.retopz.com/57-frequently-asked-questions-faqs-about-tungsten-carbide/
[6] https://www.carbide-products.com/blog/tungsten-carbide-production-process/
[7] https://www.betalentcarbide.com/production-process-of-cement-carbide-lade.html
[8] https://www.carbide-products.com/blog/how-is-carbide-made/
[9] https://www.linkedin.com/pulse/tungstencarbide-production-process-tungsten-carbide-shijin-lei
[10] https://www.zgcccarbide.com/news/the-manufacturing-process-of-carbide-inserts: -a-compresive-guide-39.html
[11] https://www.youtube.com/watch?v=95ys7w66-BI
[12] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/process.html
[13] https://todaysmachiningworld.com/magazine/how-itworks-making-tungsten-carbide-cutting-tools/
[14] https://www.shutterstock.com/search/production-carbide?image_type=photo&page=3
[15] https://www.istockphoto.com/photos/carbide-tools
[16] https://www.alamy.com/stock-photo/calcium-carbide.html
[17] https://www.shutterstock.com/search/production-carbide?image_type=photo&page=2
[18] https://stock.adobe.com/search/images?k=carbide+cutting
[19] https://imechanica.org/files/Basic%20Manufacturing%20Processes%20Questions%20and%20answers%2007%20july%202013.pdf
[20] https://tuncomfg.com/about/faq/
[21] https://testbook.com/question-answer/________process-is-used-for-making-a-complic--6253c8b58a09ec2605fdd5af
[22] https://www.tjtywh.com/a-pep-Buide-guide-to-making-calcium-carbide-at-home.html
[23] https://patens.google.com/patent/us4008090a/en
[24] https://www.youtube.com/watch?v=olalos0er00
[25] https://www.istockphoto.com/photos/calcium-carbide
[26] https://www.istockphoto.com/photos/carbide-bit
[27] https://www.freepik.com/premium-ai-image/flowchart-ilustrating-peps-involved-toungsten-carbide-tools-using-powder_362617291.htm
[28] https://www.istockphoto.com/photos/carbide
[29] https://www.shutterstock.com/search/carbide
[30] https://www.tungco.com/insights/blog/frequenty-asked-questions-used-tungsten-carbide-inserts/
