Dependiendo de los requisitos para el producto final, el tratamiento térmico se lleva a cabo por varios métodos.
Procesos de secado utilizado en la producción de productos intermedios finales en forma de gránulos, briquetas, así como para la deshidratación de soluciones, lodos y suspensiones; por posterior secado, cocción o sinterización del material granulado o conformado, se obtiene el producto final. En estos casos, los patrones de transferencia de calor y masa son los mismos que durante el proceso principal. procesos tecnológicos secado en industria química y en la producción de materiales de construcción.
EN proceso de sinterización aglomerados y piezas moldeadas, las partículas de polvo se combinan en un cuerpo sólido policristalino monolítico con propiedades cercanas a las de un material compacto. El proceso de tratamiento térmico consta de dos etapas.
La primera etapa, la eliminación del aglutinante tecnológico, ocurre a las temperaturas de evaporación y fusión del aglutinante y termina a la temperatura a la que las partículas de polvo comienzan a sinterizarse. La segunda etapa, la sinterización, comienza a una temperatura correspondiente a la adhesión mutua de las partículas entre sí, y continúa hasta la temperatura de obtención de un cuerpo monolítico, que es aproximadamente 0,8 de la temperatura de fusión del material cerámico. El modo de cocción se selecciona en función de la distribución química y del tamaño de las partículas de la carga de los desechos, el método de moldeado o prensado, así como el tamaño y el tipo de producto.
Durante la sinterización, la carga inicial (moldeada o prensada) es un sistema disperso termodinámicamente inestable con una gran reserva de energía libre.
El proceso de sinterización se puede dividir condicionalmente en tres etapas.
En la primera etapa, la fuerza motriz es el exceso de energía superficial libre de partículas finas, que tiende a comprimir la pieza debido a la presión que surge y reduce su superficie libre. Las partículas se deslizan a lo largo de los límites del grano, lo que conduce a la compactación de la pieza de trabajo y su contracción.
En la segunda etapa, las partículas se hornean en los puntos de contacto creados en la primera etapa. Durante la cocción, los contactos entre las partículas se expanden y la forma y el tamaño de los poros cambian continuamente. La cinética de este proceso está determinada por la velocidad del flujo viscoso del medio en el que se encuentran los poros. En esta etapa, el flujo viscoso del medio está determinado por el mecanismo de difusión superficial de los átomos sobre las superficies de las partículas de sinterización hacia la región del istmo de contacto.
En la tercera etapa, solo quedan poros aislados cerrados en el cuerpo de sinterización, y solo es posible una mayor compactación reduciendo su número y volumen (proceso de curación). La etapa final de la sinterización es la más larga.
proceso de pirólisis encuentra aplicación en el procesamiento de residuos de madera, plásticos, productos de caucho, RSU y lodos de refinación de petróleo y es un proceso de descomposición de residuos de madera, otros materiales vegetales cuando se calientan a una temperatura de 450-1050 ° C sin acceso de aire. En este caso, se forman productos gaseosos y líquidos, así como carbón sólido.
resto nativo ( carbón en el procesamiento de madera, negro de humo en el reciclaje de neumáticos).
Según la temperatura de calentamiento, las plantas de pirólisis se dividen en de baja temperatura (450-500 °C), caracterizadas por una mínima producción de gases, una máxima cantidad de resinas, aceites y residuos sólidos; temperatura media (hasta 800 °C) con mayor rendimiento de gas de pirólisis y menor rendimiento de resinas y aceites; alta temperatura (superior a 800 °C) con un máximo rendimiento de gases y un mínimo de productos resinosos.
Las altas temperaturas intensifican la eliminación de residuos. La velocidad de las reacciones aumenta exponencialmente con el aumento de la temperatura, mientras que las pérdidas de calor aumentan linealmente. En este caso, se produce un rendimiento más completo de productos volátiles y se reduce el volumen del residuo sólido resultante. Durante la pirólisis, el rango de temperatura de 1050-1400 °C no es deseable, ya que conduce a la formación de escorias, especialmente en los RSU.
El proceso de pirólisis se lleva a cabo en hornos de operación periódica o continua de varios diseños (cámara, túnel, pozo, con capas móviles) con calentamiento externo e interno. En la etapa inicial, con un aumento de temperatura, ocurren procesos endotérmicos. Cuando la madera u otros desechos vegetales se calientan a 150 °C, se elimina la humedad y, a temperaturas de 170-270 °C, se forman gases CO y CO 2 y pequeñas cantidades de alcohol metílico y ácido acético. A 270-280 °C comienzan las transformaciones exotérmicas. Disminuye la salida de gases no condensables, como CO y CO 2 , y al mismo tiempo la salida de otras sustancias gaseosas y vaporosas (CH 4 , C 2 H 4 , H 2 ), así como alcohol metílico y ácido acético , aumenta. La velocidad del proceso se ve afectada por el tamaño de los residuos procesados, su humedad y temperatura.
Los gases que salen del horno se enfrían y liberan valiosos componentes de ellos. El carbón resultante se utiliza en la producción de carbones activos, polvos negros y otros procesos.
alta tecnología y proceso dificil, que requiere equipo especial y herramientas especiales. Esto se debe al hecho de que tales aleaciones tienen una alta elasticidad y resistencia y, por lo tanto, resisten fuertemente el corte, la perforación, el esmerilado y otros mecanizados. Al mismo tiempo, la calidad del proceso correspondiente depende en gran medida de las características del metal y de la correcta selección de la herramienta de corte.
Características de carburo
Los metales difíciles de cortar incluyen aceros y aleaciones resistentes al calor e inoxidables. Estos materiales son una solución sólida de la clase austenítica, por lo que tienen cualidades tales como una alta resistencia a la corrosión, la capacidad de trabajar en un estado tensionado durante mucho tiempo y la resistencia a la destrucción química. Además, algunos tipos de estos metales tienen una estructura muy dispersa. Debido a esto, el proceso de deslizamiento prácticamente no ocurre.
El procesamiento también es complicado por las siguientes razones:
- al cortar, el material se endurece;
- las aleaciones de esta naturaleza tienen una baja conductividad térmica y, por lo tanto, la parte de contacto de la pieza de trabajo y la herramienta comienzan a agarrotarse;
- la fuerza original se conserva incluso a muy alta temperatura;
- la alta capacidad de abrasión de las aleaciones conduce a la formación de inclusiones que afectan negativamente a la herramienta;
- la resistencia a la vibración de los metales está determinada por el flujo desigual del proceso de corte, lo que significa que no funcionará para obtener la calidad de procesamiento deseada.
Selección de herramientas
Para evitar todos los problemas descritos anteriormente y llevar a cabo un procesamiento de alta calidad de aleaciones duras, primero es necesario elegir la herramienta adecuada. Debe estar hecho de un metal que tenga mejores propiedades de corte que la pieza de trabajo. Al mismo tiempo, los expertos recomiendan utilizar cortadores de carburo para el pretratamiento y cortadores de alta velocidad para el acabado. Estos últimos incluyen grados de acero R14F4, R10K5F5, R9F5, R9K9.
Para la fabricación de herramientas a partir de metales duros, se utilizan tres tipos de aleaciones:
- T30K4, T15K6, VKZ - resistente al desgaste;
- T5K7, T5K10: se distinguen por su alta viscosidad;
- VK6A, VK8: son insensibles a los golpes, tienen la menor resistencia al desgaste.
Para endurecer las herramientas y mejorar su desempeño, se aplica adicionalmente la segunda capa de metal duro, cianuración, cromado y cladding.
refrigerante
La selección correcta de refrigerantes y el método de su aplicación es un proceso no menos importante si es necesario mecanizar aleaciones duras. Para perforar, los expertos recomiendan usar materiales a base de minerales. Aumentan especialmente la productividad cuando se trabaja con titanio, que es muy difícil de trabajar. Para tornear aceros aleados, los refrigerantes semisintéticos son adecuados, para bruñir y moler hierro fundido, un fluido sin aceites minerales. También hay materiales universales que son muy beneficiosos si la naturaleza del procesamiento de metales cambia constantemente.
Se considera que la forma más óptima de suministrar refrigerante cuando se trabaja con metales duros es a alta presión, en la que el líquido se suministra en una corriente delgada a la pared posterior de la herramienta. Igualmente efectivos son la atomización líquida y el enfriamiento con dióxido de carbono. Todo esto permite aumentar la vida útil de la herramienta y mejorar la calidad del procesamiento.
requisitos del equipo
Los equipos para trabajar metales duros son muy diferentes de las máquinas herramienta estándar. Estos modelos son diferentes:
- mayor rigidez de todos los mecanismos;
- resistencia de vibracion;
- Alto Voltaje;
- la presencia de canales para la eliminación de virutas;
- lugares de aterrizaje especiales para fijar una herramienta corta.
Los metales duros y las aleaciones son materiales resistentes al desgaste que pueden mantener sus características a temperaturas elevadas (900-1100 grados). Han sido conocidos por el hombre durante más de cien años.
características generales
Las aleaciones duras se fabrican principalmente a base de cromo, tantalio, titanio, tungsteno con la adición de varias cantidades de níquel o cobalto. En la producción, se utilizan carburos duraderos que no están sujetos a descomposición y disolución a altas temperaturas. El metal duro se puede fundir o sinterizar. Los carburos son frágiles. En este sentido, para formar un material sólido, sus granos se unen con metales adecuados. Estos últimos son hierro, cobalto, níquel.
Conexiones fundidas
La herramienta de carburo obtenida por este método se caracteriza por una alta resistencia a la abrasión por el material de la pieza de trabajo y las virutas descendentes. No pierden sus características a una temperatura de calentamiento de 750 a 1100 grados. Se ha descubierto que los productos hechos por fusión o fundición con la adición de un kilogramo de tungsteno pueden procesar cinco veces más material que los objetos de acero de alta velocidad con el mismo contenido de W. Una de las desventajas de tales compuestos es su fragilidad. Con una disminución en la proporción de cobalto en la composición, aumenta. La velocidad que tienen los cortadores de carburo es 3-4 veces mayor que la del acero.
Materiales sinterizados
Incluyen una junta similar a un metal unida por una aleación o metal. Como base, por regla general, se utiliza titanio o carburo de tungsteno (incluido el complejo), así como tantalio, carbonato de titanio. Con menos frecuencia, los boruros se utilizan en la fabricación. La matriz para contener los granos del material es un aglutinante, una aleación o metal. Como regla general, es cobalto. Es un elemento neutro en carbono. El cobalto no forma sus propios carburos y no destruye otros. Con menos frecuencia, el níquel y su combinación con molibdeno se usan en un paquete.
Características comparativas
Los materiales sinterizados se obtienen por el método del polvo. El procesamiento de aleaciones duras de este tipo se lleva a cabo solo por trituración o por métodos físicos y químicos (láser, grabado en ácidos, ultrasonido, etc.). Los productos fundidos están sujetos a endurecimiento, recocido, envejecimiento, etc. Están diseñados para el recargue de herramientas. Los materiales en polvo se unen mediante soldadura o mecánicamente.
Clasificación
Depende del contenido de carburos de cobalto, tantalio, tungsteno y titanio. En este sentido, los materiales en consideración se dividen en tres grupos. Al designar marcas de compuestos, se utilizan letras:
- Carburo de tungsteno - "B".
- Cobalto - "K".
- Carburo de titanio: la primera "T".
- El carburo de tantalio es la segunda "T".
Los números después de las letras indican el porcentaje aproximado de componentes. El resto del compuesto (hasta el 100%) es carburo de tungsteno. Las letras indicadas al final indican la granularidad de la estructura: "B" - grande, "M" - pequeña, "OM" - extra fina. La industria produce aleaciones duras grados VK (tungsteno), TTK (titanio-tantalio-tungsteno) y TK (titanio-tungsteno).
Características
Las principales propiedades de las aleaciones duras son su alta resistencia y resistencia al desgaste. Al mismo tiempo, los materiales considerados se caracterizan por una menor viscosidad y conductividad térmica en comparación con el acero. Esto debe tenerse en cuenta al utilizar los productos. Al elegir una aleación dura, debe cumplir con una serie de recomendaciones:
- Los productos de tungsteno, en comparación con los productos de titanio y tungsteno, se distinguen por una temperatura más baja de soldabilidad con acero. En este sentido, se utilizan para trabajar con hierro fundido, metales no ferrosos y materiales no metálicos.
- Para el acero, es recomendable utilizar compuestos del grupo TC.
- El TTK de grado de carburo ha aumentado la tenacidad y la precisión. Se utiliza para trabajar con aceros forjados, fundiciones en condiciones adversas.
- Las fresas de metal duro con una estructura de grano fino y un bajo contenido de cobalto proporcionan un torneado fino y fino con una sección de viruta pequeña.
- En condiciones adversas y trabajos duros con materiales con carga de impacto, es recomendable utilizar compuestos con alto contenido en cobalto. Al mismo tiempo, deben tener una estructura de grano grueso.
- Los acabados y desbaste en el proceso de corte continuo se realizan principalmente con compuestos con un porcentaje medio de cobalto.
Materiales en polvo
Están representados por dos grupos: que contienen y no contienen tungsteno. En el primer caso, la aleación dura se presenta en forma de mezcla de W técnico en polvo y ferrotungsteno con componentes carburizantes. Fue hecho en la URSS. Esta aleación dura se llama "vokar". El proceso de fabricación del material es el siguiente:
- El alto porcentaje de ferrotungsteno y W técnico en polvo se mezclan con coque molido, negro de carbón y otros componentes similares.
- La masa resultante se amasa sobre jarabe de azúcar o resina hasta obtener una pasta espesa.
- La mezcla se prensa en briquetas, que se cuecen ligeramente. Esto es necesario para eliminar los compuestos volátiles.
- Después de la cocción, las briquetas se trituran y tamizan.
El material acabado tiene así la apariencia de granos negros quebradizos. Su tamaño es de 1-3 mm. Rasgo distintivo de tales materiales es su gran densidad aparente.
estalinita
Esta aleación dura no contiene tungsteno, lo que la convierte en un material de bajo costo. También fue inventado en años soviéticos y es ampliamente utilizado en la industria. Como ha demostrado la práctica, a pesar de que esta aleación dura no contiene tungsteno, tiene un alto características mecánicas, en la mayoría de los casos satisfactoria requerimientos técnicos. Stalinite tiene ventajas significativas sobre los materiales de tungsteno. En primer lugar, es un punto de fusión bajo (1300-1350 grados). Los materiales de tungsteno solo cambian de 2700 grados. La temperatura de fusión de 1300-1350 grados facilita en gran medida la superficie, aumenta su productividad. Una mezcla de ferroaleaciones en polvo baratas, ferromanganeso y ferrocromo se utiliza como base de estalinita. La producción de este material es similar al proceso de producción de compuestos de tungsteno. Stalinite contiene 16-20% de cromo, 13-17% de manganeso.
Solicitud
En la industria moderna, las aleaciones duras son ampliamente utilizadas. Al mismo tiempo, los materiales se mejoran constantemente. El desarrollo de este sector productivo se lleva a cabo en dos direcciones. En primer lugar, se mejoran las composiciones de las aleaciones, se mejora la tecnología de su fabricación. Además, se están introduciendo métodos innovadores para aplicar compuestos a los productos. Las herramientas de carburo contribuyen a un aumento significativo de la productividad laboral. Esto está garantizado por la alta resistencia al desgaste y la resistencia al calor de los productos. Tales características le permiten trabajar a velocidades de 3 a 5 veces más altas que para el acero. Tales ventajas, por ejemplo, tienen rebabas modernas. Los materiales de carburo fabricados con tecnologías avanzadas (métodos electroquímicos y electrofísicos), incluido el uso de piezas diamantadas, son hoy en día uno de los más demandados en la industria.
Desarrollos
Hoy en día, se están realizando diversos estudios en la industria nacional, incluido un análisis profundo de la posibilidad de mejorar las características de las aleaciones duras. Se refieren principalmente a la granulometría y composición química materiales
Como ejemplo bastante exitoso en los últimos años, se pueden citar los compuestos del grupo TSN. Estas aleaciones están especialmente diseñadas para unidades de fricción que operan en un entorno ácido agresivo. Este grupo continúa desarrollando nuevos compuestos en el grupo VN propuesto por el NIITS de toda Rusia.
Durante la investigación, se encontró que con una disminución en el tamaño de grano de la fase de carburo, características como la resistencia y la dureza de las aleaciones aumentan significativamente. El uso de tecnologías de regulación y reducción por plasma de la granulometría permite hoy en día producir materiales con un tamaño de fracción inferior a una micra. Las aleaciones de la marca TSN se utilizan ampliamente hoy en día en la producción de conjuntos de bombas de petróleo y gas y productos químicos.
industria rusa
Una de las empresas líderes en el campo de la producción y el desarrollo científico es la planta de aleación dura de Kirovograd. KZTS tiene una amplia experiencia propia sobre la introducción de tecnologías innovadoras en la producción. Esto le permite tomar las primeras posiciones en el mercado industrial de Rusia. La empresa se especializa en la producción de herramientas y productos de aleación dura sinterizados, polvos metálicos. La cuestión se ha establecido desde enero de 1942. A fines de la década de 1990, la empresa se modernizó. En los últimos años, la planta de aleaciones duras de Kirovograd ha centrado sus actividades en la producción de plaquitas indexables multicapa resistentes al desgaste multifacéticas mejoradas. La empresa también está desarrollando nuevas composiciones sin tungsteno.
Conclusión
Muchas experiencias positivas empresas industriales sugiere que, en un futuro cercano, las aleaciones sin tungsteno no solo serán aún más populares, sino que también podrán reemplazar otros materiales utilizados para la producción de productos de estampado y corte, elementos de máquinas que funcionan en condiciones difíciles, accesorios y herramientas. Hoy en día, ya se ha creado todo un grupo de compuestos a base de carbonitruro y carburo de titanio. Se utilizan en muchas áreas industriales. Extendido, en particular, aleaciones duras TV4, LCK20, KTN16, TN50, TN20. Los nuevos desarrollos incluyen materiales de los grupos TaC de tantalio, NbC de niobio, HfC de hafnio y TiC de titanio. El lanzamiento de herramientas que utilizan estas aleaciones permite reemplazar el tungsteno con aditivos relativamente baratos, ampliando así la gama de materias primas utilizadas. Esto, a su vez, asegura la producción de productos con propiedades específicas y mayor rendimiento.
