JP2022531176A - インサイチューで製造され、炭化タングステンで強化された合金基の複合材料とその製造方法 - Google Patents
インサイチューで製造され、炭化タングステンで強化された合金基の複合材料とその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022531176A JP2022531176A JP2021564242A JP2021564242A JP2022531176A JP 2022531176 A JP2022531176 A JP 2022531176A JP 2021564242 A JP2021564242 A JP 2021564242A JP 2021564242 A JP2021564242 A JP 2021564242A JP 2022531176 A JP2022531176 A JP 2022531176A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tungsten carbide
- alloy
- composite material
- composite
- cast
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 149
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 97
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 97
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 89
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 64
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 46
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 60
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 56
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 54
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 31
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 28
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 23
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 15
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 10
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 10
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 4
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims description 3
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 74
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 41
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 10
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 10
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 7
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 7
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 7
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- UDKYUQZDRMRDOR-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W][W] UDKYUQZDRMRDOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 238000009702 powder compression Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- OFEAOSSMQHGXMM-UHFFFAOYSA-N 12007-10-2 Chemical compound [W].[W]=[B] OFEAOSSMQHGXMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004819 Drying adhesive Substances 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 102000005877 Peptide Initiation Factors Human genes 0.000 description 1
- 108010044843 Peptide Initiation Factors Proteins 0.000 description 1
- 244000269722 Thea sinensis Species 0.000 description 1
- 238000004125 X-ray microanalysis Methods 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/02—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making reinforced articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
- C22C1/1057—Reactive infiltration
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
Abstract
Description
a)特に微結晶粉末またはナノ粒子凝集体または高タングステン含有量の他のキャリアの形態の、タングステン粉末と、
b)特にグラファイトまたは高炭素含有量の他のキャリアまたはそれらの混合物の形態の、炭素粉末と、
c)SiCを除く、自己伝播高温合成反応に供せられる、WCまたはホウ化物以外の炭素形成反応の基材の形態の触媒、特にTiC、MoC、NbC、ZrC、VC、TaC、TaB、TiB2、またはそれらの混合物とを含む、本発明に係る複合材料の製造のための粉末の混合物も含む。
a)金型キャビティまたはコア、特に砂コアを、本発明に係る粉末とキャリアの混合物を含む反応性液体キャストコーティングでコーティングするステージと、
b)特に100℃以上の温度で、乾燥させるステージと、
c)合金、特に鉄基合金を鋳造型キャビティに注ぐステージとを含み、高温の形態で液体合金によって供給される熱が、炭化タングステン、または自己伝播高温合成反応にさらされ、炭化タングステン合成反応の触媒となる他のタイプの炭化物を添加した炭化タングステンの少なくとも1つのタイプの形態でセラミックス相のインサイチュー反応を開始するのに必要なエネルギーを提供する、複合層の形態で複合材料を製造する方法でもある。
本発明に係る粉末混合物を調製するステージと、
異なる形態、好ましくは顆粒、ブリケット、プリフォーム、または成形体を有し得る、鋳造パッドの形態に粉末混合物をプレスするステージと、
取り付け要素を使用して、鋳造型キャビティ内に少なくとも1つの鋳造成形体を挿入するステージと、
合金、特に鉄基合金を鋳造型キャビティに注ぐステージとを含み、高温の形態で液体合金によって供給される熱が、炭化タングステン、または自己伝播高温合成反応にさらされ、炭化タングステン合成反応の触媒となる他のタイプの炭化物を添加した炭化タングステンの少なくとも1つのタイプの形態でセラミックス相のインサイチュー反応を開始するのに必要なエネルギーを提供する、複合ゾーンの形態で複合材料を製造する方法でもある。
一実施形態によれば、ポンプボディ4の鋳造物またはティーセクションを製造するための鋳造型のコア1は、図2aおよび図2cに示されるように、噴霧器3を使用して反応性コーティング2でコーティングされる。その結果、ポンプボディ4の鋳造物またはティーセクションは、図3に示すように、1つは合金で満たされた不規則な領域、円形の領域、楕円形の領域を含む粒子の内部部分と、もう1つは合金6で満たされた領域を除いた粒子の外部部分との2つの形態からなるファセット炭化タングステン6の目に見える形態にインサイチューで作製された複合材料(図2b、図2d)を含む層5を有する。コーティングを製造するプロセスの図を図19aに示す。
複合材料の層を備えた耐摩耗性鋳造物の例では、コーティングは、約5μmの粒子サイズのタングステン粉末と5μm未満の粒子サイズのグラファイト粉末とを混合することによって作製される。粉末の混合物は、96重量%のタングステンと4重量%のグラファイトを使用して作製された。次に、秤量した量の粉末を、キャリアおよび空気乾燥させた接着剤を表すアルコール中の樹脂の液体溶液に導入した。両方の場合におけるタングステンおよびグラファイト粉末混合物と接着剤の液体溶液との相互比は、4:1重量部であった。反応性キャストコーティング2の均一な反応一貫性を得るために、全体を混合させた。混合された反応性キャストコーティング2は、スプレーガン3を用いて鋳造型キャビティにスプレーすることによって塗布された。コーティング2は、少なくとも0.5g/cm2の表面密度が得られるまで層状に塗布された。次に、金型を組み立て、主な合金元素の含有量が1.3%C、0.6%Si、12.2%Mn、残りがFeのマンガン鋳鋼組成の液体合金で充填した。
WCで強化されたインサイチュー複合層5を製造するために、CO2を吹き付けた石英砂および水ガラスをベースにして、鋳造型1の砂コアを調製した。鋳造型1のキャビティは、反応性キャストコーティング2でコーティングされた。コーティング2は、粒子サイズ5μmのタングステン粉末と粒子サイズ約5μmのグラファイト粉末を混合することによって作られている。粉末の混合物は、94重量%のタングステンと6重量%のグラファイトを使用して作製された。次に、粉末は、キャリアおよび空気乾燥された接着剤を表すアルコール中のコロホニーの液体溶液に導入された。タングステンおよびグラファイトの粉末混合物と液体接着剤との相互比は4:1重量部であった。反応性キャストコーティング2の均一な反応一貫性を得るために、全体を混合させた。混合された反応性キャストコーティング2は、スプレーガン3でスプレーすることによって塗布された。コーティング2は、面密度0.29g/cm2または0.4g/cm2が得られるまで層状に塗布された。次に、アルコールと水分の残留物を除去するために鋳造型のキャビティを乾燥させ、続いて約1400℃の温度で液体合金を充填した。結晶化プロセス後の鋳造物は、フレークグラファイトを含むねずみ鋳鉄のミクロ組織を有していたが、複合層の領域内に、2つの異なる領域から形成された構造を有するインサイチュー結晶6および/またはWC粒子が形成された。領域のうちの一方は、結晶6またはWC粒子の内部部分内にあり、金属基合金で満たされた楕円形に類似した形状のマイクロ領域7を含み、他方の領域は、合金で満たされた楕円形のマイクロ領域を除いたそれを取り囲むリム8である。選択された拡大領域を含む層の断面が図5に示されている。強化相のシェアを評価するために、ミクロ組織内で特定された相、つまり、複合層のマトリックスを表すフレークグラファイトと基材合金、および強化相を表す炭化タングステンの表面領域含有量を決定した。表面シェアが決定された例示的なミクロ組織と得られた結果を図6に示す。この場合の炭化タングステンの表面シェアは25%、マトリックスの表面シェアは70%であり、残りは、鋳造物の製造に使用される基材合金の成分であるグラファイトである。さらに、炭化タングステンの平均粒子サイズが推定され、直角に交差する対角線の2つの測定値の平均として決定された。結果は、0.5~6μmの分布で最初の分布の最大値を達成し、7~30μmの分布で他方の最大値を達成する、複合層内の炭化タングステンのバイモーダルサイズ分布を示す。結果は、図7に示されるように、ヒストグラムの形式で示される。
激しい摩耗を受けるポンプボディ4の内層を製造するために、タングステンおよび炭化チタンなどのセラミックス相粒子で強化された複合材料を含む層5が、金型コア1に調製された。反応性キャストコーティング2が、石英砂および水ガラスで作られたコア1の表面に直接塗布され、CO2が吹き付けられた。コーティング2は、80重量%の炭化タングステンを形成する反応基材と20重量%の炭化チタンを形成する反応基材との混合に基づいて作製された。炭化タングステンを形成する反応基材の粉末の混合物は、94:6重量%に等しい重量比W:Cで作製された。TiCを形成する反応基材は、55:45%に等しいTi:Cの原子比で調製された。この場合、次の粉末:粒子サイズ約4.5μmの微結晶形態のタングステン、粒子サイズ44μmの海綿状形態のチタン、および粒子サイズ5μm未満のフレーク形態のグラファイトが使用された。調製された粉末の混合物は、キャリアおよび空気乾燥された接着剤を表すエチルアルコール中のコロホニー樹脂の液体溶液に導入された。タングステン粉末およびグラファイト粉末と液体接着剤との相互比は4:1重量部であった。キャストコーティングは、600gの粉末混合物と150gの溶液に基づいて調製された。反応性キャストコーティング2の均一な反応一貫性を得るために、全体を混合させた。混合された反応性キャストコーティング2は、スプレーガン3でスプレーすることによって塗布された。次に、コア1は、塗布された反応性キャストコーティング2と共に、アルコールおよび水分の残留物を除去するために、100℃を超える温度で乾燥された。コア1を鋳造型キャビティ内部に設置し、その後、金型を組み立てて液体合金を充填した。鋳造物4は、結晶化プロセス後、フレークグラファイトを含むねずみ鋳鉄のミクロ組織を有していたが、複合層5の領域内で、タングステンと炭化チタンのインサイチュー粒子が形成された(図9)。得られたミクロ組織を使用して、生成されたインサイチュー複合層のミクロ組織を表す個々の相の表面シェアを決定した。マトリックスと複合層の領域内に存在する相の分割を考慮した結果を図10に示す。ミクロ組織内のTiCの非ファセット粒子の存在は、純TiC形成反応基材のパーセンテージシェアの追加を示す。ビッカース法(HV1)を使用して、基材合金と複合層の領域内で1kG、つまり9.81Nの荷重下で実行された硬さ試験では、それぞれ312.3HV1と767.1HV1のレベルの値を示した。得られた結果は、インサイチューの複合層と共に作られた鋳造物の外層の硬度が2倍以上増加したことを示す。
この実施例では、炭化タングステン合成反応の過程と有効性に影響を与えるパラメータとして、複合コーティングの面密度と鋳造壁の厚さを結び付けることが目的であった。実施された観察は、96:4重量%である粉末W:Cの相互比の適用が、94:6重量%よりも不利であることを示したので、別の実験では、94:6重量%に等しいW:Cの組成を使用した。そのような組成の粉末を、キャリアおよび空気乾燥された接着剤を表すアルコール中のコロホニーの液体溶液に導入した。タングステンとグラファイトの粉末混合物と液体接着剤との相互比は4:1重量部であった。反応性キャストコーティング2の均一な反応一貫性を得るために、全体を混合させた。混合された反応性キャストコーティング2は、スプレーガン3でスプレーすることによって塗布された。
反応性成形体を使用する実施形態では、結晶/粒子の形態の少なくとも1つのタイプの炭化タングステンで強化された局所複合強化材が提供された。それを行うために、タングステンと炭素の粉末の混合物を、W:Cの質量分率が90:10重量%に等しくなるように調製した。タングステン粒子とグラファイト粒子のサイズは、それぞれ4.5μmと5μm未満であった。調製して秤量した粉末を60分間混合した後、175℃の温度で乾燥させて、吸収した水分を蒸発させた。調製して秤量した量の所定の重量の粉末は、冷間一軸圧縮を使用して500MPaの圧力下でプレスされた。調製した反応性鋳造パッドを鋳造型に挿入し、ボルトを用いて所定の位置に固定した。次に、鋳鉄基合金-0.28%C、1.85%Cr、0.6%Mn、1.58%Si、および残りがFe(GS30)を含む鋳鋼を温度1580℃で充填した。タングステンと炭化物の間の反応は、液体鋳造合金を介して熱エネルギーを供給することによって開始される。合成反応により、複合ゾーンは、少なくとも1種類の炭化タングステンの粒子/結晶で強化されて形成された。鋳造のコアは、結晶化プロセス後、所与のグレードの鋳鋼に特徴的なミクロ組織を有していたが、インサイチュー結晶は鋳造パッド領域内に形成される。結晶6および/または粒子は、2つの異なる領域で構成される形態を有する。図13bに示されるように、領域のうちの一方は、炭化タングステンの結晶6および/または粒子の内部部分内にあり、金属基合金で満たされた楕円形に類似した形状のマイクロ領域7を含み、他方の領域は、合金で満たされた楕円形のマイクロ領域が無い、それを取り囲む薄いリム8である。
実施例6と同様の別の実験を行ったが、タングステン粉末とグラファイト粉末の質量分率は94:6重量%であり、充填温度は1560℃であり、プレス圧力は500MPaであった。鋳造型内での合成反応後、約74%に達する最大レベルで強化相の体積が得られた(図14)。図15に示されるように、複合ゾーン領域のミクロ組織は、図13bに示される特徴的な形態の炭化タングステンWCおよび炭化物タイプのW2Fe2Cの存在によって特徴付けることができる。化学組成を検証するために、エネルギー分散型X線微量分析を使用してテストを実行した。一般に認められた研究方法の場合、炭素の質量分率は、定量的ではなく、定性的にのみ処理される必要がある。個々の項目の測定結果を表2に示す。製造された鋳造物の重さは、約1.5kgであった。
このケースでは、目的は、スラブ鋳造物内に局所的な複合補強部を形成することであった。それを行うために、450MPaの圧力下でプレスされたWC試薬を含む粉末の混合物が調製された。混合物の化学組成は、パーセンテージシェアW:Cが94:6重量%となるように調製された。スラブの寸法は300mm、厚さは約30mm、幅は75mmであった。厚さ5mmの鋳造パッドは、設置システムを表す金属要素を使用して、鋳造型キャビティ内で摩耗が最も大きい場所に設置された。WC合成反応を開始するために、準備の整った鋳造型キャビティにマンガン含有量の高い合金鋳鋼を充填した。その結果、Fe基の複合ゾーンで局所的に強化されたスラブ鋳造物が得られた。
Claims (15)
- 結晶および/または粒子の形態の炭化タングステンで強化された、インサイチューで製造された合金、特に鋳鉄基合金を基材にした複合材料であって、前記複合材料の複合層および/または複合ゾーン内のミクロ組織は、均一な巨視的および微視的に分布する炭化タングステンのファセット結晶(6)および/またはファセット粒子を含み、前記炭化タングステンの結晶(6)および/または粒子は、金属基合金で満たされている不規則なおよび/または円形のおよび/または楕円形のナノおよび/またはマイクロ領域を含むことを特徴とする、複合材料。
- 金属基合金で満たされている前記不規則なおよび/または楕円形のおよび/または円形のナノおよび/またはマイクロゾーン(7)は、前記炭化タングステンの結晶(6)および/または粒子の内部部分内に位置し、壁部の近くの外部部分内では、それらの構造は均一であり(8)、前記結晶(6)および/または粒子は液体合金内においてインサイチューで形成され、マトリックス内に存在し、前記マトリックスは、前記合金結晶化プロセスの後に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の複合材料。
- 少なくとも1つのタイプの炭化タングステンの体積は、15~90体積%、好ましくは25~75体積%であることを特徴とする、請求項1または2に記載の複合材料。
- 炭化タングステンの粒子および/または結晶(10)のサイズは、好ましくは0.5~30μmの間であることを特徴とする、請求項1または2に記載の複合材料。
- 炭化タングステンの結晶(6)の領域内で、金属または合金で満たされた領域のサイズが0.1~4.5μmであることを特徴とする、請求項1または2に記載の複合材料。
- SiCを除く、自己伝播高温合成反応に供せらされる追加のタイプの炭化物またはホウ化物、特にTiC、MoC、NbC、ZrC、VC、TaC、TaB、TiB2又はそれらの混合物を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の複合材料。
- 請求項1~5に記載の複合材料を製造するための粉末の混合物であって、90~97重量%の範囲内のタングステンと、3~10重量%の範囲内の炭素、特に高純度炭素またはその高含有量の他のキャリアまたはそれらの混合物の形態の炭素とを含み、好ましくは93~95重量%の範囲内のタングステンと、5~7重量%の範囲内の炭素とを含み、好ましくは約94重量%の量のタングステンと、約6重量%の量のグラファイトの形態の炭素とを含むことを特徴とする、粉末の混合物。
- 請求項6に記載の摩耗部品の複合層またはゾーンに炭化タングステンを含む複合材料を製造するための粉末の混合物であって、
a.特に微結晶粉末またはナノ粒子凝集体または高タングステン含有量の他のキャリアの形態の、タングステン粉末と、
b.特にグラファイトまたは高炭素含有量の他のキャリアまたはそれらの混合物の形態の、炭素粉末と、
c.SiCを除く、自己伝播高温合成反応に供せられる、WCまたはホウ化物以外の炭素形成反応の基材の形態の触媒、特にTiC、MoC、NbC、ZrC、VC、TaC、TaB、TiB2、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする、粉末の混合物。 - 複合層の形態で、請求項1~6のいずれか一項に記載の複合材料を製造する方法であって、
a)金型キャビティまたはコア、特に砂コアを、請求項7または8に記載の粉末とキャリアの混合物を含む液体反応性キャストコーティング(2)で覆うステップと、
b)特に100℃以上の温度で、乾燥させるステップと、
c)合金、特に鉄基合金を前記金型キャビティに注ぐステップとを含み、高温の形態で液体合金によって供給される熱が、炭化タングステン、または自己伝播高温合成反応に曝され、炭化タングステン合成反応の触媒となる他のタイプの炭化物を添加した炭化タングステンの少なくとも1つのタイプの形態でセラミックス相のインサイチュー反応を開始するのに必要なエネルギーを提供する、方法。 - 前記キャリアは、ポリマーを添加した溶媒の溶液であり、好ましくは、前記溶媒は、アルコール、特にエチルアルコールであり、好ましくは、前記ポリマーは、低ガス生成ポテンシャルの樹脂、特にコロホニーであることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 前記反応性キャストコーティングの表面密度は、0.29~2g/cm2の範囲内、より好ましくは0.29~0.6g/cm2の範囲内であり、最も好ましくは0.5g/cm2であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 請求項7または8に記載の粉末の混合物の前記キャリアに対するパーセンテージ比は、6:1~1:1、好ましくは4:1であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 複合ゾーンの形態で、請求項1~6のいずれか一項に記載の複合材料を製造する方法であって、
請求項7または8に記載の粉末の混合物を調製するステップと、
異なる形態、特に顆粒、ブリケット、プリフォーム、または成形体を有し得る、鋳造型成形体の形態に前記粉末混合物をプレスするステップと、
取り付け要素を使用して、金型キャビティ内に少なくとも1つの鋳造成形体を挿入するステップと、
合金、特に鉄基合金を前記金型キャビティに注ぐステップとを含み、高温の形態で液体合金によって供給される熱が、炭化タングステン、または自己伝播高温合成反応にさらされ、炭化タングステン合成反応の触媒となる他のタイプの炭化物を添加した炭化タングステンの少なくとも1つのタイプの形態でセラミックス相のインサイチュー反応を開始するのに必要なエネルギーを提供する、方法。 - 試薬プレスの圧力が、100~650MPa、好ましくは250~600MPa、最も好ましくは460~550MPaの間であり、特に前記圧力が、圧縮法を使用して、特に冷間静水圧プレス、1軸または2軸の冷間プレスを使用して得られる圧力であることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 請求項1~6に記載の複合材料、または請求項9~14に記載の方法で得られた複合材料を含む鋳造構造要素。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/PL2019/050028 WO2020222662A1 (en) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | Composite material based on alloys, manufactured in situ, reinforced with tungsten carbide and methods of its production |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022531176A true JP2022531176A (ja) | 2022-07-06 |
JP7354289B2 JP7354289B2 (ja) | 2023-10-02 |
Family
ID=67139784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021564242A Active JP7354289B2 (ja) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | インサイチューで製造され、炭化タングステンで強化された合金基の複合材料とその製造方法 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220213581A1 (ja) |
EP (1) | EP3962683A1 (ja) |
JP (1) | JP7354289B2 (ja) |
CN (1) | CN113766984B (ja) |
AU (1) | AU2019444038B2 (ja) |
CA (1) | CA3133871A1 (ja) |
MX (1) | MX2021013172A (ja) |
PE (1) | PE20220042A1 (ja) |
WO (1) | WO2020222662A1 (ja) |
ZA (1) | ZA202108634B (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4198156A1 (en) | 2021-12-17 | 2023-06-21 | Sandvik SRP AB | Tungsten carbide reinforced manganese steel |
EP4198155A1 (en) | 2021-12-17 | 2023-06-21 | Sandvik SRP AB | Niobium carbide reinforced manganese steel |
EP4299210A1 (en) | 2022-07-01 | 2024-01-03 | Sandvik SRP AB | Tungsten carbide and titanium carbide reinforced manganese steel |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53144802A (en) * | 1977-05-23 | 1978-12-16 | Permanence Corp | Production of composite body comprising metal and metal carbide |
CN102423799A (zh) * | 2011-12-12 | 2012-04-25 | 广东新劲刚超硬材料有限公司 | 原位合成钢结硬质合金铸造复合锤头的方法及锤头 |
JP2019501026A (ja) * | 2015-11-12 | 2019-01-17 | インナーコ サパ.ザ オ.オ. | 鋳造インサート製造用の粉末組成物および鋳造物に局所複合ゾーンを得る鋳造インサートおよび方法 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4222944B2 (ja) * | 2001-12-04 | 2009-02-12 | マゴット アンテルナショナル エス.アー. | 強化された摩耗抵抗性を持つ鋳造部品 |
CN1185067C (zh) * | 2001-12-30 | 2005-01-19 | 王一三 | 具有原位内生表面金属陶瓷层的铸件及其制备方法 |
BE1018128A3 (fr) * | 2008-09-19 | 2010-05-04 | Magotteaux Int | Cone de broyage pour concasseur a compression. |
CN102274951B (zh) * | 2011-08-04 | 2013-03-06 | 广东新劲刚超硬材料有限公司 | 一种铸件表面原位合成碳化钛基硬质合金涂层的方法 |
CN102350491B (zh) * | 2011-10-26 | 2013-06-26 | 西安建筑科技大学 | 一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材制备方法 |
PL398770A1 (pl) * | 2012-04-10 | 2013-01-07 | Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanislawa Staszica | Sposób wytwarzania stref kompozytowych w odlewach |
CN103103521B (zh) * | 2013-01-24 | 2015-05-13 | 广东新劲刚新材料科技股份有限公司 | 一种强化涂层的制备方法 |
CN103302271B (zh) * | 2013-06-20 | 2015-03-04 | 辽宁工程技术大学 | 一种增强低碳合金铸钢表面层硬度及耐磨性的铸渗方法 |
WO2015100472A1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-07-09 | Weir Minerals Australia Ltd | Composite metal product |
CN104525913B (zh) * | 2014-11-18 | 2017-02-22 | 西安理工大学 | 护轨及其制备方法 |
GB2553064A (en) * | 2015-06-11 | 2018-02-21 | Halliburton Energy Services Inc | Drill bit with reinforced binder zones |
CN105297004B (zh) * | 2015-09-14 | 2018-07-03 | 温州大学 | 钨极氩弧原位合成碳化钨颗粒增强铁基熔敷层及其加工方法 |
PL414755A1 (pl) * | 2015-11-12 | 2017-05-22 | Innerco Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Sposób wytwarzania lokalnych stref kompozytowych w odlewach i wkładka odlewnicza |
CN109504889B (zh) * | 2019-01-04 | 2021-01-08 | 孙岗 | (Ti,W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺及产品 |
-
2019
- 2019-04-30 PE PE2021001774A patent/PE20220042A1/es unknown
- 2019-04-30 CA CA3133871A patent/CA3133871A1/en active Pending
- 2019-04-30 JP JP2021564242A patent/JP7354289B2/ja active Active
- 2019-04-30 EP EP19735416.0A patent/EP3962683A1/en active Pending
- 2019-04-30 US US17/606,889 patent/US20220213581A1/en active Pending
- 2019-04-30 WO PCT/PL2019/050028 patent/WO2020222662A1/en unknown
- 2019-04-30 AU AU2019444038A patent/AU2019444038B2/en active Active
- 2019-04-30 MX MX2021013172A patent/MX2021013172A/es unknown
- 2019-04-30 CN CN201980095929.8A patent/CN113766984B/zh active Active
-
2021
- 2021-11-04 ZA ZA2021/08634A patent/ZA202108634B/en unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53144802A (en) * | 1977-05-23 | 1978-12-16 | Permanence Corp | Production of composite body comprising metal and metal carbide |
CN102423799A (zh) * | 2011-12-12 | 2012-04-25 | 广东新劲刚超硬材料有限公司 | 原位合成钢结硬质合金铸造复合锤头的方法及锤头 |
JP2019501026A (ja) * | 2015-11-12 | 2019-01-17 | インナーコ サパ.ザ オ.オ. | 鋳造インサート製造用の粉末組成物および鋳造物に局所複合ゾーンを得る鋳造インサートおよび方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
MX2021013172A (es) | 2021-12-10 |
US20220213581A1 (en) | 2022-07-07 |
CA3133871A1 (en) | 2020-11-05 |
PE20220042A1 (es) | 2022-01-13 |
EP3962683A1 (en) | 2022-03-09 |
WO2020222662A1 (en) | 2020-11-05 |
CN113766984A (zh) | 2021-12-07 |
AU2019444038A1 (en) | 2021-11-11 |
BR112021021597A2 (pt) | 2021-12-21 |
JP7354289B2 (ja) | 2023-10-02 |
CN113766984B (zh) | 2023-09-22 |
ZA202108634B (en) | 2024-04-24 |
AU2019444038B2 (en) | 2022-12-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6942702B2 (ja) | 鋳造インサート製造用の粉末組成物および鋳造物に局所複合ゾーンを得る鋳造インサートおよび方法 | |
CA2743343C (en) | Composite tooth for working the ground or rocks | |
JP7354289B2 (ja) | インサイチューで製造され、炭化タングステンで強化された合金基の複合材料とその製造方法 | |
AU2009294781B2 (en) | Hierarchical composite material | |
CN108348995B (zh) | 用于制造铸造嵌件的粉末组合物、铸造嵌件以及在铸件中获得局部复合区的方法 | |
MX2011003027A (es) | Cono triturador para trituradora por compresion. | |
CN116829358A (zh) | 具有结构增强的分层复合耐磨件 | |
CN102676956B (zh) | 一种原位合成铁基表面复合材料的制备方法 | |
IE52094B1 (en) | Steel-hard carbide macrostructured tools,compositions and methods of forming | |
RU2798861C9 (ru) | Композиционный материал на основе полученных in situ сплавов, армированных карбидом вольфрама, и способы его получения | |
RU2798861C2 (ru) | Композиционный материал на основе полученных in situ сплавов, армированных карбидом вольфрама, и способы его получения | |
US20220212247A1 (en) | Cast Structural Element of a Pump, Filter or Compressor with Wear Resistant Layer Comprising Composite Material Based on Alloys Reinforced with Tungsten Carbide and the Method of Producing Thereof | |
KR101537406B1 (ko) | 고경도 복합재료 및 이의 제조방법 | |
BR112021021597B1 (pt) | Material compósito à base de ligas, fabricado em situ, reforçado com carboneto de tungstênio e métodos de sua produção | |
JPS62273820A (ja) | プラスチツク成形装置用複合シリンダ | |
Lakshmi et al. | Characterization of Iron–Based Partial Pre-Alloyed Powders as Matrix Materials for Diamond Tools | |
RU2021129988A (ru) | Композиционный материал на основе полученных in situ сплавов, армированных карбидом вольфрама, и способы его получения | |
CN108754206A (zh) | 一种制造陶瓷与金属复合材料的方法 | |
PL239428B1 (pl) | Kompozycja proszków do wytwarzania wkładek odlewniczych, wkładka odlewnicza oraz sposób wytwarzania lokalnych stref kompozytowych w odlewach |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211220 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221223 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230111 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230411 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230607 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230630 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230828 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230901 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230920 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7354289 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |