Analyse von gesinterten Hartmetallabfällen und deren Ursachen

Hartmetall ist ein pulvermetallurgisches Produkt, das aus mikronisiertem Wolframkarbidpulver eines hochharten, feuerfesten Metalls als Hauptbestandteil sowie Kobalt oder Nickel und Molybdän als Bindemittel besteht und in einem Vakuumofen oder Wasserstoffreduktionsofen gesintert wird.

Das Sintern ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Herstellung von Hartmetall. Unter Sintern versteht man das Erhitzen des Pulverpresslings auf eine bestimmte Temperatur, das Halten dieser Temperatur über einen bestimmten Zeitraum und anschließende Abkühlen, um das Material mit den erforderlichen Eigenschaften zu erhalten. Der Sinterprozess von Hartmetall ist sehr komplex, und bei mangelnder Aufmerksamkeit entsteht leicht Sinterausschuss.

Was ist also der Grund für Sinterausschuss bei Hartmetalllegierungen?

1. Der erste Sinterfehler bei Hartmetall ist das Abblättern, also dass die Oberfläche des Hartmetalls entlang von Rissen an den Kanten, der Schale oder im Material abblättert; in schweren Fällen entstehen kleine, dünne, fischschuppenartige Häute, Risse und sogar Pulverbildung. Das Abblättern wird hauptsächlich durch die Benetzungswirkung von Kobalt im Pressling verursacht: Kohlenstoffhaltiges Gas zersetzt darin freien Kohlenstoff, wodurch die lokale Festigkeit des Presslings abnimmt und Abblätterungen entstehen.

2. Die zweithäufigste Pore in Sinterausschuss von Hartmetall sind Poren. Poren mit einer Größe von mehr als 40 Mikrometern werden als Poren bezeichnet. Faktoren, die Blasenbildung verursachen können, können zur Bildung von Poren führen. Außerdem können sich Poren bilden, wenn sich im Sinterkörper Verunreinigungen befinden, die vom geschmolzenen Metall nicht benetzt werden, beispielsweise große Poren aufgrund von „nicht ausreichend verdichtet“, oder wenn im Sinterkörper eine starke Entmischung der festen und der flüssigen Phase vorliegt.

3. Die dritthäufigste Pore in Sinterausschuss von Hartmetall ist die Blasenbildung. In Hartmetallprodukten befinden sich Poren, und an den entsprechenden Stellen erscheinen konvex gekrümmte Oberflächen. Dieses Phänomen wird als Blasenbildung bezeichnet.
Der Hauptgrund für das Auftreten von Blasen ist, dass sich im Sinterkörper relativ konzentriert Gas befindet. Üblicherweise gibt es zwei Arten: Zum einen sammelt sich Luft im Sinterkörper und bewegt sich während des Sinterschrumpfungsprozesses vom Inneren zur Oberfläche. Befinden sich im Sinterkörper Verunreinigungen einer bestimmten Größe, wie Legierungsreste, Eisenspäne oder Kobaltspäne, konzentriert sich die Luft dort. Wenn im Sinterkörper die flüssige Phase auftritt und dieser verdichtet wird, kann die Luft nicht entweichen, und an der Oberfläche des Sinterkörpers bildet sich an der Stelle mit dem geringsten Widerstand eine Blase.
Der zweite Grund ist, dass im Sinterkörper eine chemische Reaktion stattfindet, bei der eine große Menge Gas entsteht. Wenn sich im Sinterkörper bestimmte Oxide befinden, werden diese erst reduziert und erzeugen Gas, nachdem die flüssige Phase aufgetreten ist, wodurch das Produkt Blasen bildet; bei WC-Co-Legierungen wird dies im Allgemeinen durch die Ansammlung von Oxiden im Gemisch verursacht.

4. Ungleichmäßiges Gefüge: Mischen

5. Verformung Die unregelmäßige Formänderung des Sinterkörpers wird als Verformung bezeichnet. Die Hauptursachen der Verformung sind: ungleichmäßige Dichteverteilung des Presslings, da die Dichte der fertigen Legierung gleich ist; ausgeprägter lokaler Kohlenstoffmangel im Sinterkörper, da der Kohlenstoffmangel den Anteil der Flüssigphase relativ verringert; unsachgemäße Beladung; ungleichmäßige Unterlage.

6. Der Bereich mit lockerem Gefüge auf dem Bruch des Hartmetalls mit schwarzem Herzen wird als schwarzes Herz bezeichnet. Hauptursachen: zu niedriger Kohlenstoffgehalt und ein unangemessen hoher Kohlenstoffgehalt. Alle Faktoren, die den Kohlenstoffgehalt des Sinterkörpers beeinflussen, wirken sich auf die Bildung eines schwarzen Herzens aus.

7. Risse sind ebenfalls ein häufiges Phänomen bei Sinterabfällen aus Hartmetall. Pressrisse: Da die Druckentspannung beim Trocknen des Presslings nicht sofort eintritt, erfolgt die elastische Rückfederung während des Sinterns schneller. Oxidationsrisse: Der Pressling wird beim Trocknen teilweise stark oxidiert, und die Wärmeausdehnung des oxidierten Bereichs unterscheidet sich von der des nicht oxidierten Bereichs.

8. Überbrennen Wenn die Sinternstemperatur zu hoch oder die Haltezeit zu lang ist, wird das Produkt überbrannt. Durch das Überbrennen des Produkts werden die Körner gröber, die Poren größer und die Leistung der Legierung nimmt deutlich ab. Der metallische Glanz untergesinterter Produkte ist nicht ausgeprägt; sie müssen lediglich erneut gebrannt werden.

Lösung

Abblättern: Verbessern Sie den Misch- und Pressprozess des Presslings, um eine gleichmäßige Verteilung von Kobalt und Kohlenstoff sicherzustellen.
Poren: Verringern Sie den Eintrag von Verunreinigungen und vermeiden Sie durch die Optimierung der Rohstoffreinheit und des Sinterprozesses eine Entmischung von Fest- und Flüssigphase.
Blasen: Verbessern Sie den Sinterprozess, beispielsweise durch Vakuumsintern oder die Kontrolle von Reaktionen zur Gasbildung, um Gasansammlungen zu verringern.
Verformung: Sorgen Sie für eine gleichmäßige Dichteverteilung des Presslings und konstruieren Sie Schiffchen und Unterlagen zweckmäßig, um lokalen Kohlenstoffmangel zu vermeiden.
Schwarzes Herz: Kontrollieren Sie den Kohlenstoffgehalt genau und stellen Sie sicher, dass er innerhalb des geeigneten Bereichs liegt.
Risse: Optimieren Sie den Trocknungsprozess des Presslings, reduzieren Sie die Oxidation und sorgen Sie während des Sinterns für eine gleichmäßige Druckverteilung.

Weitere Aspekte beim Sintern von Legierungen

Sinternstemperatur und -zeit: Kontrollieren Sie Sinternstemperatur und -zeit streng, um Überbrennen oder Durchbrennen zu vermeiden.
Reinheit der Rohstoffe: Verwenden Sie hochreine Rohstoffe, um den Einfluss von Verunreinigungen auf den Sinterprozess zu verringern.
Sinteranlagen: Warten Sie die Sinteranlagen regelmäßig, um ihren normalen Betrieb sicherzustellen und durch Anlagenfehler verursachte Sinterfehler zu vermeiden.