Το καρβίδιο είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη κατηγορία υλικών εργαλείων μηχανικής κατεργασίας υψηλής ταχύτητας (HSM), τα οποία παράγονται με διαδικασίες μεταλλουργίας σκόνης και αποτελούνται από σωματίδια σκληρού καρβιδίου (συνήθως καρβίδιο βολφραμίου WC) και μια μαλακότερη σύνθεση μεταλλικού δεσμού. Επί του παρόντος, υπάρχουν εκατοντάδες καρβίδια τσιμέντου με βάση το WC με διαφορετικές συνθέσεις, τα περισσότερα από τα οποία χρησιμοποιούν κοβάλτιο (Co) ως συνδετικό, το νικέλιο (Ni) και το χρώμιο (Cr) είναι επίσης κοινώς χρησιμοποιούμενα συνδετικά στοιχεία και μπορούν επίσης να προστεθούν άλλα . ορισμένα στοιχεία κράματος. Γιατί υπάρχουν τόσες πολλές ποιότητες καρβιδίου; Πώς επιλέγουν οι κατασκευαστές εργαλείων το κατάλληλο υλικό εργαλείου για μια συγκεκριμένη εργασία κοπής; Για να απαντήσουμε σε αυτά τα ερωτήματα, ας δούμε πρώτα τις διάφορες ιδιότητες που κάνουν το καρβίδιο με τσιμέντο ένα ιδανικό υλικό εργαλείου.
σκληρότητα και σκληρότητα
Το τσιμεντωμένο καρβίδιο WC-Co έχει μοναδικά πλεονεκτήματα τόσο στη σκληρότητα όσο και στη σκληρότητα. Το καρβίδιο 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 έχει επαρκή σκληρότητα, μια βασική ιδιότητα για τα εργαλεία κοπής. Προκειμένου να επωφεληθούν από την υψηλή σκληρότητα του καρβιδίου βολφραμίου και να βελτιωθεί η σκληρότητά του, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν μεταλλικούς δεσμούς για τη συγκόλληση του καρβιδίου βολφραμίου μεταξύ τους, έτσι ώστε αυτό το υλικό να έχει σκληρότητα πολύ μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα υψηλής ταχύτητας, ενώ μπορεί να αντέξει τις περισσότερες κοπές επιχειρήσεις. δύναμη κοπής. Επιπλέον, μπορεί να αντέξει τις υψηλές θερμοκρασίες κοπής που προκαλούνται από τη μηχανική κατεργασία υψηλής ταχύτητας.
Σήμερα, σχεδόν όλα τα μαχαίρια και τα ένθετα WC-Co είναι επικαλυμμένα, επομένως ο ρόλος του υλικού βάσης φαίνεται λιγότερο σημαντικός. Αλλά στην πραγματικότητα, είναι το υψηλό μέτρο ελαστικότητας του υλικού WC-Co (ένα μέτρο ακαμψίας, το οποίο είναι περίπου τριπλάσιο από αυτό του χάλυβα υψηλής ταχύτητας σε θερμοκρασία δωματίου) που παρέχει το μη παραμορφώσιμο υπόστρωμα για την επίστρωση. 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 σκόνης καρβιδίου με τσιμέντο. Επομένως, η καταλληλότητα της απόδοσης του εργαλείου σε μια συγκεκριμένη κατεργασία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αρχική διαδικασία άλεσης.
Διαδικασία άλεσης
Η σκόνη καρβιδίου 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 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 στη στοιχειομετρική τιμή του 6,13% κατά βάρος). Μια μικρή ποσότητα βαναδίου και/ή χρωμίου μπορεί να προστεθεί πριν από την επεξεργασία ενανθράκωσης προκειμένου να ελεγχθεί το μέγεθος των σωματιδίων της σκόνης μέσω επακόλουθων διεργασιών. Διαφορετικές συνθήκες κατάντη διεργασίας και διαφορετικές χρήσεις τελικής επεξεργασίας απαιτούν έναν συγκεκριμένο συνδυασμό μεγέθους σωματιδίων καρβιδίου 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, ένας κατασκευαστής σκόνης καρβιδίου βολφραμίου, παράγει 23 τυπικές ποιότητες σκόνης καρβιδίου βολφραμίου και οι ποικιλίες σκόνης καρβιδίου βολφραμίου προσαρμοσμένες σύμφωνα με τις απαιτήσεις του χρήστη μπορούν να φτάσουν περισσότερο από 5 φορές αυτές των τυπικών ποιοτήτων σκόνης καρβιδίου βολφραμίου.
Κατά την ανάμειξη και άλεση σκόνης καρβιδίου βολφραμίου και μεταλλικού δεσμού για την παραγωγή ορισμένης 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 ανάγκης ενίσχυσης της αντοχής στη διάβρωση του εργαλείου, είναι απαραίτητο να προσθέσετε νικέλιο και χρώμιο. Επιπλέον, ο μεταλλικός δεσμός μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω με την προσθήκη άλλων εξαρτημάτων κράματος. Για παράδειγμα, η προσθήκη ρουθηνίου σε καρβίδιο με τσιμέντο WC-Co μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την σκληρότητά του χωρίς να μειώσει τη σκληρότητά του. Η αύξηση της περιεκτικότητας σε συνδετικό υλικό μπορεί επίσης να βελτιώσει την σκληρότητα του τσιμεντοειδούς καρβιδίου, 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 βολφραμίου πρέπει να παραμείνει το ίδιο κατά τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης. Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης, τα σωματίδια καρβιδίου του βολφραμίου συνδυάζονται και αναπτύσσονται μέσω μιας διαδικασίας διάλυσης και επανακαθίζησης. Στην πραγματική διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης, προκειμένου να σχηματιστεί ένα πλήρως πυκνό υλικό, ο μεταλλικός δεσμός γίνεται υγρός (ονομάζεται πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης). Ο ρυθμός ανάπτυξης των σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου μπορεί να ελεγχθεί προσθέτοντας άλλα καρβίδια μετάλλων μεταπτώσεως, όπως καρβίδιο βαναδίου (VC), καρβίδιο χρωμίου (Cr3C2), καρβίδιο τιτανίου (TiC), καρβίδιο τανταλίου (TaC) και καρβίδιο νιοβίου (NbC). Αυτά τα καρβίδια μετάλλων συνήθως προστίθενται όταν η σκόνη καρβιδίου του βολφραμίου αναμιγνύεται και αλέθεται με μεταλλικό δεσμό, αν και καρβίδιο βαναδίου και καρβίδιο χρωμίου μπορούν επίσης να σχηματιστούν όταν η σκόνη καρβιδίου του βολφραμίου ενανθράκεται.
Η σκόνη καρβιδίου βολφραμίου μπορεί επίσης να παραχθεί χρησιμοποιώντας ανακυκλωμένα απόβλητα τσιμεντοειδών υλικών καρβιδίου. Η ανακύκλωση και η επαναχρησιμοποίηση του σκραπ καρβιδίου έχει μακρά ιστορία στη βιομηχανία καρβιδίου με τσιμέντο και αποτελεί σημαντικό μέρος ολόκληρης της οικονομικής αλυσίδας της βιομηχανίας, συμβάλλοντας στη μείωση του κόστους υλικών, στην εξοικονόμηση φυσικών πόρων και στην αποφυγή των απορριμμάτων υλικών. Επιβλαβής διάθεση. Το καρβίδιο με τσιμέντο μπορεί γενικά να επαναχρησιμοποιηθεί με τη διαδικασία APT (παραβολφραμικό αμμώνιο), τη διαδικασία ανάκτησης ψευδαργύρου ή με σύνθλιψη. Αυτές οι «ανακυκλωμένες» σκόνες καρβιδίου βολφραμίου έχουν γενικά καλύτερη, προβλέψιμη πύκνωση επειδή έχουν μικρότερη επιφάνεια από τις σκόνες καρβιδίου βολφραμίου που παράγονται απευθείας μέσω της διαδικασίας ενανθράκωσης βολφραμίου.
Οι συνθήκες επεξεργασίας της μικτής λείανσης σκόνης καρβιδίου του βολφραμίου και μεταλλικού δεσμού είναι επίσης κρίσιμες παράμετροι της διαδικασίας. Οι δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές άλεσης είναι η σφαιρική άλεση και η μικροφρεζάρισμα. Και οι δύο διαδικασίες επιτρέπουν ομοιόμορφη ανάμειξη αλεσμένων σκονών και μειωμένο μέγεθος σωματιδίων. Προκειμένου το κατεργαζόμενο τεμάχιο να έχει επαρκή αντοχή, να διατηρήσει το σχήμα του τεμαχίου εργασίας και να μπορέσει ο χειριστής ή ο χειριστής να πάρει το τεμάχιο εργασίας για λειτουργία, είναι συνήθως απαραίτητο να προστεθεί ένα οργανικό συνδετικό κατά τη διάρκεια της λείανσης. Η χημική σύνθεση αυτού του δεσμού μπορεί να επηρεάσει την πυκνότητα και την αντοχή του συμπιεσμένου τεμαχίου εργασίας. Για να διευκολυνθεί ο χειρισμός, συνιστάται η προσθήκη συνδετικών υψηλής αντοχής, αλλά αυτό έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη πυκνότητα συμπίεσης και μπορεί να δημιουργήσει σβώλους που μπορεί 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. Ρυθμίζοντας τη σύνθεση του οργανικού συνδετικού, η ικανότητα ροής και η πυκνότητα φορτίου αυτών των συσσωματωμάτων μπορούν να προσαρμοστούν όπως επιθυμείτε. Με το κοσκίνισμα των χονδρότερων ή λεπτότερων σωματιδίων, η κατανομή μεγέθους σωματιδίων του συσσωματώματος μπορεί να προσαρμοστεί περαιτέρω για να εξασφαλιστεί καλή ροή όταν φορτώνεται στην κοιλότητα του καλουπιού.
Κατασκευή τεμαχίων
Τα κατεργαζόμενα τεμάχια καρβιδίου μπορούν να σχηματιστούν με μια ποικιλία μεθόδων διεργασίας. Ανάλογα με το μέγεθος του τεμαχίου εργασίας, το επίπεδο πολυπλοκότητας του σχήματος και την παρτίδα παραγωγής, τα περισσότερα ένθετα κοπής χυτεύονται χρησιμοποιώντας άκαμπτες μήτρες πίεσης άνω και κάτω πίεσης. Προκειμένου να διατηρηθεί η συνοχή του βάρους και του μεγέθους του τεμαχίου κατά τη διάρκεια κάθε πίεσης, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι η ποσότητα της 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. Τα χυτευμένα τεμάχια εργασίας (ή «κενά») σχηματίζονται εφαρμόζοντας πίεση χύτευσης 10-80 ksi (κιλά λίβρες ανά τετραγωνικό πόδι) στη σκόνη που έχει φορτωθεί στην κοιλότητα του καλουπιού.
Ακόμη και υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση χύτευσης, τα σωματίδια σκληρού καρβιδίου βολφραμίου δεν θα παραμορφωθούν ή θα σπάσουν, αλλά το οργανικό συνδετικό 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 σύνδεση των σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου και τόσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα συμπίεσης του τεμαχίου εργασίας. Οι ιδιότητες καλουπώματος των ποιοτήτων σκόνης καρβιδίου με τσιμέντο μπορεί να ποικίλλουν, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε μεταλλικό συνδετικό, το μέγεθος και το σχήμα των σωματιδίων καρβιδίου του βολφραμίου, τον βαθμό συσσωμάτωσης και τη σύνθεση και προσθήκη οργανικού συνδετικού. Προκειμένου να παρέχονται ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες συμπίεσης των ποιοτήτων τσιμεντοειδούς σκόνης καρβιδίου, η σχέση μεταξύ της πυκνότητας και της πίεσης καλουπώματος συνήθως σχεδιάζεται και κατασκευάζεται από τον κατασκευαστή της σκόνης. Αυτές οι πληροφορίες διασφαλίζουν ότι η σκόνη που παρέχεται είναι συμβατή με τη διαδικασία χύτευσης του κατασκευαστή του εργαλείου.
Τα τεμάχια κατεργασίας μεγάλου μεγέθους από καρβίδιο ή τα τεμάχια κατεργασίας καρβιδίου με υψηλές αναλογίες διαστάσεων (όπως στελέχη για τελικούς μύλους και τρυπάνια) κατασκευάζονται συνήθως από ομοιόμορφα συμπιεσμένες ποιότητες σκόνης καρβιδίου σε εύκαμπτο σάκο. Αν και ο κύκλος παραγωγής της μεθόδου ισορροπημένης συμπίεσης είναι μεγαλύτερος από εκείνον της μεθόδου χύτευσης, το κόστος κατασκευής του εργαλείου είναι χαμηλότερο, επομένως αυτή η μέθοδος είναι πιο κατάλληλη για παραγωγή μικρών παρτίδων.
Αυτή η μέθοδος διαδικασίας είναι να βάλετε τη σκόνη στη σακούλα και να σφραγίσετε το στόμιο της σακούλας και στη συνέχεια να τοποθετήσετε τη γεμάτη σκόνη σακούλα σε ένα θάλαμο και να ασκήσετε πίεση 30-60ksi μέσω μιας υδραυλικής συσκευής για να την πιέσετε. Τα συμπιεσμένα τεμάχια κατεργάζονται συχνά σε συγκεκριμένες γεωμετρίες πριν από τη σύντηξη. Το μέγεθος του σάκου μεγεθύνεται για να εξυπηρετεί τη συρρίκνωση του κατεργαζόμενου τεμαχίου κατά τη συμπύκνωση και να παρέχει επαρκές περιθώριο για εργασίες λείανσης. Δεδομένου ότι το τεμάχιο εργασίας πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία μετά το πάτημα, οι απαιτήσεις για τη συνοχή της φόρτισης δεν είναι τόσο αυστηρές όσο αυτές της μεθόδου χύτευσης, αλλά εξακολουθεί να είναι επιθυμητό να διασφαλίζεται ότι η ίδια ποσότητα σκόνης φορτώνεται στη σακούλα κάθε φορά. Εάν η πυκνότητα φόρτισης της σκόνης είναι πολύ μικρή, μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκή ποσότητα σκόνης στη σακούλα, με αποτέλεσμα το τεμάχιο εργασίας να είναι πολύ μικρό και να πρέπει να απορριφθεί. Εάν η πυκνότητα φόρτωσης της σκόνης είναι πολύ υψηλή και η σκόνη που έχει τοποθετηθεί στη σακούλα είναι πολύ μεγάλη, το τεμάχιο εργασίας πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία για να αφαιρεθεί περισσότερη σκόνη μετά την συμπίεσή του. Παρόλο που η περίσσεια σκόνης που αφαιρείται και τα τεμάχια κατεργασίας που έχουν απορριφθεί μπορεί να ανακυκλωθεί, κάτι τέτοιο μειώνει την παραγωγικότητα.
Τα κατεργαζόμενα τεμάχια καρβιδίου μπορούν επίσης να σχηματιστούν χρησιμοποιώντας μήτρες εξώθησης ή μήτρες έγχυσης. Η διαδικασία χύτευσης με εξώθηση είναι πιο κατάλληλη για τη μαζική παραγωγή τεμαχίων κατεργασίας αξονικού συμμετρικού σχήματος, ενώ η διαδικασία χύτευσης με έγχυση χρησιμοποιείται συνήθως για τη μαζική παραγωγή τεμαχίων σύνθετου σχήματος. Και στις δύο διαδικασίες χύτευσης, οι ποιότητες τσιμεντοειδούς σκόνης καρβιδίου αιωρούνται σε ένα οργανικό συνδετικό που προσδίδει μια υφή σαν οδοντόκρεμα στο μίγμα καρβιδίου με τσιμέντο. Η ένωση στη συνέχεια είτε εξωθείται μέσω μιας οπής είτε εγχέεται σε μια κοιλότητα για να σχηματιστεί. Τα χαρακτηριστικά της ποιότητας της σκόνης τσιμεντοειδούς καρβιδίου καθορίζουν τη βέλτιστη αναλογία σκόνης προς συνδετικό στο μείγμα και έχουν σημαντική επίδραση στη δυνατότητα ροής του μείγματος μέσω της οπής εξώθησης ή της έγχυσης στην κοιλότητα.
Αφού σχηματιστεί το τεμάχιο εργασίας 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 πυροσυσσωμάτωσης. Η πυροσυσσωμάτωση αφαιρεί το πορώδες από το τεμάχιο εργασίας, καθιστώντας το πλήρως (ή ουσιαστικά) πυκνό. Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης, ο μεταλλικός δεσμός στο τεμάχιο εργασίας που σχηματίζεται με πίεση γίνεται υγρός, αλλά το τεμάχιο εργασίας διατηρεί το σχήμα του υπό τη συνδυασμένη δράση των τριχοειδών δυνάμεων και της σύνδεσης σωματιδίων.
Μετά την πυροσυσσωμάτωση, η γεωμετρία του τεμαχίου εργασίας παραμένει η ίδια, αλλά οι διαστάσεις μειώνονται. Για να ληφθεί το απαιτούμενο μέγεθος τεμαχίου εργασίας μετά τη σύντηξη, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο ρυθμός συρρίκνωσης κατά τον 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.
Σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις απαιτείται επεξεργασία μετά την πυροσυσσωμάτωση του πυροσυσσωματωμένου τεμαχίου. Η πιο βασική επεξεργασία των κοπτικών εργαλείων είναι το ακόνισμα της κοπτικής άκρης. Πολλά εργαλεία απαιτούν λείανση της γεωμετρίας και των διαστάσεων τους μετά την πυροσυσσωμάτωση. Ορισμένα εργαλεία απαιτούν λείανση από πάνω και κάτω. άλλα απαιτούν περιφερειακή λείανση (με ή χωρίς ακόνισμα της κοπτικής άκρης). Όλα τα τσιπ καρβιδίου από το άλεσμα μπορούν να ανακυκλωθούν.
Επικάλυψη τεμαχίου εργασίας
Σε πολλές περιπτώσεις, το έτοιμο τεμάχιο εργασίας πρέπει να επικαλυφθεί. Η επίστρωση παρέχει λιπαντικότητα και αυξημένη σκληρότητα, καθώς και φράγμα διάχυσης στο υπόστρωμα, αποτρέποντας την οξείδωση όταν εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες. Το υπόστρωμα καρβιδίου με τσιμέντο 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 πυροσυσσωμάτωσης. Μέσω της μετανάστευσης του κοβαλτίου, μπορεί να εμπλουτιστεί περισσότερο κοβάλτιο στο πιο εξωτερικό στρώμα της επιφάνειας της λεπίδας με πάχος 20-30 μm σε σχέση με το υπόλοιπο τεμάχιο εργασίας, δίνοντας έτσι στην επιφάνεια του υποστρώματος καλύτερη αντοχή και σκληρότητα, καθιστώντας το περισσότερο ανθεκτικό στην παραμόρφωση.
Με βάση τη δική του διαδικασία κατασκευής (όπως η μέθοδος αποκήρωσης, ο ρυθμός θέρμανσης, ο χρόνος πυροσυσσωμάτωσης, η θερμοκρασία και η τάση ενανθράκωσης), ο κατασκευαστής του εργαλείου μπορεί να έχει ορισμένες ειδικές απαιτήσεις για την ποιότητα της σκόνης τσιμεντοειδούς καρβιδίου που χρησιμοποιείται. Ορισμένοι κατασκευαστές εργαλείων μπορεί να πυροσυσσωματώσουν το τεμάχιο σε κλίβανο κενού, ενώ άλλοι μπορεί να χρησιμοποιήσουν έναν κλίβανο πυροσυσσωμάτωσης θερμής ισοστατικής συμπίεσης (HIP) (ο οποίος πιέζει το τεμάχιο εργασίας κοντά στο τέλος του κύκλου διεργασίας για να αφαιρέσει τυχόν υπολείμματα) τους πόρους). Τα κατεργαζόμενα τεμάχια πυροσυσσωματωμένα σε κλίβανο κενού μπορεί επίσης να χρειαστεί να συμπιεστούν θερμά ισοστατικά μέσω μιας πρόσθετης διαδικασίας για να αυξηθεί η πυκνότητα του τεμαχίου εργασίας. Ορισμένοι κατασκευαστές εργαλείων μπορεί να χρησιμοποιούν υψηλότερες θερμοκρασίες πυροσυσσωμάτωσης υπό κενό για να αυξήσουν την πυκνότητα πυροσυσσωμάτωσης μειγμάτων με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο, αλλά αυτή η προσέγγιση μπορεί να χονδροποιήσει τη μικροδομή τους. Για να διατηρηθεί ένα λεπτό μέγεθος κόκκων, μπορούν να επιλεγούν σκόνες με μικρότερο μέγεθος σωματιδίων καρβιδίου του 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 καρβιδίου με τσιμέντο.
Ταξινόμηση βαθμών
Οι αλλαγές συνδυασμού διαφορετικών τύπων σκόνης καρβιδίου του βολφραμίου, η σύνθεση του μείγματος και η περιεκτικότητα σε μεταλλικό συνδετικό υλικό, ο τύπος και η ποσότητα του αναστολέα ανάπτυξης κόκκων, κ.λπ., συνιστούν μια ποικιλία ποιοτήτων καρβιδίου με τσιμέντο. Αυτές οι παράμετροι θα καθορίσουν τη μικροδομή του τσιμεντοειδούς καρβιδίου και τις ιδιότητές του. Ορισμένοι συγκεκριμένοι συνδυασμοί ιδιοτήτων έχουν γίνει η προτεραιότητα για ορισμένες συγκεκριμένες εφαρμογές επεξεργασίας, καθιστώντας σημαντική την ταξινόμηση διαφόρων ποιοτήτων καρβιδίου με τσιμέντο.
Τα δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενα συστήματα ταξινόμησης καρβιδίου για εφαρμογές μηχανικής κατεργασίας είναι το σύστημα ονομασίας C και το σύστημα ονομασίας ISO. Παρόλο που κανένα από τα δύο συστήματα δεν αντικατοπτρίζει πλήρως τις ιδιότητες του υλικού 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 ποιότητες, με αποτέλεσμα μια μεγάλη ποικιλία ποιοτήτων καρβιδίου.
Οι ποιότητες καρβιδίου μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ανά σύνθεση. Οι ποιότητες καρβιδίου βολφραμίου (WC) μπορούν να χωριστούν σε τρεις βασικούς τύπους: απλό, μικροκρυσταλλικό και κράμα. Οι ποιότητες Simplex αποτελούνται κυρίως από καρβίδιο του βολφραμίου και συνδετικά κοβαλτίου, αλλά μπορεί επίσης να περιέχουν μικρές ποσότητες αναστολέων ανάπτυξης κόκκων. Η μικροκρυσταλλική ποιότητα αποτελείται από καρβίδιο βολφραμίου και συνδετικό κοβαλτίου που προστίθεται με αρκετά χιλιοστά καρβιδίου του βαναδίου (VC) και (ή) καρβιδίου του χρωμίου (Cr3C2) και το μέγεθος των κόκκων του μπορεί να φτάσει το 1 μm ή λιγότερο. Οι ποιότητες κράματος αποτελούνται από συνδετικά καρβιδίου βολφραμίου και κοβαλτίου που περιέχουν λίγο τοις εκατό καρβίδιο τιτανίου (TiC), καρβίδιο τανταλίου (TaC) και καρβίδιο νιοβίου (NbC). Αυτές οι προσθήκες είναι επίσης γνωστές ως κυβικά καρβίδια λόγω των ιδιοτήτων πυροσυσσωμάτωσης τους. Η προκύπτουσα μικροδομή παρουσιάζει μια ανομοιογενή δομή τριών φάσεων.
1) Απλές ποιότητες καρβιδίου
Αυτές οι ποιότητες για κοπή μετάλλων περιέχουν συνήθως 3% έως 12% κοβάλτιο (κατά βάρος). Το εύρος μεγέθους των κόκκων καρβιδίου του βολφραμίου είναι συνήθως μεταξύ 1-8 μm. Όπως και με άλλες ποιότητες, η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του καρβιδίου του βολφραμίου αυξάνει τη σκληρότητα και την αντοχή του σε εγκάρσια θραύση (TRS), αλλά μειώνει την σκληρότητά του. Η σκληρότητα του καθαρού τύπου είναι συνήθως μεταξύ HRA89-93,5. η αντοχή εγκάρσιας ρήξης είναι συνήθως μεταξύ 175-350ksi. Οι σκόνες αυτών των ποιοτήτων μπορεί να περιέχουν μεγάλες ποσότητες ανακυκλωμένων υλικών.
Οι βαθμοί απλού τύπου μπορούν να χωριστούν σε C1-C4 στο σύστημα βαθμού C και μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τις σειρές βαθμού K, N, S και H στο σύστημα βαθμού ISO. Οι κατηγορίες 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 κόκκου ή υψηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο και καλύτερη σκληρότητα μπορούν να ταξινομηθούν ως ακατέργαστες ποιότητες (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, υπερκράματα και σκληρυμένους χάλυβες. Αυτές οι ποιότητες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές κοπής μη μετάλλων (π.χ. ως εργαλεία γεώτρησης βράχου και γεωλογίας) και αυτές οι ποιότητες έχουν εύρος μεγέθους κόκκων 1,5-10μm (ή μεγαλύτερο) και περιεκτικότητα σε κοβάλτιο 6%-16%. Μια άλλη χρήση μη μετάλλων στην κοπή των απλών ποιοτήτων καρβιδίου είναι η κατασκευή μήτρων και διατρητών. Αυτές οι ποιότητες έχουν συνήθως μεσαίου μεγέθους κόκκους με περιεκτικότητα σε κοβάλτιο 16%-30%.
(2) Ποιότητες μικροκρυσταλλικού τσιμέντου καρβιδίου
Τέτοιες ποιότητες περιέχουν συνήθως 6%-15% κοβάλτιο. Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης σε υγρή φάση, η προσθήκη καρβιδίου του βαναδίου ή/και καρβιδίου του χρωμίου μπορεί να ελέγξει την ανάπτυξη των κόκκων για να αποκτήσει μια δομή λεπτών κόκκων με μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 1 μm. Αυτός ο λεπτόκοκκος βαθμός έχει πολύ υψηλή σκληρότητα και αντοχή σε εγκάρσια θραύση πάνω από 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 τσιπ κόβοντας αντί να σπρώχνοντας το μεταλλικό υλικό.
Μέσω της αυστηρής ποιοτικής αναγνώρισης των διαφόρων πρώτων υλών για την παραγωγή ποιοτήτων σκόνης τσιμεντοειδούς καρβιδίου και αυστηρού ελέγχου των συνθηκών διεργασίας πυροσυσσωμάτωσης για την πρόληψη του σχηματισμού ασυνήθιστα μεγάλων κόκκων στη μικροδομή του υλικού, είναι δυνατό να αποκτηθούν οι κατάλληλες ιδιότητες υλικού. Για 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 και εκτενείς δοκιμές ποιότητας.
Οι μικροκρυσταλλικές ποιότητες μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τη σειρά βαθμού M στο σύστημα ποιότητας ISO. Επιπλέον, άλλες μέθοδοι ταξινόμησης στο σύστημα βαθμού C και στο σύστημα βαθμών ISO είναι οι ίδιες με τους καθαρούς βαθμούς. Οι μικροκρυσταλλικές ποιότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή εργαλείων που κόβουν πιο μαλακά υλικά τεμαχίου, επειδή η επιφάνεια του εργαλείου μπορεί να κατεργαστεί πολύ λεία και μπορεί να διατηρήσει μια εξαιρετικά αιχμηρή κοπτική άκρη.
Οι μικροκρυσταλλικές ποιότητες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη μηχανική κατεργασία υπερκραμάτων με βάση το νικέλιο, καθώς αντέχουν 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 στη φθορά, την αντίσταση στην παραμόρφωση και τη σκληρότητά 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 σκληρότητα του τρυπανιού να βελτιστοποιούνται ανάλογα με τις ανάγκες επεξεργασίας.
(3) Ποιότητες καρβιδίου με τσιμέντο τύπου κράματος
Αυτές οι ποιότητες χρησιμοποιούνται κυρίως για την κοπή εξαρτημάτων από χάλυβα και η περιεκτικότητά τους σε κοβάλτιο είναι συνήθως 5%-10%, και το μέγεθος κόκκου κυμαίνεται από 0,8-2μm. Με την προσθήκη 4%-25% καρβιδίου του τιτανίου (TiC), η τάση του καρβιδίου του βολφραμίου (WC) να διαχέεται στην επιφάνεια των τσιπς χάλυβα μπορεί να μειωθεί. Η αντοχή του εργαλείου, η αντοχή στη φθορά του κρατήρα και η αντοχή σε θερμικό σοκ μπορούν να βελτιωθούν προσθέτοντας έως και 25% καρβίδιο τανταλίου (TaC) και καρβίδιο νιοβίου (NbC). Η προσθήκη τέτοιων κυβικών καρβιδίων αυξάνει επίσης την κόκκινη σκληρότητα του εργαλείου, βοηθώντας 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 πυρήνων κατά τη σύντηξη, βελτιώνοντας την ομοιομορφία της κυβικής κατανομής καρβιδίου στο τεμάχιο εργασίας.
Σε γενικές γραμμές, το εύρος σκληρότητας των τύπων τσιμεντοειδούς καρβιδίου τύπου κράματος είναι HRA91-94 και η αντοχή σε εγκάρσια θραύση είναι 150-300ksi. Σε σύγκριση με τις καθαρές ποιότητες, οι ποιότητες κράματος έχουν κακή αντοχή στη φθορά και χαμηλότερη αντοχή, αλλά έχουν καλύτερη αντοχή στη φθορά της κόλλας. Οι ποιότητες κράματος μπορούν να χωριστούν σε C5-C8 στο σύστημα βαθμού C και μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τις σειρές βαθμού P και M στο σύστημα ποιότητας ISO. Οι ποιότητες κράματος με ενδιάμεσες ιδιότητες μπορούν να ταξινομηθούν ως ποιότητες γενικής χρήσης (όπως C6 ή P30) και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τόρνευση, τρύπημα, πλάνισμα και φρέζα. Οι πιο σκληροί βαθμοί μπορούν να ταξινομηθούν ως βαθμοί φινιρίσματος (όπως C8 και P01) για εργασίες φινιρίσματος τόρνευσης και διάτρησης. Αυτές οι ποιότητες έχουν συνήθως μικρότερα μεγέθη κόκκων και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο για να αποκτήσουν την απαιτούμενη σκληρότητα και αντοχή στη φθορά. Ωστόσο, παρόμοιες ιδιότητες υλικού μπορούν να ληφθούν με την προσθήκη περισσότερων κυβικών καρβιδίων. Οι ποιότητες με την υψηλότερη σκληρότητα μπορούν να ταξινομηθούν ως βαθμοί τραχύτητας (π.χ. C5 ή P50). Αυτές οι ποιότητες έχουν συνήθως μεσαίο 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 πλούσιες σε κοβάλτιο ποιότητες με υψηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο στην επιφάνεια του εργαλείου.
Οι ποιότητες κράματος με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε καρβίδιο τιτανίου χρησιμοποιούνται για τη μηχανική κατεργασία ανοξείδωτου χάλυβα και ελατού σιδήρου, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για κατεργασία μη σιδηρούχων μετάλλων όπως υπερκράματα με βάση το νικέλιο. Το μέγεθος των 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 του ελατού σιδήρου. Οι πιο σκληρές ποιότητες, όπως το M40, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για φρεζάρισμα και πλάνισμα χάλυβα ή για τόρνευση ανοξείδωτου χάλυβα ή υπερκράματα.
Οι ποιότητες τσιμεντοειδούς καρβιδίου τύπου κράματος μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για σκοπούς κοπής μη μετάλλων, κυρίως για την κατασκευή εξαρτημάτων ανθεκτικών στη φθορά. Το μέγεθος 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 οικονομική αποδοτικότητα στις εφαρμογές εξαρτημάτων φθοράς. Τα εξαρτήματα φθοράς απαιτούν καλή αντοχή στη διάβρωση και υψηλή σκληρότητα, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη νικελίου και καρβιδίου του χρωμίου κατά την παραγωγή αυτών των ποιοτήτων.
Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι τεχνικές και οικονομικές απαιτήσεις των κατασκευαστών εργαλείων, η σκόνη καρβιδίου είναι το βασικό στοιχείο. Οι σκόνες που έχουν σχεδιαστεί για τον εξοπλισμό μηχανικής κατεργασίας των κατασκευαστών εργαλείων και τις παραμέτρους διεργασίας διασφαλίζουν την απόδοση του τελικού τεμαχίου εργασίας και έχουν οδηγήσει σε εκατοντάδες ποιότητες καρβιδίου. Η ανακυκλώσιμη φύση των υλικών καρβιδίου και η δυνατότητα απευθείας συνεργασίας με προμηθευτές σκόνης επιτρέπει στους κατασκευαστές εργαλείων να ελέγχουν αποτελεσματικά την ποιότητα των προϊόντων τους και το κόστος υλικών.
Ώρα δημοσίευσης: Οκτ-18-2022
