Το καρβίδιο είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη κατηγορία υλικών εργαλείων υψηλής ταχύτητας κατεργασίας (HSM), τα οποία παράγονται με διαδικασίες μεταλλουργίας σκόνης και αποτελούνται από σωματίδια σκληρού καρβιδίου (συνήθως καρβιδίου βολφραμίου WC) και μια μαλακότερη σύνθεση μεταλλικού δεσμού. Προς το παρόν, υπάρχουν εκατοντάδες καρβίδια με βάση το WC με διαφορετικές συνθέσεις, τα περισσότερα από τα οποία χρησιμοποιούν κοβάλτιο (Co) ως συνδετικό υλικό, το νικέλιο (Ni) και το χρώμιο (Cr) είναι επίσης συνήθως χρησιμοποιούμενα συνδετικά στοιχεία, ενώ μπορούν επίσης να προστεθούν και κάποια στοιχεία κράματος. Γιατί υπάρχουν τόσες πολλές ποιότητες καρβιδίου; Πώς επιλέγουν οι κατασκευαστές εργαλείων το σωστό υλικό εργαλείου για μια συγκεκριμένη λειτουργία κοπής; Για να απαντήσουμε σε αυτά τα ερωτήματα, ας δούμε πρώτα τις διάφορες ιδιότητες που καθιστούν το καρβίδιο με τσιμέντο ένα ιδανικό υλικό εργαλείων.
σκληρότητα και ανθεκτικότητα
Το καρβίδιο βολφραμίου με τσιμέντο WC-Co έχει μοναδικά πλεονεκτήματα τόσο στη σκληρότητα όσο και στην ανθεκτικότητα. Το καρβίδιο του βολφραμίου (WC) είναι εγγενώς πολύ σκληρό (περισσότερο από το κορούνδιο ή την αλουμίνα) και η σκληρότητά του σπάνια μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία λειτουργίας. Ωστόσο, δεν διαθέτει επαρκή ανθεκτικότητα, μια απαραίτητη ιδιότητα για τα εργαλεία κοπής. Προκειμένου να επωφεληθούν από την υψηλή σκληρότητα του καρβιδίου του βολφραμίου και να βελτιώσουν την ανθεκτικότητά του, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν μεταλλικούς δεσμούς για να συνδέσουν το καρβίδιο του βολφραμίου μεταξύ τους, έτσι ώστε αυτό το υλικό να έχει σκληρότητα που υπερβαίνει κατά πολύ αυτή του χάλυβα υψηλής ταχύτητας, ενώ παράλληλα είναι σε θέση να αντέξει τις περισσότερες εργασίες κοπής. Επιπλέον, μπορεί να αντέξει τις υψηλές θερμοκρασίες κοπής που προκαλούνται από την κατεργασία υψηλής ταχύτητας.
Σήμερα, σχεδόν όλα τα μαχαίρια και τα ένθετα WC-Co είναι επικαλυμμένα, επομένως ο ρόλος του βασικού υλικού φαίνεται λιγότερο σημαντικός. Αλλά στην πραγματικότητα, είναι το υψηλό μέτρο ελαστικότητας του υλικού WC-Co (ένα μέτρο ακαμψίας, το οποίο είναι περίπου τρεις φορές μεγαλύτερο από αυτό του χάλυβα υψηλής ταχύτητας σε θερμοκρασία δωματίου) που παρέχει το μη παραμορφώσιμο υπόστρωμα για την επικάλυψη. Η μήτρα WC-Co παρέχει επίσης την απαιτούμενη σκληρότητα. Αυτές οι ιδιότητες είναι οι βασικές ιδιότητες των υλικών WC-Co, αλλά οι ιδιότητες του υλικού μπορούν επίσης να προσαρμοστούν προσαρμόζοντας τη σύνθεση και τη μικροδομή του υλικού κατά την παραγωγή σκονών καρβιδίου με τσιμέντο. Επομένως, η καταλληλότητα της απόδοσης του εργαλείου για μια συγκεκριμένη κατεργασία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αρχική διαδικασία φρεζαρίσματος.
Διαδικασία άλεσης
Η σκόνη καρβιδίου του βολφραμίου λαμβάνεται με ενανθράκωση σκόνης βολφραμίου (W). Τα χαρακτηριστικά της σκόνης καρβιδίου του βολφραμίου (ειδικά το μέγεθος των σωματιδίων της) εξαρτώνται κυρίως από το μέγεθος των σωματιδίων της πρώτης ύλης σκόνης βολφραμίου και τη θερμοκρασία και τον χρόνο ενανθράκωσης. Ο χημικός έλεγχος είναι επίσης κρίσιμος και η περιεκτικότητα σε άνθρακα πρέπει να διατηρείται σταθερή (κοντά στην στοιχειομετρική τιμή 6,13% κατά βάρος). Μια μικρή ποσότητα βαναδίου ή/και χρωμίου μπορεί να προστεθεί πριν από την επεξεργασία ενανθράκωσης, προκειμένου να ελεγχθεί το μέγεθος των σωματιδίων της σκόνης μέσω των επόμενων διεργασιών. Διαφορετικές συνθήκες διεργασίας και διαφορετικές χρήσεις τελικής επεξεργασίας απαιτούν έναν συγκεκριμένο συνδυασμό μεγέθους σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου, περιεκτικότητας σε άνθρακα, περιεκτικότητας σε βανάδιο και περιεκτικότητας σε χρώμιο, μέσω του οποίου μπορεί να παραχθεί μια ποικιλία διαφορετικών σκονών καρβιδίου του βολφραμίου. Για παράδειγμα, η ATI Alldyne, κατασκευαστής σκόνης καρβιδίου βολφραμίου, παράγει 23 τυποποιημένες ποιότητες σκόνης καρβιδίου βολφραμίου και οι ποικιλίες σκόνης καρβιδίου βολφραμίου που προσαρμόζονται σύμφωνα με τις απαιτήσεις των χρηστών μπορούν να φτάσουν σε περισσότερο από 5 φορές μεγαλύτερη ποιότητα από τις τυπικές ποιότητες σκόνης καρβιδίου βολφραμίου.
Κατά την ανάμειξη και την άλεση σκόνης καρβιδίου βολφραμίου και μεταλλικού δεσμού για την παραγωγή μιας συγκεκριμένης ποιότητας σκόνης καρβιδίου με τσιμέντο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι συνδυασμοί. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο είναι 3% - 25% (αναλογία βάρους) και σε περίπτωση που χρειάζεται να ενισχυθεί η αντοχή του εργαλείου στη διάβρωση, είναι απαραίτητο να προστεθούν νικέλιο και χρώμιο. Επιπλέον, ο μεταλλικός δεσμός μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω με την προσθήκη άλλων συστατικών κράματος. Για παράδειγμα, η προσθήκη ρουθηνίου σε καρβίδιο με τσιμέντο WC-Co μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ανθεκτικότητά του χωρίς να μειώσει τη σκληρότητά του. Η αύξηση της περιεκτικότητας σε συνδετικό υλικό μπορεί επίσης να βελτιώσει την ανθεκτικότητα του καρβιδίου με τσιμέντο, αλλά θα μειώσει τη σκληρότητά του.
Η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου μπορεί να αυξήσει τη σκληρότητα του υλικού, αλλά το μέγεθος των σωματιδίων του καρβιδίου του βολφραμίου πρέπει να παραμείνει το ίδιο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύντηξης. Κατά τη διάρκεια της σύντηξης, τα σωματίδια καρβιδίου του βολφραμίου συνδυάζονται και αναπτύσσονται μέσω μιας διαδικασίας διάλυσης και επανακαθίζησης. Στην πραγματική διαδικασία σύντηξης, προκειμένου να σχηματιστεί ένα πλήρως πυκνό υλικό, ο μεταλλικός δεσμός γίνεται υγρός (ονομάζεται σύντηξη υγρής φάσης). Ο ρυθμός ανάπτυξης των σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου μπορεί να ελεγχθεί με την προσθήκη άλλων καρβιδίων μεταβατικών μετάλλων, συμπεριλαμβανομένου του καρβιδίου του βαναδίου (VC), του καρβιδίου του χρωμίου (Cr3C2), του καρβιδίου του τιτανίου (TiC), του καρβιδίου του τανταλίου (TaC) και του καρβιδίου του νιοβίου (NbC). Αυτά τα μεταλλικά καρβίδια συνήθως προστίθενται όταν η σκόνη καρβιδίου του βολφραμίου αναμειγνύεται και αλέθεται με έναν μεταλλικό δεσμό, αν και το καρβίδιο του βαναδίου και το καρβίδιο του χρωμίου μπορούν επίσης να σχηματιστούν όταν η σκόνη καρβιδίου του βολφραμίου ενανθράκεται.
Η σκόνη καρβιδίου του βολφραμίου μπορεί επίσης να παραχθεί με τη χρήση ανακυκλωμένων υλικών από τσιμεντωμένο καρβίδιο. Η ανακύκλωση και η επαναχρησιμοποίηση του άχρηστου καρβιδίου έχει μακρά ιστορία στη βιομηχανία τσιμεντωμένου καρβιδίου και αποτελεί σημαντικό μέρος ολόκληρης της οικονομικής αλυσίδας της βιομηχανίας, συμβάλλοντας στη μείωση του κόστους των υλικών, στην εξοικονόμηση φυσικών πόρων και στην αποφυγή αποβλήτων. Επιβλαβής απόρριψη. Το άχρηστο τσιμεντωμένο καρβίδιο μπορεί γενικά να επαναχρησιμοποιηθεί με τη διαδικασία APT (παραβολφραμικό αμμώνιο), τη διαδικασία ανάκτησης ψευδαργύρου ή με σύνθλιψη. Αυτές οι «ανακυκλωμένες» σκόνες καρβιδίου του βολφραμίου έχουν γενικά καλύτερη, προβλέψιμη πυκνότητα επειδή έχουν μικρότερη επιφάνεια από τις σκόνες καρβιδίου του βολφραμίου που παράγονται απευθείας μέσω της διαδικασίας ενανθράκωσης βολφραμίου.
Οι συνθήκες επεξεργασίας της μικτής άλεσης σκόνης καρβιδίου του βολφραμίου και μεταλλικού δεσμού είναι επίσης κρίσιμες παράμετροι της διαδικασίας. Οι δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές άλεσης είναι η άλεση με σφαιρίδια και η μικροάλεση. Και οι δύο διαδικασίες επιτρέπουν την ομοιόμορφη ανάμειξη των αλεσμένων σκονών και τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων. Προκειμένου το κατεργαζόμενο τεμάχιο που θα συμπιεστεί αργότερα να έχει επαρκή αντοχή, να διατηρήσει το σχήμα του και να επιτρέψει στον χειριστή ή τον χειριστή να παραλάβει το τεμάχιο για λειτουργία, είναι συνήθως απαραίτητο να προστεθεί ένα οργανικό συνδετικό υλικό κατά την άλεση. Η χημική σύνθεση αυτού του δεσμού μπορεί να επηρεάσει την πυκνότητα και την αντοχή του πιεσμένου τεμαχίου. Για να διευκολυνθεί ο χειρισμός, συνιστάται η προσθήκη συνδετικών υλικών υψηλής αντοχής, αλλά αυτό έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη πυκνότητα συμπύκνωσης και μπορεί να δημιουργήσει σβόλους που μπορούν να προκαλέσουν ελαττώματα στο τελικό προϊόν.
Μετά την άλεση, η σκόνη συνήθως ξηραίνεται με ψεκασμό για να παραχθούν ελεύθερα ρέοντα συσσωματώματα που συγκρατούνται μεταξύ τους από οργανικά συνδετικά υλικά. Ρυθμίζοντας τη σύνθεση του οργανικού συνδετικού υλικού, η ρευστότητα και η πυκνότητα φορτίου αυτών των συσσωματωμάτων μπορούν να προσαρμοστούν όπως επιθυμείτε. Με την απομάκρυνση των χονδρότερων ή λεπτότερων σωματιδίων, η κατανομή μεγέθους των σωματιδίων του συσσωματώματος μπορεί να προσαρμοστεί περαιτέρω για να εξασφαλιστεί καλή ροή όταν φορτώνεται στην κοιλότητα του καλουπιού.
Κατασκευή τεμαχίων εργασίας
Τα τεμάχια καρβιδίου μπορούν να σχηματιστούν με μια ποικιλία μεθόδων επεξεργασίας. Ανάλογα με το μέγεθος του τεμαχίου, το επίπεδο πολυπλοκότητας του σχήματος και την παρτίδα παραγωγής, τα περισσότερα ένθετα κοπής χυτεύονται χρησιμοποιώντας άκαμπτες μήτρες πίεσης άνω και κάτω. Προκειμένου να διατηρηθεί η συνοχή του βάρους και του μεγέθους του τεμαχίου κατά τη διάρκεια κάθε συμπίεσης, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι η ποσότητα σκόνης (μάζα και όγκος) που ρέει στην κοιλότητα είναι ακριβώς η ίδια. Η ρευστότητα της σκόνης ελέγχεται κυρίως από την κατανομή μεγέθους των συσσωματωμάτων και τις ιδιότητες του οργανικού συνδετικού υλικού. Τα χυτευμένα τεμάχια (ή "κενά") σχηματίζονται εφαρμόζοντας πίεση χύτευσης 10-80 ksi (κιλολίβρες ανά τετραγωνικό πόδι) στη σκόνη που φορτώνεται στην κοιλότητα του καλουπιού.
Ακόμα και υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση χύτευσης, τα σκληρά σωματίδια καρβιδίου του βολφραμίου δεν παραμορφώνονται ούτε σπάνε, αλλά το οργανικό συνδετικό υλικό πιέζεται στα κενά μεταξύ των σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου, σταθεροποιώντας έτσι τη θέση των σωματιδίων. Όσο υψηλότερη είναι η πίεση, τόσο πιο σφιχτή είναι η συγκόλληση των σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου και τόσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα συμπύκνωσης του τεμαχίου εργασίας. Οι ιδιότητες χύτευσης των ποιοτήτων σκόνης τσιμεντοειδούς καρβιδίου μπορεί να ποικίλλουν, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε μεταλλικό συνδετικό υλικό, το μέγεθος και το σχήμα των σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου, τον βαθμό συσσωμάτωσης και τη σύνθεση και την προσθήκη οργανικού συνδετικού υλικού. Προκειμένου να παρέχονται ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες συμπύκνωσης των ποιοτήτων σκόνης τσιμεντοειδούς καρβιδίου, η σχέση μεταξύ πυκνότητας χύτευσης και πίεσης χύτευσης συνήθως σχεδιάζεται και κατασκευάζεται από τον κατασκευαστή της σκόνης. Αυτές οι πληροφορίες διασφαλίζουν ότι η παρεχόμενη σκόνη είναι συμβατή με τη διαδικασία χύτευσης του κατασκευαστή του εργαλείου.
Τα μεγάλα τεμάχια καρβιδίου ή τα τεμάχια καρβιδίου με υψηλές αναλογίες διαστάσεων (όπως στελέχη για φρέζες και τρυπάνια) κατασκευάζονται συνήθως από ομοιόμορφα συμπιεσμένες ποιότητες σκόνης καρβιδίου σε εύκαμπτη σακούλα. Αν και ο κύκλος παραγωγής της μεθόδου ισορροπημένης συμπίεσης είναι μεγαλύτερος από αυτόν της μεθόδου χύτευσης, το κόστος κατασκευής του εργαλείου είναι χαμηλότερο, επομένως αυτή η μέθοδος είναι πιο κατάλληλη για παραγωγή μικρών παρτίδων.
Αυτή η μέθοδος επεξεργασίας είναι η τοποθέτηση της σκόνης στη σακούλα και το σφράγισμα του στομίου της σακούλας, και στη συνέχεια η τοποθέτηση της σακούλας γεμάτης με σκόνη σε έναν θάλαμο, και η εφαρμογή πίεσης 30-60ksi μέσω μιας υδραυλικής συσκευής για συμπίεση. Τα συμπιεσμένα τεμάχια συχνά κατεργάζονται σε συγκεκριμένες γεωμετρίες πριν από την πυροσυσσωμάτωση. Το μέγεθος του σάκου διευρύνεται για να προσαρμοστεί στη συρρίκνωση του τεμαχίου κατά τη συμπύκνωση και για να παρέχει επαρκές περιθώριο για τις εργασίες λείανσης. Δεδομένου ότι το τεμάχιο πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία μετά την συμπίεση, οι απαιτήσεις για τη συνοχή της φόρτωσης δεν είναι τόσο αυστηρές όσο αυτές της μεθόδου χύτευσης, αλλά εξακολουθεί να είναι επιθυμητό να διασφαλιστεί ότι η ίδια ποσότητα σκόνης φορτώνεται στη σακούλα κάθε φορά. Εάν η πυκνότητα φόρτωσης της σκόνης είναι πολύ μικρή, μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκή σκόνη στη σακούλα, με αποτέλεσμα το τεμάχιο να είναι πολύ μικρό και να πρέπει να απορριφθεί. Εάν η πυκνότητα φόρτωσης της σκόνης είναι πολύ υψηλή και η σκόνη που φορτώνεται στη σακούλα είναι υπερβολικά μεγάλη, το τεμάχιο πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία για να αφαιρεθεί περισσότερη σκόνη μετά την συμπίεσή του. Παρόλο που η περίσσεια σκόνης που αφαιρείται και τα απορριφθέντα τεμάχια μπορούν να ανακυκλωθούν, κάτι τέτοιο μειώνει την παραγωγικότητα.
Τα τεμάχια εργασίας από καρβίδιο μπορούν επίσης να διαμορφωθούν χρησιμοποιώντας μήτρες εξώθησης ή μήτρες έγχυσης. Η διαδικασία χύτευσης με εξώθηση είναι πιο κατάλληλη για τη μαζική παραγωγή τεμαχίων εργασίας αξονοσυμμετρικού σχήματος, ενώ η διαδικασία χύτευσης με έγχυση χρησιμοποιείται συνήθως για τη μαζική παραγωγή τεμαχίων εργασίας σύνθετου σχήματος. Και στις δύο διαδικασίες χύτευσης, οι ποιότητες σκόνης καρβιδίου με τσιμέντο αιωρούνται σε ένα οργανικό συνδετικό υλικό που προσδίδει μια υφή παρόμοια με οδοντόκρεμα στο μείγμα καρβιδίου με τσιμέντο. Η ένωση στη συνέχεια είτε εξωθείται μέσω μιας οπής είτε εγχέεται σε μια κοιλότητα για να σχηματιστεί. Τα χαρακτηριστικά της ποιότητας σκόνης καρβιδίου με τσιμέντο καθορίζουν τη βέλτιστη αναλογία σκόνης προς συνδετικό υλικό στο μείγμα και έχουν σημαντική επίδραση στη ρευστότητα του μείγματος μέσω της οπής εξώθησης ή της έγχυσης στην κοιλότητα.
Αφού το τεμάχιο εργασίας διαμορφωθεί με χύτευση, ισοστατική συμπίεση, εξώθηση ή χύτευση με έγχυση, το οργανικό συνδετικό υλικό πρέπει να αφαιρεθεί από το τεμάχιο εργασίας πριν από το τελικό στάδιο σύντηξης. Η σύντηξη αφαιρεί το πορώδες από το τεμάχιο εργασίας, καθιστώντας το πλήρως (ή ουσιαστικά) πυκνό. Κατά τη διάρκεια της σύντηξης, ο μεταλλικός δεσμός στο τεμάχιο εργασίας που διαμορφώθηκε με πίεση γίνεται υγρός, αλλά το τεμάχιο εργασίας διατηρεί το σχήμα του υπό τη συνδυασμένη δράση τριχοειδών δυνάμεων και σύνδεσης σωματιδίων.
Μετά την πυροσυσσωμάτωση, η γεωμετρία του τεμαχίου παραμένει η ίδια, αλλά οι διαστάσεις μειώνονται. Για να επιτευχθεί το απαιτούμενο μέγεθος τεμαχίου μετά την πυροσυσσωμάτωση, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο ρυθμός συρρίκνωσης κατά το σχεδιασμό του εργαλείου. Η ποιότητα της σκόνης καρβιδίου που χρησιμοποιείται για την κατασκευή κάθε εργαλείου πρέπει να έχει σχεδιαστεί ώστε να έχει τη σωστή συρρίκνωση όταν συμπιέζεται υπό την κατάλληλη πίεση.
Σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις, απαιτείται επεξεργασία του τεμαχίου μετά την πυροσυσσωμάτωση. Η πιο βασική επεξεργασία των κοπτικών εργαλείων είναι το ακόνισμα της κοπτικής ακμής. Πολλά εργαλεία απαιτούν λείανση της γεωμετρίας και των διαστάσεών τους μετά την πυροσυσσωμάτωση. Ορισμένα εργαλεία απαιτούν λείανση από πάνω και από κάτω. άλλα απαιτούν περιφερειακή λείανση (με ή χωρίς ακόνισμα της κοπτικής ακμής). Όλα τα θραύσματα καρβιδίου από την λείανση μπορούν να ανακυκλωθούν.
Επίστρωση τεμαχίου εργασίας
Σε πολλές περιπτώσεις, το τελικό τεμάχιο εργασίας χρειάζεται επίστρωση. Η επίστρωση παρέχει λιπαντικότητα και αυξημένη σκληρότητα, καθώς και ένα φράγμα διάχυσης στο υπόστρωμα, αποτρέποντας την οξείδωση όταν εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες. Το υπόστρωμα από τσιμεντωμένο καρβίδιο είναι κρίσιμο για την απόδοση της επίστρωσης. Εκτός από την προσαρμογή των κύριων ιδιοτήτων της σκόνης μήτρας, οι επιφανειακές ιδιότητες της μήτρας μπορούν επίσης να προσαρμοστούν με χημική επιλογή και αλλαγή της μεθόδου σύντηξης. Μέσω της μετανάστευσης του κοβαλτίου, περισσότερο κοβάλτιο μπορεί να εμπλουτιστεί στο εξωτερικό στρώμα της επιφάνειας της λεπίδας σε πάχος 20-30 μm σε σχέση με το υπόλοιπο τεμάχιο εργασίας, δίνοντας έτσι στην επιφάνεια του υποστρώματος καλύτερη αντοχή και σκληρότητα, καθιστώντας την πιο ανθεκτική στην παραμόρφωση.
Με βάση τη δική τους διαδικασία κατασκευής (όπως η μέθοδος αποκήρωσης, ο ρυθμός θέρμανσης, ο χρόνος πυροσυσσωμάτωσης, η θερμοκρασία και η τάση ενανθράκωσης), ο κατασκευαστής εργαλείων μπορεί να έχει κάποιες ειδικές απαιτήσεις για την ποιότητα της σκόνης τσιμεντοειδούς καρβιδίου που χρησιμοποιείται. Ορισμένοι κατασκευαστές εργαλείων μπορεί να πυροσυσσωματώνουν το τεμάχιο εργασίας σε κλίβανο κενού, ενώ άλλοι μπορεί να χρησιμοποιούν έναν κλίβανο θερμής ισοστατικής συμπίεσης (HIP) (ο οποίος ασκεί πίεση στο τεμάχιο εργασίας κοντά στο τέλος του κύκλου διεργασίας για την απομάκρυνση τυχόν υπολειμμάτων) πόρων. Τα τεμάχια εργασίας που πυροσυσσωματώνονται σε κλίβανο κενού μπορεί επίσης να χρειάζονται θερμή ισοστατική συμπίεση μέσω μιας πρόσθετης διαδικασίας για την αύξηση της πυκνότητας του τεμαχίου εργασίας. Ορισμένοι κατασκευαστές εργαλείων μπορεί να χρησιμοποιούν υψηλότερες θερμοκρασίες πυροσυσσωμάτωσης κενού για να αυξήσουν την πυκνότητα πυροσυσσωμάτωσης μειγμάτων με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο, αλλά αυτή η προσέγγιση μπορεί να χονδροποιήσει τη μικροδομή τους. Προκειμένου να διατηρηθεί ένα λεπτό μέγεθος κόκκων, μπορούν να επιλεγούν σκόνες με μικρότερο μέγεθος σωματιδίων καρβιδίου βολφραμίου. Προκειμένου να ταιριάζουν με τον συγκεκριμένο εξοπλισμό παραγωγής, οι συνθήκες αποκήρωσης και η τάση ενανθράκωσης έχουν επίσης διαφορετικές απαιτήσεις για την περιεκτικότητα σε άνθρακα στη σκόνη τσιμεντοειδούς καρβιδίου.
Ταξινόμηση βαθμών
Οι συνδυαστικές αλλαγές διαφορετικών τύπων σκόνης καρβιδίου βολφραμίου, η σύνθεση του μείγματος και η περιεκτικότητα σε μεταλλικό συνδετικό υλικό, ο τύπος και η ποσότητα του αναστολέα ανάπτυξης κόκκων κ.λπ., αποτελούν μια ποικιλία ποιοτήτων τσιμεντωμένου καρβιδίου. Αυτές οι παράμετροι θα καθορίσουν τη μικροδομή του τσιμεντωμένου καρβιδίου και τις ιδιότητές του. Ορισμένοι συγκεκριμένοι συνδυασμοί ιδιοτήτων έχουν καταστεί προτεραιότητα για ορισμένες συγκεκριμένες εφαρμογές επεξεργασίας, καθιστώντας σημαντική την ταξινόμηση διαφόρων ποιοτήτων τσιμεντωμένου καρβιδίου.
Τα δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενα συστήματα ταξινόμησης καρβιδίων για εφαρμογές κατεργασίας είναι το σύστημα χαρακτηρισμού C και το σύστημα χαρακτηρισμού ISO. Παρόλο που κανένα από τα δύο συστήματα δεν αντικατοπτρίζει πλήρως τις ιδιότητες των υλικών που επηρεάζουν την επιλογή των βαθμών καρβιδίου με τσιμέντο, παρέχουν ένα σημείο εκκίνησης για συζήτηση. Για κάθε ταξινόμηση, πολλοί κατασκευαστές έχουν τις δικές τους ειδικές βαθμίδες, με αποτέλεσμα μια μεγάλη ποικιλία βαθμών καρβιδίου.
Οι ποιότητες καρβιδίου μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ανάλογα με τη σύνθεση. Οι ποιότητες καρβιδίου βολφραμίου (WC) μπορούν να χωριστούν σε τρεις βασικούς τύπους: απλές, μικροκρυσταλλικές και κραματοποιημένες. Οι ποιότητες simplex αποτελούνται κυρίως από συνδετικά καρβιδίου βολφραμίου και κοβαλτίου, αλλά μπορεί επίσης να περιέχουν μικρές ποσότητες αναστολέων ανάπτυξης κόκκων. Η μικροκρυσταλλική ποιότητα αποτελείται από καρβίδιο βολφραμίου και συνδετικό κοβαλτίου που προστίθενται με αρκετά χιλιοστά καρβιδίου βαναδίου (VC) και (ή) καρβιδίου χρωμίου (Cr3C2), και το μέγεθος των κόκκων του μπορεί να φτάσει το 1 μm ή λιγότερο. Οι ποιότητες κραμάτων αποτελούνται από συνδετικά καρβιδίου βολφραμίου και κοβαλτίου που περιέχουν λίγα ποσοστά καρβιδίου τιτανίου (TiC), καρβιδίου τανταλίου (TaC) και καρβιδίου νιοβίου (NbC). Αυτές οι προσθήκες είναι επίσης γνωστές ως κυβικά καρβίδια λόγω των ιδιοτήτων σύντηξης τους. Η προκύπτουσα μικροδομή παρουσιάζει μια ανομοιογενή τριφασική δομή.
1) Απλές ποιότητες καρβιδίου
Αυτές οι ποιότητες για κοπή μετάλλων συνήθως περιέχουν 3% έως 12% κοβάλτιο (κατά βάρος). Το εύρος μεγέθους των κόκκων καρβιδίου του βολφραμίου κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 1-8 μm. Όπως και με άλλες ποιότητες, η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του καρβιδίου του βολφραμίου αυξάνει τη σκληρότητά του και την εγκάρσια αντοχή σε ρήξη (TRS), αλλά μειώνει την ανθεκτικότητά του. Η σκληρότητα του καθαρού τύπου κυμαίνεται συνήθως μεταξύ HRA89-93,5. Η εγκάρσια αντοχή σε ρήξη κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 175-350ksi. Οι σκόνες αυτών των ποιοτήτων μπορεί να περιέχουν μεγάλες ποσότητες ανακυκλωμένων υλικών.
Οι απλές ποιότητες μπορούν να χωριστούν σε C1-C4 στο σύστημα ποιοτήτων C και μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τις σειρές ποιοτήτων K, N, S και H στο σύστημα ποιοτήτων ISO. Οι ποιότητες simplex με ενδιάμεσες ιδιότητες μπορούν να ταξινομηθούν ως ποιότητες γενικής χρήσης (όπως C2 ή K20) και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τόρνευση, φρεζάρισμα, πλάνισμα και διάτρηση. Οι ποιότητες με μικρότερο μέγεθος κόκκων ή χαμηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο και υψηλότερη σκληρότητα μπορούν να ταξινομηθούν ως ποιότητες φινιρίσματος (όπως C4 ή K01). Οι ποιότητες με μεγαλύτερο μέγεθος κόκκων ή υψηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο και καλύτερη σκληρότητα μπορούν να ταξινομηθούν ως ποιότητες χοντροκομμένης κατεργασίας (όπως C1 ή K30).
Τα εργαλεία που κατασκευάζονται σε ποιότητες Simplex μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατεργασία χυτοσιδήρου, ανοξείδωτου χάλυβα σειράς 200 και 300, αλουμινίου και άλλων μη σιδηρούχων μετάλλων, υπερκραμάτων και σκληρυμένων χαλύβων. Αυτές οι ποιότητες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές κοπής μη μετάλλων (π.χ. ως εργαλεία γεώτρησης σε βράχους και γεωλογικά γεωτρήσεις) και έχουν εύρος μεγέθους κόκκων 1,5-10μm (ή μεγαλύτερο) και περιεκτικότητα σε κοβάλτιο 6%-16%. Μια άλλη χρήση των απλών ποιοτήτων καρβιδίου στην κοπή μη μετάλλων είναι στην κατασκευή μήτρων και διατρητήρων. Αυτές οι ποιότητες έχουν συνήθως μέσο μέγεθος κόκκων με περιεκτικότητα σε κοβάλτιο 16%-30%.
(2) Μικροκρυσταλλικές ποιότητες τσιμεντοειδούς καρβιδίου
Τέτοιες ποιότητες συνήθως περιέχουν 6%-15% κοβάλτιο. Κατά τη διάρκεια της σύντηξης υγρής φάσης, η προσθήκη καρβιδίου του βαναδίου ή/και καρβιδίου του χρωμίου μπορεί να ελέγξει την ανάπτυξη των κόκκων για να επιτευχθεί μια λεπτή δομή κόκκων με μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 1 μm. Αυτή η λεπτόκοκκη ποιότητα έχει πολύ υψηλή σκληρότητα και εγκάρσια αντοχή σε ρήξη άνω των 500ksi. Ο συνδυασμός υψηλής αντοχής και επαρκούς σκληρότητας επιτρέπει σε αυτές τις ποιότητες να χρησιμοποιούν μεγαλύτερη θετική γωνία κλίσης, η οποία μειώνει τις δυνάμεις κοπής και παράγει λεπτότερα θραύσματα κόβοντας αντί να πιέζει το μεταλλικό υλικό.
Μέσω της αυστηρής ταυτοποίησης της ποιότητας των διαφόρων πρώτων υλών στην παραγωγή βαθμών σκόνης καρβιδίου με τσιμέντο και του αυστηρού ελέγχου των συνθηκών της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης για την αποφυγή του σχηματισμού ασυνήθιστα μεγάλων κόκκων στη μικροδομή του υλικού, είναι δυνατή η επίτευξη κατάλληλων ιδιοτήτων υλικού. Προκειμένου να διατηρηθεί το μέγεθος των κόκκων μικρό και ομοιόμορφο, η ανακυκλωμένη ανακυκλωμένη σκόνη θα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο εάν υπάρχει πλήρης έλεγχος της πρώτης ύλης και της διαδικασίας ανάκτησης, καθώς και εκτεταμένες δοκιμές ποιότητας.
Οι μικροκρυσταλλικές ποιότητες μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τη σειρά βαθμών M στο σύστημα βαθμών ISO. Επιπλέον, άλλες μέθοδοι ταξινόμησης στο σύστημα βαθμών C και στο σύστημα βαθμών ISO είναι οι ίδιες με τις καθαρές ποιότητες. Οι μικροκρυσταλλικές ποιότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή εργαλείων που κόβουν μαλακότερα υλικά κατεργαζόμενου τεμαχίου, επειδή η επιφάνεια του εργαλείου μπορεί να υποστεί κατεργασία πολύ λεία και να διατηρήσει μια εξαιρετικά κοφτερή ακμή κοπής.
Οι μικροκρυσταλλικές ποιότητες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την κατεργασία υπερκραμάτων με βάση το νικέλιο, καθώς μπορούν να αντέξουν σε θερμοκρασίες κοπής έως και 1200°C. Για την επεξεργασία υπερκραμάτων και άλλων ειδικών υλικών, η χρήση εργαλείων μικροκρυσταλλικής ποιότητας και εργαλείων καθαρής ποιότητας που περιέχουν ρουθήνιο μπορεί ταυτόχρονα να βελτιώσει την αντοχή τους στη φθορά, την αντοχή στην παραμόρφωση και την ανθεκτικότητά τους. Οι μικροκρυσταλλικές ποιότητες είναι επίσης κατάλληλες για την κατασκευή περιστρεφόμενων εργαλείων, όπως τρυπάνια που δημιουργούν διατμητική τάση. Υπάρχει ένα τρυπάνι κατασκευασμένο από σύνθετες ποιότητες τσιμεντοειδούς καρβιδίου. Σε συγκεκριμένα μέρη του ίδιου τρυπανιού, η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο στο υλικό ποικίλλει, έτσι ώστε η σκληρότητα και η ανθεκτικότητα του τρυπανιού να βελτιστοποιούνται ανάλογα με τις ανάγκες επεξεργασίας.
(3) Ποιότητες καρβιδίου με τσιμέντο τύπου κράματος
Αυτές οι ποιότητες χρησιμοποιούνται κυρίως για την κοπή χαλύβδινων εξαρτημάτων και η περιεκτικότητά τους σε κοβάλτιο είναι συνήθως 5%-10% και το μέγεθος των κόκκων κυμαίνεται από 0,8-2μm. Με την προσθήκη 4%-25% καρβιδίου του τιτανίου (TiC), μπορεί να μειωθεί η τάση του καρβιδίου του βολφραμίου (WC) να διαχέεται στην επιφάνεια των χαλύβδινων τσιπς. Η αντοχή του εργαλείου, η αντοχή στη φθορά σε κρατήρες και η αντοχή σε θερμικό σοκ μπορούν να βελτιωθούν με την προσθήκη έως και 25% καρβιδίου του τανταλίου (TaC) και καρβιδίου του νιοβίου (NbC). Η προσθήκη τέτοιων κυβικών καρβιδίων αυξάνει επίσης την ερυθρή σκληρότητα του εργαλείου, συμβάλλοντας στην αποφυγή θερμικής παραμόρφωσης του εργαλείου σε βαριά κοπή ή άλλες εργασίες όπου η κοπτική άκρη θα δημιουργήσει υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, το καρβίδιο του τιτανίου μπορεί να παρέχει θέσεις πυρήνωσης κατά τη σύντηξη, βελτιώνοντας την ομοιομορφία της κατανομής του κυβικού καρβιδίου στο τεμάχιο εργασίας.
Γενικά, το εύρος σκληρότητας των βαθμών καρβιδίου με τσιμέντο τύπου κράματος είναι HRA91-94 και η εγκάρσια αντοχή σε θραύση είναι 150-300ksi. Σε σύγκριση με τις καθαρές βαθμίδες, οι βαθμίδες κραμάτων έχουν χαμηλή αντοχή στη φθορά και χαμηλότερη αντοχή, αλλά έχουν καλύτερη αντοχή στη φθορά της κόλλας. Οι βαθμίδες κραμάτων μπορούν να χωριστούν σε C5-C8 στο σύστημα βαθμίδων C και μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τις σειρές βαθμίδων P και M στο σύστημα βαθμίδων ISO. Οι βαθμίδες κραμάτων με ενδιάμεσες ιδιότητες μπορούν να ταξινομηθούν ως βαθμίδες γενικής χρήσης (όπως C6 ή P30) και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τόρνευση, κοπή, πλάνισμα και φρεζάρισμα. Οι πιο σκληρές βαθμίδες μπορούν να ταξινομηθούν ως βαθμίδες φινιρίσματος (όπως C8 και P01) για εργασίες φινιρίσματος τόρνευσης και διάτρησης. Αυτές οι βαθμίδες συνήθως έχουν μικρότερα μεγέθη κόκκων και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο για να επιτευχθεί η απαιτούμενη σκληρότητα και αντοχή στη φθορά. Ωστόσο, παρόμοιες ιδιότητες υλικών μπορούν να επιτευχθούν με την προσθήκη περισσότερων κυβικών καρβιδίων. Οι βαθμίδες με την υψηλότερη σκληρότητα μπορούν να ταξινομηθούν ως βαθμίδες χοντροκομμένης κατεργασίας (π.χ. C5 ή P50). Αυτές οι ποιότητες έχουν συνήθως μέτριο μέγεθος κόκκων και υψηλή περιεκτικότητα σε κοβάλτιο, με χαμηλές προσθήκες κυβικών καρβιδίων για την επίτευξη της επιθυμητής σκληρότητας αναστέλλοντας την ανάπτυξη ρωγμών. Σε διακοπτόμενες εργασίες τόρνευσης, η απόδοση κοπής μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω χρησιμοποιώντας τις προαναφερθείσες ποιότητες πλούσιες σε κοβάλτιο με υψηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο στην επιφάνεια του εργαλείου.
Οι ποιότητες κραμάτων με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε καρβίδιο του τιτανίου χρησιμοποιούνται για την κατεργασία ανοξείδωτου χάλυβα και ελατού σιδήρου, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την κατεργασία μη σιδηρούχων μετάλλων, όπως υπερκράματα με βάση το νικέλιο. Το μέγεθος κόκκων αυτών των ποιοτήτων είναι συνήθως μικρότερο από 1 μm και η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο είναι 8%-12%. Οι σκληρότερες ποιότητες, όπως το M10, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την τόρνευση ελατού σιδήρου. Οι σκληρότερες ποιότητες, όπως το M40, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την άλεση και το πλάνισμα χάλυβα ή για την τόρνευση ανοξείδωτου χάλυβα ή υπερκραμάτων.
Οι ποιότητες καρβιδίου με τσιμέντο τύπου κράματος μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για κοπή μη μετάλλων, κυρίως για την κατασκευή εξαρτημάτων ανθεκτικών στη φθορά. Το μέγεθος των σωματιδίων αυτών των ποιοτήτων είναι συνήθως 1,2-2 μm και η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο είναι 7%-10%. Κατά την παραγωγή αυτών των ποιοτήτων, συνήθως προστίθεται υψηλό ποσοστό ανακυκλωμένης πρώτης ύλης, με αποτέλεσμα υψηλή σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας στις εφαρμογές αναλώσιμων εξαρτημάτων. Τα αναλώσιμα εξαρτήματα απαιτούν καλή αντοχή στη διάβρωση και υψηλή σκληρότητα, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη καρβιδίου νικελίου και χρωμίου κατά την παραγωγή αυτών των ποιοτήτων.
Προκειμένου να καλυφθούν οι τεχνικές και οικονομικές απαιτήσεις των κατασκευαστών εργαλείων, η σκόνη καρβιδίου είναι το βασικό στοιχείο. Οι σκόνες που έχουν σχεδιαστεί για τον εξοπλισμό κατεργασίας και τις παραμέτρους διεργασίας των κατασκευαστών εργαλείων διασφαλίζουν την απόδοση του τελικού τεμαχίου εργασίας και έχουν οδηγήσει σε εκατοντάδες ποιότητες καρβιδίου. Η ανακυκλώσιμη φύση των υλικών καρβιδίου και η δυνατότητα άμεσης συνεργασίας με τους προμηθευτές σκόνης επιτρέπει στους κατασκευαστές εργαλείων να ελέγχουν αποτελεσματικά την ποιότητα των προϊόντων τους και το κόστος των υλικών.
Ώρα δημοσίευσης: 18 Οκτωβρίου 2022
