国家标准计划《硬质合金高温氧化性能试验方法》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口,TC243SC4(全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会。
主要起草单位 株洲硬质合金集团有限公司 、株洲钻石切削刀具股份有限公司 、湖南工业大学 。
| 77 冶金 |
| 77.160 粉末冶金 |
WC-Co 硬质合金因其具有高硬度、高耐磨性和高强度等优点,被广泛用于金属切削刀具、凿岩工具和模具等耐磨零件,是现代制造业最重要的工程材料之一。
随着先进制造技术的发展,硬质合金工具在高温条件下的应用得到了进一步拓展,如热作模具、轧辊。
对于传统 WC-Co 硬质合金来说,当使用温度超过600℃时,氧化速率随温度的升高而迅速增加,造成了硬质合金工具性能的急剧下降,从而大幅度缩短硬质合金工具的使用寿命。
如切削刀具在高速干切削过程中,硬质合金刀片与工件之间的界面温度可达600~1050℃,氧化产生的气孔和裂纹使得氧化皮很容易剥落,加快刀片的磨损,缩短刀具的使用寿命。
因此,抗氧化性能是硬质合金在高温环境中应用的一个重要性能。
为此,各国学者对WC-Co 硬质合金开展了大量的抗氧化性能研究,从组织结构及粘结相成分来改善合金的抗氧化性。
不同的专家使用不同的抗氧化试验方法,方法标准不一致,使国内、国际各方试验数据不具有可比性,各方产品性能不具有可比性,为工具材料设计和产品商务贸易等工作带来困扰。
建立统一的硬质合金抗高温氧化试验方法,对硬质合金行业起到以下推动作用: 一、提高硬质合金工具在高温条件下的使用寿命,提高钨、钴资源的利用效率。
为硬质合金行业建立统一的高温氧化性能测试方法,以方法中量化的硬质合金高温氧化性能指标为中心开展多方向的硬质合金抗高温氧化能力研究,从成分及组织结构等途径全面促进硬质合金材料及制品的高可靠应用及寿命保障。
进而通过硬质合金材料使用寿命的提高来提高钨、钴资源的利用效率。
我国是钨资源大国,钨的消费中有 59% 的用于硬质合金的生产,钴资源则依赖进口,我国的硬质合金产量、贸易量均为世界第一,但是我国硬质合金企业产品多处于中低端,国际竞争力有限,产能过剩严重,造成矿产资源浪费严重,因此提升硬质合金产品质量及使用寿命,有助于钨、钴矿产资源的高效利用,有助于硬质合金产业发展模式向高质量发展总体要求的转变。
二、丰富废旧硬质合金回收方法,建设绿色制造体系。
《有色金属行业碳达峰实施方案》文件要求“建设绿色制造体系,发展再生金属产业,完善再生有色金属资源回收和综合利用体系。
” 这些年来,工业生产使用过程中产生大量的废旧、报废硬质合金,因此,其回收再利用问题越来越受到企业和行业的重视。
目前常用的回收方法有锌溶法、电化学法、破碎法、氧化法等。
其中,氧化法是将硬质合金在空气中加热氧化,使其转化为易于破碎的钨和钴的氧化物,可为氧化-还原碳化,氧化-湿法冶金等方法制备硬质合金提供原料。
氧化法回收硬质合金具有广阔的应用前景,因此建立硬质合金高温氧化性能试验方法,有助于企业通过试验开展工艺简单、流程短、能耗低的氧化法回收硬质合金材料工艺探索,有助于行业珍惜有限资源,建设绿色制造体系。
三、建立一致的高温氧化性能评判方法,填补高温氧化性能试验方法空白。
《“十四五”原材料工业发展规划》文件中三、促进产业供给高端化(四)提高产品质量中健全质量评价和认证体系要求:提升矿产品、冶炼产品、烧结产品、加工材等产品稳定性试验验证、环境适应性评价、故障与缺陷分析、计量认证等质量评价能力,完善质量评价体系,推动过程能力评价。
为了解决不同企业根据自身产品特点采用不一致的、利己的测试方法导致高温氧化性能结果准确性、可靠性好坏的说法不一致,从而引起的性能比对困扰、商贸合同纠纷。
亟需建立一致的高温氧化性能评判方法国家标准,明确、量化硬质合金高温氧化性能描述指标,一致化测试方法,使各方企业试验数据具有可比性,使各方产品性能具有可比性,真实评价产品优劣,为行业带来可信赖的、可比较的、可评价的依据,促进硬质合金材料及制品的高可靠应用及寿命保障,推进产业向高质量发展模式转变。
1、范围 本文件规定了在硬质合金在高温空气条件下氧化性能试验方法。 本文件适用于硬质合金在高温空气条件下氧化性能测试。温度范围:500℃~1000℃ 2、主要技术内容 本文件给出了硬质合金高温氧化性能测试的测试范围、原理、设备、试样、试验步骤、结果表示及试验报告等内容。主要内容有: 2.1测试范围: 500℃~1000℃; 2.2试验原理: 在干燥空气(或合成空气)氛围下,硬质合金试样在温控烘箱中进行规定时间的高温氧化,氧化后称量试样质量,计算试样单位表面积的质量变化用于评价试样高温氧化性能。 2.3试样要求: 试样为φ50 mm×5 mm圆片,试样表面进行磨平抛光处理,试样轴向两端面不平行度小于0.02mm,光洁度Ra<0.2μm,且无掉边、裂纹、孔洞等缺陷。 2.4高温氧化参数: 等温氧化温度设定为500℃~1000℃之间温度。将试样清洁干燥后放入温控烘箱中在高纯氩气和环境下加热,以20℃/min的升温速率升高到氧化温度后,以100ml/min的速率使干燥空气(或N2:O2=80:20的合成空气)流通过样品室,并保持规定时长。然后再次在高纯氩器环境下冷却至室温。计算试样单位表面积的质量变化用于评价试样高温氧化性能。