Analisi dei rifiuti di carburo cementato sinterizzato e delle cause

Il metallo duro è un prodotto di metallurgia delle polveri costituito principalmente da polvere micrometrica di carburo di tungsteno, un metallo refrattario ad alta durezza, con cobalto o nichel e molibdeno come leganti, sinterizzato in un forno sotto vuoto o in un forno a riduzione con idrogeno.

La sinterizzazione è una fase fondamentale nella produzione del metallo duro. Per sinterizzazione si intende il riscaldamento del compatto di polvere fino a una determinata temperatura, il mantenimento a tale temperatura per un certo periodo e il successivo raffreddamento, così da ottenere un materiale con le prestazioni richieste. Il processo di sinterizzazione del metallo duro è molto complesso ed è molto facile produrre residui di sinterizzazione se non si presta attenzione.

Qual è dunque la causa dei residui di lega dopo la sinterizzazione?

1. Il primo tipo di residuo di sinterizzazione del metallo duro è il distacco superficiale, ossia quando la superficie del metallo duro presenta, lungo i bordi, sfaldamenti o crepe e, nei casi gravi, compaiono piccole scaglie sottili simili a squame di pesce, crepe e persino polverizzazione. Il distacco superficiale è dovuto principalmente all'azione di contatto del cobalto nel compatto, per cui il gas contenente carbonio decompone il carbonio libero al suo interno, causando una diminuzione della resistenza locale del compatto e provocando il distacco superficiale.

2. Il secondo tipo più comune di porosità nei residui di sinterizzazione del metallo duro sono i pori. I pori con dimensioni superiori a 40 micrometri sono chiamati pori. I fattori che possono causare rigonfiamenti possono formare pori. Inoltre, quando nel corpo sinterizzato sono presenti impurità che non vengono bagnate dal metallo fuso, come grandi pori dovuti, ad esempio, a una compattazione insufficiente, oppure quando nel corpo sinterizzato si verifica una grave segregazione tra fase solida e fase liquida, possono formarsi pori.

3. Il terzo tipo più comune di porosità nei residui di sinterizzazione del metallo duro è il rigonfiamento. Nei prodotti in lega di metallo duro sono presenti pori interni e sulla superficie delle parti corrispondenti compaiono superfici curve e convesse. Questo fenomeno è chiamato rigonfiamento.
Il motivo principale della formazione dei rigonfiamenti è la presenza di gas relativamente concentrato nel corpo sinterizzato. Di solito se ne distinguono due tipi: uno consiste nell'aria che si raccoglie nel corpo sinterizzato e che, durante il processo di contrazione della sinterizzazione, si sposta dall'interno verso la superficie. Se nel corpo sinterizzato sono presenti impurità di una certa dimensione, come frammenti di lega, trucioli di ferro e trucioli di cobalto, l'aria vi si concentrerà. Quando nel corpo sinterizzato compare la fase liquida e questo si densifica, l'aria non può essere espulsa e sulla superficie del corpo sinterizzato, nel punto di minore resistenza, si forma un rigonfiamento.
La seconda è che nel corpo sinterizzato avviene una reazione chimica che genera una grande quantità di gas. Quando nel corpo sinterizzato sono presenti determinati ossidi, questi vengono ridotti e generano gas solo dopo la comparsa della fase liquida, causando il rigonfiamento del prodotto; nelle leghe WC-Co ciò è generalmente causato dall'agglomerazione degli ossidi nella miscela.

4. Struttura non uniforme: miscelazione

5. Deformazione Il cambiamento irregolare dell'aspetto del corpo sinterizzato è chiamato deformazione. Le cause principali della deformazione sono: distribuzione non uniforme della densità del blocco pressato, poiché la densità della lega finita è uniforme; grave carenza locale di carbonio nel corpo sinterizzato, poiché la carenza di carbonio riduce relativamente la fase liquida; caricamento irragionevole; distanziatore non uniforme.

6. La zona a struttura porosa sulla frattura della lega a cuore nero è chiamata cuore nero. Cause principali: contenuto di carbonio troppo basso o inappropriatamente elevato. Tutti i fattori che influenzano il contenuto di carbonio del corpo sinterizzato influiscono sulla formazione del cuore nero.

7. Le crepe sono anch'esse un fenomeno comune nei rifiuti di sinterizzazione del carburo cementato. Crepe da pressatura: poiché il rilassamento della pressione non si verifica immediatamente quando il blocco pressato è asciutto, il recupero elastico è più rapido durante la sinterizzazione. Crepe da ossidazione: poiché la bricchetta viene gravemente ossidata in alcune parti durante l'essiccazione, l'espansione termica della parte ossidata differisce da quella della parte non ossidata.

8. Combustione eccessiva Quando la temperatura di sinterizzazione è troppo elevata o il tempo di mantenimento è troppo lungo, il prodotto subisce una combustione eccessiva. La combustione eccessiva del prodotto rende i grani più grossolani, i pori più grandi e le prestazioni della lega significativamente inferiori. La lucentezza metallica dei prodotti sottosinterizzati non è evidente e richiede solo una nuova cottura.

Soluzione

Sfogliatura: migliorare il processo di miscelazione e pressatura della bricchetta per garantire una distribuzione uniforme di cobalto e carbonio.
Pori: ridurre l'introduzione di impurità ed evitare la segregazione delle fasi solida e liquida ottimizzando la purezza delle materie prime e il processo di sinterizzazione.
Vesciche: migliorare il processo di sinterizzazione, ad esempio utilizzando la sinterizzazione sotto vuoto o controllando le reazioni di generazione dei gas per ridurre l'aggregazione dei gas.
Deformazione: garantire una distribuzione uniforme della densità della bricchetta, progettare adeguatamente il supporto e il distanziatore per evitare carenze locali di carbonio.
Cuore nero: controllare con precisione il contenuto di carbonio per garantire che rientri nell'intervallo appropriato.
Crepe: ottimizzare il processo di essiccazione della bricchetta, ridurre l'ossidazione e garantire una distribuzione uniforme della pressione durante la sinterizzazione.

Altre considerazioni per la sinterizzazione delle leghe

Temperatura e tempo di sinterizzazione: controllare rigorosamente la temperatura e il tempo di sinterizzazione per evitare una combustione eccessiva o una bruciatura completa.
Purezza delle materie prime: utilizzare materie prime di elevata purezza per ridurre l'impatto delle impurità sul processo di sinterizzazione.
Attrezzatura di sinterizzazione: sottoporre regolarmente a manutenzione l'attrezzatura di sinterizzazione per garantirne il normale funzionamento ed evitare guasti di sinterizzazione dovuti a malfunzionamenti dell'attrezzatura.