Produksjonsprosess av wolframkarbidakselhylse: pulvermetallurgi forklart

Hva er en wolframkarbidakselhylse?

En akselhylse av wolframkarbid er en-slitasjebestandig, ring-formet komponent som er montert over en stålaksel for å beskytte akseloverflaten mot slitasje, erosjon og slitasje i pumper, blandere, skruetransportører, gruveutstyr og papirmaskineri. Materialet er en sementert karbid: harde wolframkarbidkorn bundet av en metallisk koboltmatrise. Kombinasjonen gir en hardhet nær den til et skjæreverktøy samtidig som den beholder nok seighet til å overleve sjokkbelastning under bruk.

Fordi sementert karbid ikke kan formes ved smelting og støping, er hylsen laget av pulvermetallurgi. Hvert trinn - pulvervalg, fresing, forming, sintring og diamantfinish - endrer den endelige mikrostrukturen, så prosesskontroll er det som skiller en hylse som varer i flere år fra en som fliser på uker.

Råvarer og pulverutvalg

Wolframkarbidpulver: den harde fasen, levert med definert partikkelstørrelse og karboninnhold

Koboltpulver: bindemidlet som gir seighet; typiske tilsetninger varierer fra 6 til 15 vekt%.

Korn-veksthemmere som vanadium eller kromkarbid i submikronkvaliteter

Ytterligere karbider som titankarbid eller tantalniobkarbid for varm hardhet i spesifikke kvaliteter

Finere WC-pulver gir en hardere, mer slitebestandig- hylse med høyere tverrbruddstyrke. Grovere pulver er mer økonomisk og mer tilgivende i tunge sjokkapplikasjoner. Karboninnholdet må balanseres nøye: liten karbonmangel produserer den sprø eta-fasen, mens overflødig karbon danner fri grafitt, og begge reduserer styrken.

Fresing, blanding og spraytørking

Råpulver veies til en batchformel og males deretter, vanligvis i en attritor- eller kulemølle med sementert karbidmedium, i et flytende medium som etanol eller aceton. Fresing gjør to jobber samtidig: den reduserer og homogeniserer partikkelstørrelsen, og den fordeler koboltbindemidlet som en tynn film over karbidkornene.

Etter maling spraytørkes slurryen til fritt-flytende granuler med et bindemiddel som parafinvoks eller polyetylenglykol. Sfæriske, tette granuler flyter jevnt inn i dysen, noe som er avgjørende for en hylse med jevn veggtykkelse. Granulatstørrelsesfordelingen kontrolleres før pressing, fordi agglomerater eller finstoff både oversettes til tetthetsgradienter og senere til forvrengning under sintring.

Forming: Dysepressing og kald isostatisk pressing

Grønn forming bestemmer tetthetsfordelingen, og for en hylse er det den mest kritiske formingsbeslutningen.

Dysepressing: rask og økonomisk for rette sylindriske hylser, men tettheten er litt ujevn- langs pressaksen

Kald isostatisk pressing: pulveret komprimeres i en fleksibel form under jevnt trykk, noe som gir langt bedre jevnhet i tetthet for lange eller tynne-vegger

Grønn bearbeiding: hylser med trinn, riller eller flenser er ofte forhånds-formet og deretter snudd i grønn tilstand, før materialet blir hardt

Grønn tetthet når vanligvis 55 % til 65 % av teoretisk, og den må være konsistent langs hele lengden; en sone med lav-tetthet vil krympe annerledes og trekke boringen ut av runden.

Sintring

Den pressede hylsen sintres i en vakuum- eller hydrogenatmosfæreovn, ofte etterfulgt av varm isostatisk pressing. Ved omtrent 1380 grader til 1500 grader smelter koboltbindemidlet og fukter wolframkarbidkornene, og kompakten fortettes ved væskefasesintring til nesten -full tetthet.

Oppvarmingshastighet og hold-tid kontrollere kornvekst; overflødig opphold gjør karbidkornene grovere og reduserer hardheten

Vakuumsintring fjerner parafinbindemidlet i et kontrollert avvoksingstrinn og forhindrer oksidasjon

Varm isostatisk pressing på rundt 1000 bar lukker gjenværende porøsitet og løfter tverrbruddstyrken

Krymping på 18 % til 25 % lineær må kompenseres i de grønne dimensjonene, og det er grunnen til at dysedesignet er kalibrert mot målt krymping for hver klasse

Etterbehandling og kvalitetskontroll

Sintrede hylser er harde, så all endelig forming utføres med diamantverktøy: ytre og indre sylindrisk sliping, flatsliping, honing eller lapping av boringen, og polering der en overflate med lav-friksjon er nødvendig. Borerundhet, retthet og overflateruhet er egenskapene som avgjør om hylsen tetter og går riktig på akselen.

Typisk aksepttesting kombinerer destruktive og ikke-destruktive metoder:

Koboltinnholdet setter balansen. En 6 % koboltkvalitet gir den høyeste hardheten og slitestyrken, som passer til ermer som kjører mot slipende slam med jevn belastning. En 10 % til 15 % koboltkvalitet ofrer noe hardhet for seighet og er foretrukket der støt eller feiljustering oppstår. Klassifisering følger ISO 513 for skjærematerialer og GB/T 18376.1 for karbidkvaliteter.

Bruksmerknader for akselhylser

Boringstoleranse og rundhet betyr mer enn utvendig finish: en hylse som ikke er konsentrisk vil vibrere og slite på skaftet

Interferenspasninger må beregnes med karbidens termiske ekspansjon, som er lavere enn stål

Karbidhylser er sprø i spenningen, så presskrefter bør påføres gjennom myke puter

Bevar gjenværende trykkspenning fra sliping ved å unngå overopphetet, tungt materiale-fjerningspass

Ofte stilte spørsmål

Spørsmål: Hvorfor er en akselhylse av wolframkarbid ikke støpt eller smidd?
Sementert karbid er en kompositt av wolframkarbidkorn bundet av kobolt. Den danner ikke en konvensjonell smelte som kan støpes, og den er for vanskelig å smi. Pulvermetallurgi med væskefasesintring er den eneste praktiske produksjonsveien.

Spørsmål: Hva er forskjellen mellom dysepressing og kald isostatisk pressing?
Dysepressing komprimerer pulver i en stiv form og er rask, men tettheten er ujevn langs presseretningen. Kald isostatisk pressing bruker jevnt hydraulisk trykk på en fleksibel form, noe som gir en jevnere grønn tetthet og mindre forvrengning etter sintring.

Spørsmål: Hvilket koboltinnhold er best for en slitehylse?
For jevn slitasje gir en 6 % koboltkvalitet den lengste levetiden fordi hardheten er høyest. For applikasjoner med støt, feiljustering eller termisk syklus gir 10 % til 15 % kobolt den seigheten som trengs for å unngå flisdannelse.

Spørsmål: Hvorfor trenger boringen diamantsliping og honing?
Sintringsblader er bare nær-nettform, og den sintrede overflaten kan ikke holde den nødvendige rundheten eller overflatefinishen. Diamantsliping og honing etablerer den endelige boringsgeometrien, som kontrollerer passform, konsentrisitet og tetningsytelse.

Spørsmål: Hva forårsaker porøsitet i en sintret hylse?
Utilstrekkelig grønntetthet, ufullstendig avvoksing, dårlig vakuumnivå eller utilstrekkelig sintringstemperatur og hold. Porøsitet er klassifisert mot ASTM B276 og er normalt kontrollert til de finere klassene for slitasjekomponenter.

Spørsmål: Hvor mye krymper delen under sintring?
Lineær krymping er vanligvis i området 18% til 25%, hovedsakelig avhengig av koboltinnhold og grønntetthet. Dysene er kalibrert fra målte krympingsdata for hver spesifikk grad og pressrute.