Teknologi Teras Wayar Kimpalan Tahan Haus: Bagaimana Serbuk Besi Kromium Karbon Tinggi Meningkatkan Rintangan Haus

I. Analisis Faktor-faktor Utama yang Mempengaruhi Rintangan Haus Wayar Kimpalan Tahan Haus

1.1 Komposisi dan Mikrostruktur Bahan Matriks Wayar Kimpalan

Bahan matriks dawai kimpalan merupakan asas dawai kimpalan tahan haus, dan komposisi kimia serta mikrostrukturnya memberi impak asas terhadap rintangan haus logam yang dimendapkan. Dari perspektif komposisi kimia, unsur-unsur seperti karbon, mangan, dan silikon dalam bahan matriks bukan sahaja mempengaruhi prestasi proses kimpalan dawai kimpalan tetapi juga berinteraksi dengan unsur-unsur dalam bahan pengukuhan untuk mengawal pembentukan dan pengedaran fasa pengukuhan dalam logam yang dimendapkan. Contohnya, karbon boleh membentuk karbida dengan unsur-unsur seperti kromium dan tungsten, manakala mangan boleh meningkatkan kebendairan kolam lebur dan meningkatkan kekompakan sambungan kimpalan. Dari segi mikrostruktur, saiz butiran dan komposisi fasa bahan matriks secara langsung menentukan sifat mekanikal awal logam yang dimendapkan. Bahan matriks dengan struktur berbutir halus biasanya mempunyai kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, memberikan pembawa yang sangat baik untuk pengedaran seragam fasa pengukuhan. Selain itu, perkadaran fasa seperti pearlit dan ferit dalam matriks juga mempengaruhi kekerasan dan rintangan haus logam yang dimendapkan. Pengawalan rasional mikrostruktur matriks merupakan asas penting untuk meningkatkan rintangan haus.

1.2 Jenis dan Peraturan Pengagihan Fasa Penguatan Aloi

Fasa pengukuhan aloi merupakan elemen teras untuk meningkatkan rintangan haus dawai kimpalan tahan haus, dan jenis, kuantiti, saiz dan keadaan taburannya secara langsung menentukan kesan peningkatan rintangan haus. Dalam logam yang dimendapkan bagi dawai kimpalan tahan haus, fasa pengukuhan aloi biasa terutamanya termasuk karbida, nitrida, borida, dan sebagainya. Antaranya, fasa karbida digunakan secara meluas kerana kekerasan dan kestabilannya yang tinggi. Pelbagai jenis fasa karbida mempunyai kekerasan dan kestabilan yang berbeza. Contohnya, kekerasan Cr₇C₃ mencapai setinggi 1800–2200 HV, yang jauh lebih tinggi daripada bahan matriks, memberikan kesan yang ketara terhadap peningkatan rintangan haus. Di samping itu, peraturan taburan fasa pengukuhan aloi juga penting. Fasa pengukuhan yang tersebar secara seragam boleh menghalang pergerakan zarah kasar dengan lebih berkesan dan mengelakkan haus setempat yang berlebihan. Sebaliknya, pengagregatan dan pengasingan fasa pengukuhan akan menyebabkan prestasi logam yang dimendapkan tidak sekata, sekali gus mengurangkan rintangan haus dan keliatannya. Oleh itu, pemilihan jenis fasa pengukuhan aloi secara rasional dan mengawal selia pengagihan seragamnya melalui cara teknikal adalah faktor utama untuk meningkatkan rintangan haus dawai kimpalan tahan haus.

1.3 Mekanisme Pengawalseliaan Proses Kimpalan terhadap Rintangan Haus Logam Termendap

Proses kimpalan merupakan prosedur utama yang menghubungkan dawai kimpalan dengan bahan matriks dan membentuk logam yang dimendapkan. Parameter prosesnya (seperti arus kimpalan, voltan, kelajuan kimpalan, jenis gas pelindung, dll.) memainkan peranan pengawalseliaan yang penting dalam komposisi kimia, mikrostruktur, dan rintangan haus logam yang dimendapkan. Magnitud arus dan voltan kimpalan secara langsung mempengaruhi input haba kimpalan, yang seterusnya mempengaruhi suhu dan kadar penyejukan kolam lebur. Input haba yang lebih tinggi akan meningkatkan suhu kolam lebur, menyebabkan pengerasan butiran logam yang dimendapkan, dan pembubaran fasa pengukuhan yang berlebihan, sekali gus mengurangkan kekerasan dan rintangan hausnya. Sebaliknya, input haba yang lebih rendah boleh menyebabkan kimpalan yang tidak mencukupi, mengakibatkan kecacatan seperti penembusan yang tidak lengkap dan kemasukan sanga, yang juga menjejaskan prestasi logam yang dimendapkan. Kelajuan kimpalan menjejaskan kualiti pembentukan dan kadar penyejukan logam yang dimendapkan; kelajuan kimpalan yang munasabah dapat memastikan logam yang dimendapkan mempunyai ketebalan yang seragam dan struktur yang padat. Jenis dan kadar aliran gas pelindung digunakan terutamanya untuk mencegah pengoksidaan kolam lebur, memastikan kestabilan proses kimpalan, dan mengelakkan kesan buruk produk pengoksidaan terhadap prestasi logam yang dimendapkan. Oleh itu, mengoptimumkan parameter proses kimpalan untuk mencapai pengawalaturan mikrostruktur logam yang termendap dengan tepat merupakan jaminan penting untuk meningkatkan rintangan haus dawai kimpalan tahan haus.

1.4 Petunjuk Penilaian Teras dan Kaedah Pengujian Piawai untuk Rintangan Haus

Penilaian tepat terhadap rintangan haus dawai kimpalan tahan haus adalah asas untuk menggalakkan penyelidikan dan pembangunan serta aplikasi teknologi. Pada masa ini, satu siri petunjuk penilaian teras dan kaedah ujian piawai telah dibentuk dalam industri. Petunjuk penilaian teras terutamanya merangkumi kekerasan, kehilangan haus, rintangan haus relatif, dan sebagainya. Kekerasan adalah indeks penting untuk mengukur rintangan bahan terhadap ubah bentuk dan haus setempat, biasanya diuji dengan kaedah kekerasan Brinell (HB), kekerasan Rockwell (HRC), atau kekerasan Vickers (HV). Logam yang diendapkan dengan kekerasan yang tinggi biasanya mempunyai rintangan haus yang lebih baik. Kehilangan haus merujuk kepada kehilangan jisim atau kehilangan isipadu bahan di bawah keadaan haus tertentu; semakin kecil kehilangan haus, semakin baik rintangan haus bahan tersebut. Rintangan haus relatif diperoleh dengan membandingkan kehilangan haus bahan yang diuji dengan bahan piawai, yang dapat mencerminkan kelebihan rintangan haus bahan yang diuji secara lebih intuitif. Kaedah ujian piawai terutamanya merangkumi ujian haus kasar, ujian haus hentaman, ujian haus gelongsor, dan sebagainya. Kaedah ujian yang berbeza mensimulasikan keadaan haus yang berbeza, membolehkan penilaian komprehensif terhadap rintangan haus dawai kimpalan tahan haus di bawah keadaan perkhidmatan yang berbeza. Sebagai contoh, ujian haus kasar terutamanya mensimulasikan keadaan kerja jentera perlombongan yang tertakluk kepada pemotongan kasar, manakala ujian haus hentaman mensimulasikan keadaan kerja jentera kejuruteraan yang tertakluk kepada gabungan tindakan hentaman dan haus. Melalui kaedah ujian piawai dan petunjuk penilaian, sokongan data yang objektif dan tepat boleh disediakan untuk perbandingan prestasi dan penyelidikan teknologi serta pembangunan dawai kimpalan tahan haus.

II. Proses Penyediaan dan Teknologi Adaptasi Serbuk Besi Kromium Karbon Tinggi dalam Wayar Kimpalan Tahan Haus

2.1 Pengoptimuman Proses Penyediaan Wayar Kimpalan Tahan Haus dan Kaedah Penambahan Serbuk Besi Kromium Karbon Tinggi

2.1.1 Reka Bentuk Nisbah dan Proses Pencampuran Seragam Serbuk Besi Kromium Karbon Tinggi dalam Wayar Kimpalan Berteras Fluks

Wayar kimpalan teras fluks merupakan salah satu pembawa yang paling banyak digunakan untuk serbuk besi kromium karbon tinggi. Dalam proses penyediaannya, reka bentuk nisbah dan proses pencampuran seragam serbuk besi kromium karbon tinggi adalah kunci untuk memastikan prestasi dawai kimpalan. Dari segi reka bentuk nisbah, adalah perlu untuk menentukan secara munasabah perkadaran serbuk besi kromium karbon tinggi dan komponen lain (seperti serbuk besi, feromangan, ferosilikon, grafit, pembentuk sanga, dll.) mengikut rintangan haus sasaran, prestasi proses kimpalan, dan keperluan sifat mekanikal komprehensif dawai kimpalan. Jika perkadaran serbuk besi kromium karbon tinggi terlalu rendah, fasa karbida yang tidak mencukupi akan terbentuk, dan kesan pengukuhan akan menjadi tidak ketara. Jika perkadaran terlalu tinggi, ketahanan logam yang termendap akan berkurangan, kerentanan terhadap retakan kimpalan akan meningkat, dan kos juga akan meningkat. Secara amnya, adalah munasabah untuk mengawal perkadaran serbuk besi kromium karbon tinggi dalam dawai kimpalan teras fluks antara 20% dan 40%. Dari segi proses pencampuran yang seragam, untuk memastikan pengagihan serbuk besi kromium berkarbon tinggi yang seragam di dalam teras fluks, adalah perlu untuk menggunakan peralatan pencampuran yang cekap dan proses pencampuran yang munasabah. Pada masa ini, peralatan pencampuran yang biasa digunakan termasuk pengadun kon dan pengadun heliks berganda. Semasa proses pencampuran, parameter seperti masa pencampuran dan kelajuan putaran perlu dikawal untuk mengelakkan pencampuran yang tidak sekata atau penggumpalan zarah. Di samping itu, sebelum pencampuran, serbuk besi kromium berkarbon tinggi dan komponen lain perlu dikeringkan untuk menghilangkan kelembapan dan kekotoran, memastikan kualiti pencampuran dan prestasi proses kimpalan wayar kimpalan.

2.1.2 Teknologi Penyediaan Salutan Serbuk Besi Kromium Karbon Tinggi pada Permukaan Wayar Kimpalan Pepejal

Selain dawai kimpalan berteras fluks, menyalut permukaan dawai kimpalan pepejal dengan salutan yang mengandungi serbuk besi kromium karbon tinggi juga merupakan bentuk aplikasi penting bagi serbuk besi kromium karbon tinggi. Teras teknologi penyediaan ini adalah untuk mencampurkan serbuk besi kromium karbon tinggi dengan pengikat dan unsur pengaloi lain untuk menyediakan bahan salutan melalui cara teknologi tertentu, menyalutnya secara seragam pada permukaan dawai kimpalan pepejal, dan membentuk salutan dengan ketebalan dan kekuatan tertentu selepas pengeringan dan pengawetan. Kunci kepada teknologi ini terletak pada reka bentuk formula bahan salutan dan pengoptimuman proses salutan. Dalam formula bahan salutan, kandungan serbuk besi kromium karbon tinggi perlu diselaraskan secara munasabah mengikut prestasi sasaran. Pengikat harus mempunyai kekuatan ikatan yang baik dan kestabilan suhu tinggi untuk memastikan salutan tidak jatuh atau terurai semasa proses kimpalan. Dari segi proses salutan, kaedah biasa termasuk salutan celup, salutan semburan, salutan gulung, dan sebagainya. Kaedah salutan celup mempunyai kelebihan proses yang mudah dan kos rendah tetapi keseragaman ketebalan salutan yang lemah. Kaedah salutan semburan boleh mendapatkan ketebalan salutan yang seragam tetapi mempunyai kos peralatan yang tinggi. Kaedah salutan gulung menggabungkan kelebihan proses mudah dan ketebalan salutan yang seragam, jadi ia digunakan secara meluas. Di samping itu, proses pengeringan dan pengawetan salutan juga penting; suhu dan masa perlu dikawal untuk memastikan salutan mempunyai kekuatan dan kestabilan yang baik dan mengelakkan kecacatan semasa proses kimpalan.

2.2 Kajian Eksperimen tentang Pengoptimuman Jumlah Penambahan Serbuk Besi Kromium Karbon Tinggi

2.2.1 Pengaruh Jumlah Penambahan terhadap Kecekapan Pemendapan Wayar Kimpalan

Jumlah penambahan serbuk besi kromium karbon tinggi bukan sahaja mempengaruhi rintangan haus logam yang dimendapkan tetapi juga mempunyai kesan yang ketara terhadap kecekapan pemendapan dawai kimpalan. Kecekapan pemendapan merupakan indeks penting untuk mengukur prestasi kimpalan dawai kimpalan, merujuk kepada nisbah jisim logam yang dimendapkan kepada jisim dawai kimpalan yang digunakan setiap unit masa. Sebilangan besar kajian eksperimen mendapati bahawa terdapat hubungan tak linear antara jumlah penambahan serbuk besi kromium karbon tinggi dan kecekapan pemendapan. Apabila jumlah penambahan kecil, serbuk besi kromium karbon tinggi mempunyai sedikit kesan terhadap kecekapan pemendapan. Dengan peningkatan jumlah penambahan, kecekapan pemendapan akan bertambah baik secara beransur-ansur kerana beberapa unsur dalam serbuk besi kromium karbon tinggi dapat meningkatkan kebendairan kolam lebur dan menggalakkan pencairan dan pemendapan dawai kimpalan. Walau bagaimanapun, apabila jumlah penambahan melebihi ambang tertentu, kecekapan pemendapan akan mula menurun. Ini kerana serbuk besi kromium karbon tinggi mempunyai ketumpatan yang tinggi; penambahan yang berlebihan akan memperlahankan kelajuan pencairan dawai kimpalan. Sementara itu, pembentukan fasa karbida yang berlebihan akan meningkatkan kelikatan kolam lebur, menghalang aliran dan pembentukan logam yang dimendapkan. Oleh itu, adalah perlu untuk menentukan julat penambahan optimum serbuk besi kromium berkarbon tinggi melalui eksperimen pengoptimuman untuk memastikan rintangan haus logam yang dimendapkan sambil mengambil kira kecekapan pemendapan yang tinggi.

2.2.2 Hukum Evolusi Rintangan Haus Logam Termendap dengan Jumlah Penambahan yang Berbeza

Rintangan haus logam yang dimendapkan menunjukkan hukum evolusi yang jelas dengan jumlah penambahan serbuk besi kromium karbon tinggi yang berbeza. Keputusan ujian menunjukkan bahawa dengan peningkatan jumlah penambahan serbuk besi kromium karbon tinggi, bilangan fasa karbida dalam logam yang dimendapkan secara beransur-ansur meningkat, dan kekerasan dan rintangan haus juga meningkat sewajarnya. Apabila jumlah penambahan mencapai nilai tertentu, kekerasan dan rintangan haus logam yang dimendapkan mencapai puncak. Jika jumlah penambahan terus meningkat, kekerasan dan rintangan haus logam yang dimendapkan tidak akan bertambah baik tetapi sebaliknya akan berkurangan, dan keliatan juga akan berkurangan dengan ketara. Ini kerana apabila jumlah penambahan terlalu tinggi, bilangan fasa karbida adalah berlebihan, yang membawa kepada pengagregatan dan pengasingan, yang mengakibatkan mikrostruktur logam yang dimendapkan dan kepekatan tegasan setempat yang tidak sekata. Semasa proses haus, retakan mudah berlaku, mempercepatkan kegagalan haus. Di samping itu, fasa karbida yang berlebihan juga akan mengurangkan prestasi proses kimpalan logam yang dimendapkan dan meningkatkan risiko retakan kimpalan. Oleh itu, menentukan jumlah penambahan serbuk besi kromium karbon tinggi yang optimum melalui eksperimen adalah kunci untuk mencapai keseimbangan antara rintangan haus dan sifat mekanikal komprehensif logam yang dimendapkan.

2.3 Teknologi Pengawalseliaan Keserasian antara Serbuk Besi Kromium Karbon Tinggi dan Komponen Lain bagi Wayar Kimpalan

Keserasian antara serbuk besi kromium berkarbon tinggi dan komponen lain dalam dawai kimpalan (seperti logam matriks, elemen pengaloi lain, pembentuk sanga, penyahoksida, dll.) secara langsung mempengaruhi prestasi proses kimpalan dawai kimpalan dan prestasi logam yang dimendapkan. Oleh itu, teknologi pengawalaturan yang berkesan perlu diguna pakai untuk memastikan keserasian yang baik. Pertama, dari segi pemilihan komponen, adalah perlu untuk memilih komponen lain secara munasabah mengikut komposisi kimia dan sifat fizikal serbuk besi kromium berkarbon tinggi. Contohnya, memilih feromangan, ferosilikon, dll., dengan keupayaan penyahoksidaan yang baik sebagai penyahoksida boleh menyingkirkan oksigen dalam kolam lebur dengan berkesan, mengelakkan pembentukan oksida antara oksigen dan kromium, dan mencegah kesan pada pembentukan fasa karbida. Memilih pembentuk sanga yang sesuai boleh memastikan pembentukan sanga yang baik semasa proses kimpalan, melindungi kolam lebur dan jahitan kimpalan, dan mengurangkan penghasilan kecacatan. Kedua, dari segi pengawalaturan nisbah, adalah perlu untuk mengoptimumkan perkadaran setiap komponen melalui eksperimen untuk mengelakkan masalah keserasian yang disebabkan oleh jumlah komponen tertentu yang berlebihan atau tidak mencukupi. Contohnya, perkadaran pembentuk sanga yang terlalu tinggi boleh menyebabkan sanga berlebihan, yang menjejaskan pembentukan logam yang termendap; perkadaran penyahoksida yang tidak mencukupi tidak dapat menyingkirkan unsur berbahaya dengan berkesan. Di samping itu, interaksi antara pelbagai komponen boleh diperbaiki dan keserasian boleh dipertingkatkan dengan menambah jumlah aloi induk atau unsur nadir bumi yang sesuai. Unsur nadir bumi mempunyai kesan penulenan dan pengubahsuaian yang baik, yang boleh menghalusi butiran, meningkatkan pengagihan fasa karbida, meningkatkan daya ikatan antara pelbagai komponen, dan meningkatkan prestasi komprehensif dawai kimpalan.