碳化鎢閥芯在高溫高壓燒結過程中,溫度和時間的控制至關重要,以下是具體講究:
預燒階段 :一般在 800℃-1000℃左右,此溫度下碳化鎢粉末開始發生物理化學變化,如去除吸附的氣體和水分等。升溫速率不宜過快,通常控制在 5℃/min-10℃/min,避免因溫度驟升導致粉末顆粒表面產生裂紋或內部應力增加。
燒結階段 :溫度需升至 1400℃-1600℃左右,這是碳化鎢閥芯燒結的關鍵階段。在此溫度范圍,粉末顆粒間的原子開始活躍,逐漸擴散并結合,使閥芯的密度和強度不斷增加。升溫速率一般控制在 10℃/min-15℃/min,以確保溫度均勻升高,防止局部過熱或溫度梯度過大引發缺陷。
保溫階段 :達到燒結溫度后,需保溫一段時間,通常為 1 小時 - 2 小時。這能使碳化鎢粉末充分燒結,晶粒長大,致密化程度提高,從而增強閥芯的硬度和耐磨性。但保溫時間過長可能導致晶粒過度長大,反而使材料變脆,一般不超過 3 小時。
根據坯料尺寸和形狀調整 :坯料尺寸較大、形狀復雜的碳化鎢閥芯,燒結時間需適當延長,以保證熱量能均勻傳遞到整個坯料,確保內部和外部都能充分燒結。比如大型的閥芯坯料,保溫時間可能需要 2 小時 - 3 小時,而小型簡單坯料 1 小時左右即可。
依據材料成分與性能要求確定 :不同成分的碳化鎢閥芯,其燒結時間有所不同。若在碳化鎢中添加了鈷等粘結相元素,燒結時間會相應調整。以 WC-Co 硬質合金為例,含鈷量較高時,燒結時間可適當縮短,因為鈷能促進燒結過程中的致密化;而含鈷量較低時,燒結時間則需延長,確保碳化鎢顆粒間能充分結合。
在整個燒結過程中,還需注意以下幾點:
溫度測量與監控 :采用高精度的溫度測量儀器,如熱電偶等,對燒結爐內的溫度進行實時監測,并配備自動控溫系統,確保溫度的準確性和穩定性。定期校準溫度測量設備,避免因儀器誤差導致溫度控制不當。
燒結爐內氣氛控制 :通常采用真空或惰性氣體保護燒結,防止碳化鎢在高溫下被氧化。在燒結前,需對燒結爐進行抽真空或充入惰性氣體,如氬氣等,確保爐內氣氛的純凈度。在燒結過程中,合理控制氣體流量和壓力,維持穩定的保護氣氛環境。
升溫速率與冷卻速率的協同控制 :除合理控制升溫速率外,冷卻速率也不容忽視。燒結完成后,應采用適當的冷卻方式,如隨爐冷卻或控制冷卻速率在一定范圍內,避免閥芯因急劇冷卻而產生內應力和裂紋。例如,對于一些高精度的碳化鎢閥芯,冷卻速率一般控制在 5℃/min-10℃/min,直至溫度降至室溫附近。