PL191783B1

PL191783B1 - Sposób wytwarzania mieszanin stopu twardego

Info

Publication number: PL191783B1
Application number: PL349919A
Authority: PL
Inventors: Benno Gries; Jörg Bredthauer
Original assignee: Starck H C Gmbh Co Kg
Priority date: 1999-01-15
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2006-07-31
Also published as: JP2002534613A; EP1153150A1; WO2000042230A1; CN1114706C; HK1044356A1; PL349919A1; ATE228579T1; AU2662200A; KR100653810B1; KR20010089830A; CZ20012376A3; HK1044356B; US6626975B1; IL143869A0; DE50000822D1; PT1153150E; DE19901305A1; ZA200105109B; EP1153150B1; CN1336962A

Abstract

1. Sposób wytwarzania mieszanin stopu twardego, zwlaszcza jednorodnej mieszaniny materialu poddawanego mieszaniu, skladaja- cego sie z proszku bardzo twardego materialu i proszku metalu spoiwa, bez stosowania ele- mentu rozdrabniajacego i plynnych srodków pomocniczych do mielenia i czynników prze- prowadzajacych w stan zawiesiny, znamienny tym, ze material miesza sie z wytworzeniem wysokiej scinajacej predkosci bombardujacej czasteczek proszku, i poprzez jego cyrkulacje. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mieszanin stopu twardego. Stopy twarde stanowią wytwory, składające się z bardzo twardych materiałów i spoiw metalowych. Są to wytwory odporne na ścieranie i nadają się do obróbki wiórowej i bezwiórowej.

Bardzo twarde materiały stanowią węgliki lub azotki albo węglikoazotki metali trudnotopliwych należących do IV, V i VI grupy pobocznej okresowego układu pierwiastków, a największe znaczenie uzyskał węglik tytanu (TiC), węglikoazotek tytanu (Ti(C,N), a zwłaszcza węglik wolframu (WC).

Jako spoiwo metalowe stosuje się zwłaszcza kobalt. Jednak stosuje się również w niewielkich ilościach proszki metaliczne lub proszki stopów z kobaltu, niklu i żelaza, jak również innych składników.

W celu wytworzenia spoiw twardych, bardzo twarde metale i spoiwo metalowe, odpowiednio w postaci proszku, dokładnie miesza się, sprasowuje, a następnie spieka, przy czym spoiwo metalowe, dzięki utworzeniu stopu podczas spiekania umożliwia znaczne zagęszczenie i utworzenie struktury wielofazowej o korzystnej wytrzymałości na zginanie i ciągliwości przy przełomie. Działanie spoiwa metalowego jest optymalne wówczas, gdy uzyska się całkowite sieciowanie fazy bardzo twardego materiału, przy czym zależna od temperatury spiekania rozpuszczalność bardzo twardego materiału w spoiwie powoduje częściowe rozpuszczanie i ponowne wytrącenie oraz nową konfigurację bardzo twardego materiału, dzięki czemu uzyskuje się strukturę, która w dużym stopniu przeciwstawia się rozprzestrzenianiu pęknięć. Wynik spiekania można przedstawić w postaci porowatości końcowej. W celu uzyskania wystarczającej ciągliwości przy przełomie, koniecznym warunkiem jest utrzymanie wartości podporowej określonej porowatości końcowej.

Bardzo twarde materiały stosuje się zazwyczaj o średniej wielkości cząsteczki, wynoszącej 3-20m według ASTM B 330. Przy tym należy unikać bardzo drobnocząsteczkowych ilości bardzo twardych materiałów, ponieważ podczas spiekania fazy płynnej mają one skłonność do przekrystalizowania. Tak narośnięte krystality posiadają wielowymiarowe uszkodzenia punktowe, które są niekorzystne dla określonych właściwości wydajności, zwłaszcza przy obróbce skrawaniem stali, w górnictwie i w przypadku narzędzi udarowych. Przykładowo węglik wolframu można do pewnego stopnia odkształcić plastycznie, gdy wyeliminuje się wielowymiarowe uszkodzenia punktowe przy wysokich temperaturach powyżej 1900°C. Dlatego temperatura nawęglania, w której otrzymano węglik wolframu, jest istotna dla właściwości wydajności stopu twardego. Udział ilościowy fazy węglika wolframu w stopie twardym, która rozpuściła się w temperaturze spiekania, zazwyczaj wynoszącej między 1360 a 1450°C, ze względu na wydajność ustępuje udziałowi ilościowemu fazy nie rozpuszczonej. Dalszy wzrost łamliwości może nastąpić wskutek tego, że poprzez rozpuszczanie, węglik wolframu przy zwiększonym udziale ilościowym może posiadać inkludowane w sieci spoiwa metalowe.

Spoiwo metalowe stosuje się z reguły o mniejszej wielkości cząsteczki, zazwyczaj 1-2m według ASTM B 330.

Spoiwo metalowe stosuje się w takiej ilości, ponieważ stanowi ono około 3-25% wagowo stopu twardego.

Korzystnie, można stosować do 50% zmielonego, zawracanego do obiegu, skłonnego do spiekania proszku stopu twardego.

Oprócz wyboru odpowiednio nadającego się bardzo twardego materiału (wielkość cząsteczki, rozkład cząstek o określonej wielkości, struktura krystaliczna) i spoiwa metalowego (skład, ilość, udział w stopie twardym), jak również warunków spiekania, istotną rolę w odniesieniu do późniejszych właściwości stopu twardego ma wytworzenie odpowiednich mieszanin stopów twardych, to znaczy zmieszanie bardzo twardego materiału i spoiwa przed spiekaniem.

Ze względu na występowanie elektrostatycznych sił odpychających między drobnymi cząsteczkami proszku (powoduje to zawsze niskie gęstości nasypowe w przypadku drobniejszych proszków), zróżnicowanej wielkości cząsteczek i gęstości, jak również niekorzystnej proporcji ilościowej obu składników, wykluczone jest mieszanie na sucho, znane z dotychczasowego stanu techniki. Podczas mielenia na sucho obu składników mogłyby być wprawdzie przezwyciężone elektrostatyczne siły odpychające między cząsteczkami, jednak prowadziłoby to do rozdrobnienia cząsteczek zwłaszcza bardzo twardego materiału, wskutek czego wytworzono by bardzo dużo skupisk rozdrobnionych cząsteczek. Ponadto nie rozwiązanym problemem pozostaje nieuniknione w takim przypadku ścieranie powierzchni urządzeń do mielenia.

W związku z tym jako stosowany przemysłowo sposób wytwarzania mieszanin stopów twardych, sprawdziło się w praktyce mielenie na mokro w młynie tarczowym lub w młynie kulowym, z zaPL 191 783 B1 stosowaniem organicznej cieczy mielącej i z zastosowaniem kul rozdrabniających. Dzięki zastosowaniu cieczy mielącej dodatkowo skutecznie wyeliminowano elektrostatyczne siły odpychające. Wprawdzie przez jednoczesne mielenie i mieszanie na mokro w młynie tarczowym udaje się utrzymanie rozdrobnienia ziarna bardzo twardego materiału jeszcze w znośnych granicach, to jednak jednoczesne mieszanie i mielenie jest sposobem wymagającym znacznych nakładów finansowych, który to sposób z jednej strony wymaga dużej przestrzeni, ze względu na konieczność zachowania proporcji objętości elementów rozdrabniających do materiału mielonego, wynoszącej jak 6:1, a z drugiej strony czas mielenia zajmuje 4-48 godzin. Przy tym, po jednoczesnym mieszaniu i mieleniu należy spełnić wymóg oddzielenia kul rozdrabniających od mieszaniny stopu twardego poprzez przesiewanie, a organicznej cieczy mielącej - poprzez odparowanie. Należy jednak również uwzględnić pewien stopień ścierania przy mieleniu i pewne rozdrobnienie ziarna również w przypadku jednoczesnego mieszania i mielenia na mokro. Szczególnie narażone są takie proszki węglika wolframu, które nawęglano w temperaturze, co najmniej 1900°C i których wielkości ziarna zawierają się w wąskim zakresie bez dużego udziału drobnych cząsteczek i dlatego bez procesów rozpuszczania i ponownego wytrącania mogą być przeprowadzone w najwartościowsze stopy twarde.

Według dokumentu GB 346 473, problemy mieszania bardzo twardych materiałów i spoiwa metalowego rozwiązano dzięki temu, że bardzo twarde materiały powleka się elektrolitycznie spoiwem metalowym. Zgodnie z opisami US-A 5 505 902 i US-A 5 529 804, spoiwo metalowe, zwłaszcza kobalt, nanosi się chemicznie na cząsteczki bardzo twardego materiału. Przy tym stosuje się organiczne fazy płynne, które nie mogą pozostać bez wpływu na gospodarkę węgla w stopie twardym.

W opisie patentowym USA nr 4320156 opisano sposób mieszania węglików metali spoiw metalowych i wosku, przy czym niejednorodną mieszaninę tych surowców, fluidyzowaną strumieniem gazu, homogenizuje się poprzez turbulentną warstwę gazu. Wadą tego sposobu postępowania jest to, że dla osiągnięcia dobrych wyników, cząstki materiałów podlegających zmieszaniu muszą mieć kształt kulisty i powinny być możliwie jednakowych wymiarów.

Z opisów US-A 3 348 779, US-A 4 747 550, EP-A 200 003, EP-A 474 102, EP-A 645 179 znane są konstrukcje agregatów do mieszania w zakresie jednej fazy, a z opisu DE-U 29 515 434 znane są przykładowe konstrukcje mikromłynów fluidalnych. Młyny te posiadają stator w postaci cylindrycznej obudowy, z osiowo umieszczonym wirnikiem, który posiada jedną lub szereg tarcz kołowych, usytuowanych jedna na drugiej, na wspólnie napędzanej osi, przy czym tarcze kołowe na obwodzie posiadają dużą ilość płyt mielących, umieszczonych promieniowo i równolegle do osi wirnika, wyższych od tarcz, przy czym między statorem a płytami pozostaje szczelina ścinająca. Jeżeli wirnik jest napędzany ze zbyt dużą prędkością, zazwyczaj 1000-5000 obr./min., wówczas na zawieszone w gazie cząsteczki, w mikromłynie fluidalnym działają duże siły i cząsteczki zderzają się ze sobą, przezwyciężając elektrostatyczne siły udarowe. Podczas zderzania się cząsteczek następuje wymiana ładunków lub dielektryczne przeładowanie, dzięki czemu po zderzeniu zostają zniesione siły odpychania cząsteczek między sobą.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mieszanin stopu twardego, zwłaszcza jednorodnej mieszaniny materiału poddawanego mieszaniu, składającego się z proszku bardzo twardego materiału i proszku metalu spoiwa, bez stosowania elementu rozdrabniającego i płynnych środków pomocniczych do mielenia i czynników przeprowadzających w stan zawiesiny.

Istota wynalazku polega na tym, że materiał miesza się z wytworzeniem wysokiej ścinającej prędkości bombardującej cząsteczek proszku, i poprzez jego cyrkulację.

Korzystnie, materiał poddawany mieszaniu poddaje się fluidyzacji podczas mieszania i wytwarza się wysoką prędkość bombardującą poprzez zawirowanie płynu, przy czym mieszanie przeprowadza się w zbiorniku, wyposażonym w elementy wirnika i stojana, ze szczeliną ścinającą między tymi elementami.

Według wynalazku, szczelina ścinająca posiada szerokość w świetle, która odpowiada, co najmniej 50-krotnej średniej średnicy grupy cząsteczek o największej średniej średnicy.

Korzystnie, stosunek prędkości względnej wirnika i stojana do szerokości szczeliny ścinającej wynosi co najmniej 800/s, przy czym wirnik posiada prędkość obwodową od 12 do 20 m/s.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, mieszanie następuje w zbiorniku mieszalnym z wolno obracającymi się elementami mieszającymi, przy czym materiał poddawany mieszaniu poddaje się fluidyzacji we wszystkich fazach mieszania, a całkowity czas mieszania wynosi mniej niż 1 godz.

Korzystnie, materiał poddawany mieszaniu dodatkowo zawiera środki pomocnicze do prasowania a mieszaninę proszku poddaje się granulacji.

PL 191 783B1

Przy wykorzystaniu sposobu według wynalazku, udaje się zmieszanie na sucho proszków bardzo twardego materiału i spoiwa metalowego, bez stosowania elementów rozdrabniających czy płynnych środków pomocniczych do mielenia lub płynnych czynników zawiesinowych zasadniczo bez rozdrobnienia ziarna.

Według wynalazku pod pojęciem zmieszanie w zakresie jednej fazy należy rozumieć zmieszanie składnika materiału poddanego mieszaniu samego w sobie, natomiast zmieszanie w zakresie wielu faz oznacza zmieszanie głównej ilości przedmieszki samej w sobie, to znaczy zmieszanie ze sobą składników.

Sposób według wynalazku polega na tym, że z jednej strony w przypadku mieszania w zakresie jednej fazy przeprowadza się mieszanie w warunkach wprowadzenia dużej energii mieszania (w odniesieniu do ilości proszku, uchwyconej przez element mieszający) w celu przezwyciężenia elektrostatycznych sił odpychających cząsteczek proszku między sobą, a z drugiej strony w przypadku mieszania w zakresie wielu faz przy niskim wkładzie energetycznym mieszanie przeprowadza się w celu ujednorodnienia mieszaniny proszku.

Według wynalazku do mieszania w zakresie jednej fazy i wielu faz stosuje się korzystnie różne agregaty mieszające.

Główna ilość materiału poddawanego mieszaniu znajduje się w obszarze mieszania w zakresie wielu faz dzięki cyrkulacji złoża mieszaniny. Przykładowo odpowiednia jest rura obrotowa, mieszarka lemieszowa, mieszarka łopatowa albo stożkowa mieszarka ślimakowa.

Składnik materiału poddanego mieszaniu, przy mieszaniu w zakresie jednej fazy znajduje się w obszarze agregatu mieszającego, wytwarzającego wysokie wzajemne prędkości udarowe. Agregatami nadającymi się do mieszania w zakresie jednej fazy są zwłaszcza szybkoobrotowe agregaty mieszające. Według wynalazku korzystne są prędkości obwodowe w zakresie 8-25 m/s, zwłaszcza 12-18 m/s. Korzystnie, materiał poddany mieszaniu przynajmniej w obszarze mieszania w zakresie jednej fazy poddaje się fluidyzacji w atmosferze gazowej zbiornika mieszającego, przy czym materiał jest silnie zawirowany przez element mieszający i cząsteczki proszku uderzają o siebie dzięki temu, że poruszają się w wirach z dużą prędkością ścinania. Odpowiednim elementem mieszającym jest przykładowo szybkoobrotowy element wirnikowy, zaopatrzony w przesuwające się po ścianie łopaty wirnikowe, przy czym między ścianą zbiornika a łopatą wirnikową pozostaje szczelina, której szerokość wynosi, co najmniej 50-krotność średnicy cząsteczek. Korzystnie szerokość szczeliny wynosi 100- do 500-krotności wielkości cząsteczki.

Według wynalazku szczelina ścinająca między wirnikiem a statorem powinna posiadać szerokość w świetle, która odpowiada przynajmniej 50-krotnej przeciętnej średnicy wielkości cząsteczek o większej przeciętnej średnicy, to znaczy cząsteczek bardzo twardego materiału. Zazwyczaj szczelina ścinająca może posiadać szerokość w świetle wynoszącą 0,5-5 mm, korzystnie 1-3 mm.

Korzystnie, prędkość ścinania w szczelinie ścinającej, określona jako stosunek prędkości obwodowej wirnika do szerokości szczeliny, powinna wynosić co najmniej 800/s, szczególnie korzystnie 1000-20.000/s.

Czas przebywania przy mieszaniu w zakresie jednej fazy jest tak dobrany, że temperatura mieszaniny proszku podczas przechodzenia przez etap mieszania w zakresie jednej fazy nie wzrasta powyżej 300°C. W przypadku, gdy mieszanie przeprowadza się w atmosferze zawierającej tlen, zwłaszcza powietrze, korzystne są niższe temperatury w celu uniknięcia utleniania cząsteczek proszku. W przypadku, gdy mieszanie przeprowadza się w temperaturze gazu ochronnego, przykładowo argonu, ewentualnie dopuszczalne są temperatury do 500°C. Zazwyczaj czas przebywania przy mieszaniu w zakresie jednej fazy jest liczony w sekundach.

Całkowity czas mieszania wynosi korzystnie 30-90 minut, zwłaszcza korzystnie powyżej 40 minut, a szczególnie korzystnie poniżej 1 godz.

Według korzystnej postaci wykonania, mieszanina proszku podlega recyrkulacji między mieszaniem w zakresie jednej fazy i w zakresie wielu faz, to znaczy składniki mieszaniny odbiera się jako ciągły strumień częściowy z etapu mieszania w zakresie wielu faz, doprowadza się do etapu mieszania w zakresie jednej fazy i ponownie wprowadza do etapu mieszania w zakresie wielu faz.

Korzystnie, prędkość obrotowa mieszaniny proszku w etapie mieszania w zakresie jednej fazy jest tak dobrana, że podczas całkowitego mieszania zapewnia się średnio, co najmniej 5 przejść, szczególnie korzystnie, co najmniej 10 przejść każdej cząstki mieszaniny przez etap mieszania wzakresie jednej fazy.

PL 191 783 B1

W przypadku przeprowadzania sposobu jako sposobu ciągłego, oba składniki proszku lub surowa mieszanina składników proszku może być wprowadzana w sposób ciągły przy jednym zakończeniu cyrkulacyjnego agregatu mieszającego, a przy drugim zakończeniu odprowadza się w sposób ciągły jednorodnie zmieszany proszek.

Alternatywny sposób przeprowadzania procesu jako procesu ciągłego polega na tym, że w pierwszym cyrkulacyjnym agregacie mieszającym wytwarza się surową mieszaninę składników proszku, surową mieszaninę pobiera się w sposób ciągły z pierwszego cyrkulacyjnego agregatu mieszającego, wprowadza się do mikromłyna fluidalnego, a następnie doprowadza do drugiego cyrkulacyjnego agregatu mieszającego, przy czym po przejściu przez drugi cyrkulacyjny agregat mieszający może być celowe przeprowadzenie dalszego mieszania w zakresie jednej fazy w mikromłynie fluidalnym, a następnie dalszego mieszania w zakresie wielu faz w cyrkulacyjnym agregacie mieszającym. Według dalszej korzystnej postaci wykonania wynalazku, materiał poddawany mieszaniu ulega fluidyzacji, zarówno w zakresie jednej fazy, jak i w zakresie wielu faz. W odpowiednim do tego sposobie stosuje się przykładowo wirnik ze szczeliną ścinającą względem ściany zbiornika, przesuwający się po dnie i ścianach, przy czym promieniowe łopaty wirnika są ustawione pionowo, dzięki czemu fluidyzowany materiał poddawany mieleniu transportuje się w zbiorniku na obrzeżach w kierunku do góry, a pośrodku - do dołu. Korzystnie kąt ustawienia wynosi mniej niż 25°, zwłaszcza korzystnie 10-20°. Ta cyrkulacja materiału poddawanego mieszaniu w celu zmieszania w zakresie wielu faz może być zwiększona przez przeciwnie obracający się, współosiowy wirnik o średnicy ograniczonej do połowy przekroju poprzecznego zbiornika. Okazało się, że w tego rodzaju agregacie uzyskuje się doskonałe mieszaniny stopów twardych, jeśli zbiornik jest napełniony materiałem poddawanym mieszaniu do 7% objętości (ciężar materiału poddawanego mieszaniu dzielony przez gęstość materiału proszku).

Korzystnie, dodatki stosowane do dalszej obróbki mieszanin proszku w przemyśle stopów twardych, jak organiczne środki zwiększające przyczepność, antyutleniacze, stabilizatory granulacji i/lub środki pomocnicze do prasowania, na przykład na bazie parafiny lub glikolu polietylenowego, mogą być zmieszane z proszkiem bardzo twardego materiału i spoiwa i jednorodnie rozdzielone. Środki pomocnicze do prasowania topią się dzięki energii cieplnej, wytworzonej w procesie mieszania, dzięki czemu uzyskuje się równomierną powłokę powierzchniową. Jeśli wytworzone w ten sposób mieszaniny nie posiadają jeszcze wystarczającej płynności lub prasowalności, wówczas może być dodatkowo zastosowany etap granulacji.

Mieszaniny stopów twardych według wynalazku i ich granulaty są przeznaczone do wytwarzania kształtek ze stopów twardych przez osiowe sprasowywanie, prasowanie izostatyczne, wytłaczanie, odlewanie ciśnieniowe i spiekanie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie pierwszą postać wykonania wynalazku, fig. 2 - drugą postać wykonania wynalazku, fig. 3 - trzecią postać wykonania wynalazku, fig. 4 - zasadniczą budowę mikromłyna fluidyzacyjnego, w przekroju, fig. 5 - odpowiednie zgodnie z wynalazkiem urządzenie mieszające, w przekroju, fig. 6 - dalsze urządzenie mieszające, fig. 7 - zdjęcie REM (mikroskopii elektronowej warstwowej) proszku węgliku wolframu, zastosowanego w przykładzie I, fig. 8 - zdjęcie REM mieszaniny proszkowej węglik wolframu/kobalt, fig. 9 - zdjęcie REM węglika wolframu zastosowanego w przykładzie II, fig. 10 - zdjęcie REM mieszaniny proszkowej węglika wolframu/kobaltu według przykładu II, fig. 11 - mikrografię twardego stopu, wytworzonego według przykładu II, a fig. 12, 13 i 14 przedstawiają odpowiednie zdjęcia w odniesieniu do przykładu III.

Na figurze 1 jest przedstawione schematycznie urządzenie A do mieszania w zakresie wielu faz, do którego doprowadza się w sposób ciągły lub nieciągły oba proszki P1i P2. Z agregatu A do mieszania w zakresie wielu faz częściowy strumień mieszaniny proszkowej stale przenosi się do agregatu B do mieszania w zakresie jednej fazy i zawraca do agregatu A do mieszania w zakresie wielu faz. W końcu z agregatu A do mieszania w zakresie wielu faz gotową mieszaninę proszkową PM pobiera się w sposób ciągły lub nieciągły.

Na figurze 2 jest przedstawiony zasadniczy układ, przeznaczony zwłaszcza do przeprowadzenia sposobu według wynalazku w sposób ciągły. Proszki P1i P2 są wprowadzane do pierwszego agregatu do mieszania w zakresie wielu faz, zwłaszcza przykładowo pieca obrotowego. Z pieca obrotowego docierają do pierwszego mikromłyna fluidyzacyjnego B1,a następnie są przenoszone do drugiego agregatu A2 do mielenia w zakresie wielu faz. Ewentualnie można przyłączyć dalszy agregat A do mielenia w zakresie jednej fazy B2 i dalszy, nie przedstawiony agregat A3 do mieszania w zakresie wielu faz.

PL 191 783B1

Na figurze 3 jest przedstawiony układ, który nadaje się zwłaszcza do nieciągłego mieszania przedmieszki. Mikromłyn fluidyzacyjny B, jako urządzenie do mieszania w zakresie jednej fazy, jest umieszczony wewnątrz urządzenia A do mieszania w zakresie wielu faz.

Na figurze 4 jest przedstawiona budowa mikromłyna fluidyzacyjnego 1. Składa się on z cylindrycznej obudowy 2, której wewnętrzne ściany stanowi stojan. Wewnętrzna ściana cylindrycznej obudowy 2 może być wyłożona materiałem odpornym na ścieranie. Wewnątrz cylindrycznej obudowy 2 jest umieszczona napędzana, obracająca się oś 3, na której znajduje się szereg, zwłaszcza od dwóch do pięciu tarcz kołowych 4.1,4.2 i 4.3 napędzanych razem z osią, które na obwodzie posiadają odpowiednio dużą ilość płyt mielących 5.1, 5.2 i 5.3, umieszczonych promieniowo i równolegle do osi 3. Zewnętrzne krawędzie płyt mielących 5.1, 5.2 i 5.3 razem ze ścianą wewnętrzną cylindrycznej obudowy 2 tworzą szczelinę ścinającą 6. Jeżeli mikromłyn fluidyzacyjny jest umieszczony wewnątrz urządzenia do mieszania w zakresie wielu faz poniżej poziomu napełniania, wówczas mikromłyn fluidyzacyjny posiada korzystnie stożkową pokrywę 7, która jest zaopatrzona w otwory 8, przez które sypki proszek dogodnie wsypuje się do cylindrycznej obudowy 2. Dodatkowa tarcza kołowa 9 zaopatrzona w oś 3 może być umieszczona jako płyta rozdzielcza.

Na figurze 5 jest przedstawione urządzenie stosowane w rozwiązaniu według wynalazku, jakie jest przedstawione schematycznie na fig. 3. Składa się ono z bębna mieszalnego 10, który jest napędzany poprzez oś 11 do wykonywania obrotów z niewielką prędkością obrotową, przykładowo 1-2 obroty na minutę. Bęben jest zamknięty za pomocą nieruchomego kołpaka pokrywowego 12. Wewnątrz bębna 10 znajduje się mikromłyn fluidyzacyjny 1, jak jest to przedstawione na fig. 4. Ponadto wewnątrz bębna 10 są umieszczone blachy kierujące 13. Poziom napełnienia bębna 10 jest zaznaczony linią przerywaną 14. Sposób według wynalazku polega na tym, że mieszanina proszkowa wpływa w sposób ciągły przez otwory 8 do mikromłyna fluidyzacyjnego 1, gdzie następuje mieszanie w zakresie jednej fazy, a przez otwarty u dołu cylinder jest zawracana do agregatu do mieszania w zakresie wielu faz.

Na figurze 6 jest przedstawione urządzenie stosowane w rozwiązaniu według wynalazku, w którym materiał poddawany mieszaniu podlega fluidyzacji zarówno przy mieszaniu w zakresie jednej fazy, jak również przy mieszaniu w zakresie wielu faz. W zbiorniku 10 na napędzanej osi 3 znajduje się wirnik, obejmujący łopaty wirnikowe 5a, 5b, 5c i 5d, przesuwające się po dnie i po ścianie, które ze ścianą zbiornika tworzą szczelinę ścinającą 6. Łopaty wirnikowe są ustawione pod kątem a=23° względem płaszczyzny, prostopadłej do osi wirnika. Powyżej wirnika 5 na osi 3 znajduje się nastawiany w kierunku przeciwnym wirnik 20, którego średnica odpowiada w przybliżeniu połowie średnicy zbiornika.

Podczas obracania się osi 3 w kierunku strzałki 21, materiał poddawany mieszaniu podlega fluidyzacji i dodatkowo do wirowania jest wprawiany w krążenie wokół osi 3, jak jest to zaznaczone strzałką 22. Część fluidyzowanego materiału poddawanego mieszaniu dochodzi do szczeliny ścinającej 6, gdzie duża prędkość ścinająca płynu powoduje silne przyspieszenie cząstek.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony na podstawie poniższych przykładów.

Przykład I

13,6 kg proszku kobaltu o średniej wielkości ziarna 1,55 mm (FSSS, ASTM B330) i 122,4 kg lekko spieczonego proszku węgliku wolframu o średniej wielkości ziarna 3 mm (FSSS, ASTM B330) wprowadzono do przedstawionego na fig. 5 agregatu mieszalniczego. Na fig. 7 jest przedstawione zdjęcie REM proszku węgliku wolframu przed zmieszaniem.

Po 20, 30 i 40 minutach mieszania pobrano odpowiednio próbki mieszaniny proszku. Na fig. 8 jest przedstawione zdjęcie REM mieszaniny proszku, uzyskanej po 40 minutach mieszania. Zawartość tlenu przed mieszaniem wynosiła 0,068% wagowo, po mieszaniu 0,172% wagowo.

Próbki poddano przeróbce poprzez prasowanie i następujące potem spiekanie w temperaturze 1380°C przez 45 minut do uzyskania postaci próbki do testów stopów twardych.

Dla porównania, odpowiednią mieszaninę proszku mielono w młynie kulowym przez 20 godzin z heksanem. Z porównawczej mieszaniny proszku w ten sam sposób wytworzono próbki do testów stopów twardych.

₃

Na podstawie próbek do testów stopów twardych zmierzono gęstość w g/cm³, magnetyczną ₃ siłę koercji HC w kA/m, nasycenie magnetyczne w mTm³/kg (odpowiednio za pomocą przyrządu do poziomu siły koercji 1.096), twardość według Vickersa przy obciążeniu 30 kg w kg/mm² oraz porowatość A według ISO 4505. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.

PL 191 783 B1

Przykład II

11,9 kg proszku metalicznego kobaltu o średniej wielkości ziarna 1,5 mm i 122,4 kg lekko spieczonego proszku węglika wolframu o średniej wielkości ziarna 6 mm (FSSS, ASTM B330) zmieszano jak w przykładzie I. Zawartość tlenu przed mieszaniem wynosiła 0,058% wagowo, po 40 minutach mieszania 0,109% wagowo.

Ponadto wytworzono mieszaninę porównawczą (przykład II f) w młynie kulowym, jak jest to przedstawione w przykładzie I.

Na figurze 9 jest przedstawione zdjęcie REM wyjściowego proszku węglika wolframu. Na fig. 10 jest przedstawiona mieszanina proszku po 30 minutach mieszania.

Próbki stopu twardego wytworzono jak w przykładzie I.

Uzyskane wartości testowe są przedstawione w tabeli 1.

Na figurze 11 jest przedstawione zdjęcie mikrograficzne stopu twardego według przykładu lId.

Przykład III

Podobnie jak w przykładzie I zmieszano 13 kg proszku metalicznego kobaltu o średniej wielkości ziarna 1,55 mm, i 117 kg mniej spieczonego proszku węglika wolframu (fig. 12). Na fig. 13 jest przedstawione zdjęcie REM otrzymanej mieszaniny proszku. Zawartość tlenu przed zmieszaniem wynosi 0,065% wagowo, po zmieszaniu 0,088% wagowo.

Na figurze 14 jest przedstawione zdjęcie mikrograficzne stopu twardego, wytworzonego jak w przykładzie I. Wyniki testów stopu twardego są przedstawione w tabeli 1.

Tabela 1

Numer przykładu	Czas mieszania	Gęstość (g/cm³)	Ho(kA/m)	4ps(mTm³/kg)	HV30(kg/mm²)	Porowatość A ISO 4505
la	20	14,47	9,4	18,8	1226	lepsza w AO2
Ib	30	14,52	9,2	18,1	1274	lepsza w AO2
Ic	40	14,58	9,4	18,7	1311	lepsza w AO2
Id	1200 (porów n)	14,52	10,4	18,4	1345	lepsza w AO2
IIa	10	14,56	6,7	18,8	1198	lepsza w AO2
Ilb	15	14,56	6,7	18,7	1203	lepsza w AO2
lIc	20	14,51	6,4	17,8	1190	lepsza w AO2
lId	30	14,55	6,5	18,1	1203	lepsza w AO2
Ile	40	14,59	6,5	18,5	1203	lepsza w AO2
Ilf	1200 (porów n)	14,55	7,3	18,0	1261	lepsza w AO2
III	40	14,51	6,9	18,6	1203	lepsza w AO2

Przykład IV

2,6 kg proszku metalicznego kobaltu o 1mm FSSS według ASTM B330, 23,26 kg WC (węglika wolframu) o 0,6 mm FSSS (według ASTM B330) i 0,143 kg Cr3C2o 1,6 mm według ASTM B330 oraz 375 g wosku parafinowego o temperaturze mięknienia 54°C mieszano w mieszarce (według fig. 6) z prędkością 1000 obr./min. tak długo, aż uzyskano temperaturę 80°C. Otrzymaną w ten sposób mieszaninę stopu twardego sprasowano przy obciążeniu 1,5 t/cm³ do postaci próbek do badań. Próbki te najpierw odwoskowano w piecu do spiekania, a następnie spiekano w temperaturze 1380°C przez 45 minut pod ciśnieniem 2,5 MPa. Otrzymany stop twardy posiadał gęstość 14,45 g/cm³, siłę koercji 32

20,7 kA/m, nasycenie magnetyczne 15.15 mTm³/kg, twardość według Vickersa HV=1603 kg/mm²i porowatość końcową lepszą w A02 B00 C00. Stop twardy posiada dobrą strukturę i dobre rozłożenie spoiwa.

PL 191 783B1

P r zyk ł a d V

2,57 kg proszku metalicznego kobaltu o 1 mm FSSS według ASTM B330 i 26 kg WC o 6 mm

FSSS według ASTM B330 mieszano jak w przykładzie IV tak długo, aż uzyskano temperaturę 80°C.

Otrzymaną w ten sposób mieszaninę stopu twardego sprasowano pod obciążeniem 1,5 t/cm² do postaci próbek do badań, a następnie spiekano w próżni w temperaturze 1400°C przez 45 minut. Otrzymany 33 stop twardy posiadał gęstość 14,45 g/cm³, siłę koercji 5,5 kA/m, nasycenie magnetyczne 17,11 mTm³/kg, twardość według Vickersa HV = 1181 kg/mm² i porowatość końcową wynoszącą A00 B00 C00. Stop twardy posiada dobrą strukturę i dobre rozłożenie spoiwa w całej objętości stopu.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania mieszanin stopu twardego, zwłaszcza jednorodnej mieszaniny materiału poddawanego mieszaniu, składającego się z proszku bardzo twardego materiału i proszku metalu spoiwa, bez stosowania elementu rozdrabniającego i płynnych środków pomocniczych do mielenia i czynników przeprowadzających w stan zawiesiny, znamienny tym, że materiał miesza się z wytworzeniem wysokiej ścinającej prędkości bombardującej cząsteczek proszku, i poprzez jego cyrkulację.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał poddawany mieszaniu poddaje się fluidyzacji podczas mieszania i wytwarza się wysoką prędkość bombardującą przez zawirowanie płynu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanie przeprowadza się w zbiorniku (8) wyposażonym w elementy wirnika (3) i stojana (2) ze szczeliną ścinającą (6) między tymi elementami.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że szczelina ścinająca (6) posiada szerokość w świetle, która odpowiada co najmniej 50-krotnej średniej średnicy grupy cząsteczek o największej średniej średnicy.
5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosunek prędkości względnej wirnika i stojana do szerokości szczeliny ścinającej wynosi co najmniej 800/s.
6. Sposób według zastrz. 3 albo 5, znamienny tym, że wirnik posiada prędkość obwodową od 12 do 20 m/s.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanie następuje w zbiorniku mieszającym (8) z wolno obracającymi się elementami mieszającymi.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał poddawany mieszaniu poddaje się fluidyzacji we wszystkich fazach mieszania.
9. Sposób według zastrz. 1 albo 7, albo 8, znamienny tym, że całkowity czas mieszania wynosi mniej niż 1 godz.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał poddawany mieszaniu dodatkowo zawiera środki pomocnicze do prasowania.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę proszku poddaje się granulacji.