Карбидот е најшироко користената класа на материјали за алати за брза машинска обработка (HSM), кои се произведуваат со процеси на прашкаста металургија и се состојат од честички од тврд карбид (обично волфрам карбид WC) и помек состав на метална врска. Во моментов, постојат стотици цементирани карбиди базирани на WC со различни состави, од кои повеќето користат кобалт (Co) како врзивно средство, никел (Ni) и хром (Cr) се исто така најчесто користени елементи за врзивно средство, а може да се додадат и други. Некои легирачки елементи. Зошто постојат толку многу видови карбид? Како производителите на алати го избираат вистинскиот материјал за алати за одредена операција на сечење? За да одговориме на овие прашања, прво да ги разгледаме различните својства што го прават цементираниот карбид идеален материјал за алати.
цврстина и цврстина
WC-Co цементираниот карбид има уникатни предности и во тврдоста и во цврстината. Волфрам карбидот (WC) е по природа многу тврд (повеќе од корунд или алумина), а неговата цврстина ретко се намалува со зголемувањето на работната температура. Сепак, му недостасува доволна цврстина, суштинско својство за алатите за сечење. За да се искористи високата тврдост на волфрам карбидот и да се подобри неговата цврстина, луѓето користат метални врски за да го спојат волфрам карбидот заедно, така што овој материјал има тврдост далеку поголема од онаа на брзорезниот челик, а воедно е способен да издржи повеќето операции на сечење. Покрај тоа, може да издржи високи температури на сечење предизвикани од брзорезната обработка.
Денес, речиси сите ножеви и влошки на WC-Co се обложени, па затоа улогата на основниот материјал се чини помалку важна. Но, всушност, токму високиот модул на еластичност на материјалот WC-Co (мерка за цврстина, која е околу три пати поголема од онаа на брзорезниот челик на собна температура) е она што ја обезбедува недеформабилната подлога за обложување. Матрицата WC-Co, исто така, ја обезбедува потребната цврстина. Овие својства се основните својства на материјалите WC-Co, но својствата на материјалот може да се прилагодат и со прилагодување на составот и микроструктурата на материјалот при производство на цементирани карбидни прашоци. Затоа, соодветноста на перформансите на алатот за одредена обработка во голема мера зависи од почетниот процес на глодање.
Процес на мелење
Волфрам карбиден прав се добива со карбурирање на волфрам (W) прав. Карактеристиките на волфрам карбидниот прав (особено неговата големина на честичките) главно зависат од големината на честичките на суровината волфрамски прав и температурата и времето на карбуризација. Хемиската контрола е исто така критична, а содржината на јаглерод мора да се одржува константна (блиску до стехиометриската вредност од 6,13% по тежина). Мала количина на ванадиум и/или хром може да се додаде пред третманот со карбурирање со цел да се контролира големината на честичките во прав преку последователните процеси. Различните услови на процесот низводно и различните употреби на крајната обработка бараат специфична комбинација од големина на честичките во волфрам карбид, содржина на јаглерод, содржина на ванадиум и содржина на хром, преку кои може да се произведат различни волфрам карбидни прашоци. На пример, ATI Alldyne, производител на волфрамкарбиден прав, произведува 23 стандардни класи на волфрамкарбиден прав, а сортите на волфрамкарбиден прав прилагодени според барањата на корисниците можат да достигнат повеќе од 5 пати поголема големина од стандардните класи на волфрамкарбиден прав.
При мешање и мелење на волфрам карбиден прав и метална врска за да се произведе одреден степен на цементиран карбиден прав, може да се користат различни комбинации. Најчесто користената содржина на кобалт е 3% - 25% (тежински сооднос), а во случај на потреба од подобрување на отпорноста на корозија на алатот, потребно е да се додадат никел и хром. Покрај тоа, металната врска може дополнително да се подобри со додавање на други компоненти од легура. На пример, додавањето рутениум на WC-Co цементиран карбид може значително да ја подобри неговата цврстина без да ја намали неговата тврдост. Зголемувањето на содржината на врзивно средство може исто така да ја подобри цврстината на цементираниот карбид, но ќе ја намали неговата тврдост.
Намалувањето на големината на честичките од волфрам карбид може да ја зголеми тврдоста на материјалот, но големината на честичките од волфрам карбид мора да остане иста за време на процесот на синтерување. За време на синтерувањето, честичките од волфрам карбид се комбинираат и растат преку процес на растворање и повторно таложење. Во самиот процес на синтерување, за да се формира целосно густ материјал, металната врска станува течна (наречено синтерување во течна фаза). Стапката на раст на честичките од волфрам карбид може да се контролира со додавање на други карбиди од преодни метали, вклучувајќи ванадиум карбид (VC), хром карбид (Cr3C2), титаниум карбид (TiC), тантал карбид (TaC) и ниобиум карбид (NbC). Овие метални карбиди обично се додаваат кога правот од волфрам карбид се меша и меле со метална врска, иако ванадиум карбид и хром карбид исто така можат да се формираат кога правот од волфрам карбид се карбуризира.
Волфрам карбиден прав може да се произведе и со употреба на рециклирани отпадни цементирани карбидни материјали. Рециклирањето и повторната употреба на старо карбид има долга историја во индустријата за цементиран карбид и е важен дел од целиот економски синџир на индустријата, помагајќи да се намалат трошоците за материјали, да се заштедат природни ресурси и да се избегне отпадни материјали. Штетно отстранување. Старо цементираниот карбид генерално може да се користи повторно со APT (амониум параволфрам) процес, процес на обновување на цинк или со дробење. Овие „рециклирани“ волфрам карбидни прашоци генерално имаат подобра, предвидлива згуснување бидејќи имаат помала површина од волфрам карбидните прашоци направени директно преку процесот на карбурирање на волфрам.
Условите за обработка на мешаното мелење на волфрам карбиден прав и металната врска се исто така клучни параметри на процесот. Двете најчесто користени техники на мелење се топчесто мелење и микромелење. И двата процеса овозможуваат рамномерно мешање на мелените прашоци и намалена големина на честичките. За да се обезбеди подоцнежно пресуваниот дел од обработката да има доволна цврстина, да се одржи обликот на работниот дел и да му се овозможи на операторот или манипулаторот да го подигне работниот дел за работа, обично е потребно да се додаде органско врзивно средство за време на мелењето. Хемискиот состав на оваа врска може да влијае на густината и цврстината на пресуваниот дел од обработката. За да се олесни ракувањето, препорачливо е да се додадат врзивно средство со висока цврстина, но ова резултира со помала густина на набивање и може да создаде грутки што можат да предизвикаат дефекти во финалниот производ.
По мелењето, правот обично се суши со прскање за да се добијат слободно течечки агломерати поврзани со органски врзива. Со прилагодување на составот на органското врзиво, течноста и густината на полнежот на овие агломерати може да се прилагодат по желба. Со отстранување на покрупни или пофини честички, распределбата на големината на честичките на агломератот може дополнително да се прилагоди за да се обезбеди добар течење кога се вчитува во шуплината на калапот.
Производство на работни парчиња
Карбидните работни парчиња можат да се формираат со различни методи на обработка. Во зависност од големината на работниот дел, нивото на сложеност на обликот и серијата на производство, повеќето влошки за сечење се обликуваат со цврсти калапи со горен и долен притисок. За да се одржи конзистентноста на тежината и големината на работниот дел за време на секое притискање, потребно е да се осигура дека количината на прав (маса и волумен) што тече во шуплината е потполно иста. Течноста на правот главно се контролира со распределбата на големината на агломератите и својствата на органското врзивно средство. Обликуваните работни парчиња (или „празни парчиња“) се формираат со примена на притисок во обликување од 10-80 ksi (килограми фунти на квадратен метар) на правот натоварен во шуплината на калапот.
Дури и под екстремно висок притисок на лиење, тврдите честички од волфрам карбид нема да се деформираат или скршат, туку органското врзивно средство се притиска во празнините помеѓу честичките од волфрам карбид, со што се фиксира положбата на честичките. Колку е поголем притисокот, толку е поцврсто поврзувањето на честичките од волфрам карбид и толку е поголема густината на набивање на обработливото парче. Својствата на лиење на видовите цементиран карбиден прав може да варираат, во зависност од содржината на металното врзивно средство, големината и обликот на честичките од волфрам карбид, степенот на агломерација и составот и додавањето на органското врзивно средство. Со цел да се обезбедат квантитативни информации за својствата на набивање на видовите цементирани карбидни прашоци, односот помеѓу густината на лиење и притисокот на лиење обично го дизајнира и конструира производителот на прав. Оваа информација осигурува дека испорачаниот прав е компатибилен со процесот на лиење на производителот на алатки.
Големите карбидни обработки или карбидните обработки со висок сооднос на ширина и должина (како што се стеблата за крајни глодалки и дупчалки) обично се произведуваат од рамномерно пресувани видови карбиден прав во флексибилна кеса. Иако производствениот циклус на методот со балансирано пресување е подолг од оној на методот на лиење, трошоците за производство на алатот се пониски, па затоа овој метод е посоодветен за производство во мали серии.
Овој метод на процесирање се состои во ставање на прашокот во вреќата и запечатување на отворот на вреќата, а потоа вреќата полна со прашок се става во комора и се применува притисок од 30-60ksi преку хидрауличен уред за пресување. Пресуваните работни парчиња често се обработуваат до специфични геометрии пред синтерување. Големината на вреќата се зголемува за да се прилагоди на смалувањето на работниот дел за време на набивањето и да се обезбеди доволен простор за операции на мелење. Бидејќи работниот дел треба да се обработува по пресувањето, барањата за конзистентност на полнењето не се толку строги како оние на методот на лиење, но сепак е пожелно да се обезбеди дека истата количина прашок се вчитува во вреќата секој пат. Ако густината на полнење на прашокот е премала, тоа може да доведе до недоволно количество прашок во вреќата, што резултира со премалку прашок во обработуваниот дел и потреба од стружење. Ако густината на полнење на прашокот е превисока, а прашокот натоварен во вреќата е премногу, работниот дел треба да се обработува за да се отстрани повеќе прашок откако ќе се притисне. Иако вишокот прашок што се отстранува и стружените работни парчиња може да се рециклираат, тоа ја намалува продуктивноста.
Карбидните работни парчиња може да се формираат и со употреба на екструдирачки матрици или инјектирачки матрици. Процесот на екструдирано лиење е посоодветен за масовно производство на осносиметрични работни парчиња, додека процесот на инјектирање обично се користи за масовно производство на сложени работни парчиња. Во двата процеса на лиење, цементираниот карбиден прав се суспендираат во органско врзивно средство кое на цементираната карбидна мешавина ѝ дава конзистенција слична на паста за заби. Соединението потоа или се екструдира низ дупка или се инјектира во празнина за да се формира. Карактеристиките на видот на цементиран карбиден прав го одредуваат оптималниот сооднос на прав и врзивно средство во смесата и имаат важно влијание врз проточноста на смесата низ екструдирана дупка или инјектирањето во празнината.
Откако работниот дел ќе се формира со лиење, изостатско пресување, екструдирање или лиење со вбризгување, органското врзивно средство треба да се отстрани од работниот дел пред последната фаза на синтерување. Синтерувањето ја отстранува порозноста од работниот дел, правејќи го целосно (или значително) густ. За време на синтерувањето, металната врска во пресуваниот работен дел станува течна, но работниот дел ја задржува својата форма под комбинирано дејство на капиларните сили и поврзувањето на честичките.
По синтерувањето, геометријата на обработуваниот дел останува иста, но димензиите се намалени. За да се добие потребната големина на обработуваниот дел по синтерувањето, стапката на собирање треба да се земе предвид при дизајнирањето на алатот. Видот на карбиден прав што се користи за изработка на секоја алатка мора да биде дизајниран да има правилно собирање кога се набива под соодветен притисок.
Во речиси сите случаи, потребна е постсинтеризирачка обработка на синтеруваниот работен дел. Најосновниот третман на сечечките алати е острење на сечилото. Многу алати бараат брусење на нивната геометрија и димензии по синтерувањето. Некои алати бараат брусење од горе и од долу; други бараат периферно брусење (со или без острење на сечилото). Сите карбидни струготини од брусењето може да се рециклираат.
Облога на работното парче
Во многу случаи, завршениот обработуван дел треба да се премачка. Облогата обезбедува подмачкување и зголемена тврдост, како и дифузиона бариера на подлогата, спречувајќи оксидација кога е изложена на високи температури. Цементираната карбидна подлога е клучна за перформансите на облогата. Покрај прилагодувањето на главните својства на матричниот прав, површинските својства на матрицата можат да се прилагодат и со хемиска селекција и промена на методот на синтерување. Преку миграцијата на кобалтот, повеќе кобалт може да се збогати во најоддалечениот слој на површината на сечилото во дебелина од 20-30 μm во однос на остатокот од обработуваниот дел, со што површината на подлогата добива подобра цврстина и цврстина, правејќи ја поотпорна на деформација.
Врз основа на сопствениот процес на производство (како што се метод на одвосок, брзина на загревање, време на синтерување, температура и напон на карбурирање), производителот на алати може да има некои посебни барања за видот на цементиран карбиден прав што се користи. Некои производители на алати може да го синтеруваат обработениот дел во вакуумска печка, додека други може да користат печка за синтерување со топло изостатичко пресување (HIP) (која го притиска обработениот дел при крајот на циклусот на процесот за да ги отстрани сите остатоци) пори). Работните парчиња синтерувани во вакуумска печка може да треба да се пресуваат топло изостатичко преку дополнителен процес за да се зголеми густината на обработениот дел. Некои производители на алати може да користат повисоки температури на вакуумско синтерување за да ја зголемат густината на синтеруваните мешавини со помала содржина на кобалт, но овој пристап може да ја зголеми нивната микроструктура. За да се одржи фина големина на зрно, може да се изберат прашоци со помала големина на честички од волфрам карбид. За да се усогласи со специфичната опрема за производство, условите за одвосок и напонот на карбурирање исто така имаат различни барања за содржината на јаглерод во цементираниот карбиден прав.
Класификација на степени
Промените во комбинацијата на различни видови прашок од волфрам карбид, составот на смесата и содржината на метално врзивно средство, видот и количината на инхибитор на раст на зрната итн., претставуваат различни степени на цементиран карбид. Овие параметри ќе ја одредат микроструктурата на цементираниот карбид и неговите својства. Некои специфични комбинации на својства станаа приоритет за некои специфични апликации за обработка, што го прави значајно класифицирањето на различни степени на цементиран карбид.
Двата најчесто користени системи за класификација на карбиди за машинска обработка се системот за ознаки C и системот за ознаки ISO. Иако ниту еден систем не ги одразува целосно својствата на материјалот што влијаат на изборот на степени на цементиран карбид, тие обезбедуваат почетна точка за дискусија. За секоја класификација, многу производители имаат свои посебни степени, што резултира со широк спектар на степени на карбид.
Карбидните класи може да се класифицираат и според составот. Видовите на волфрам карбид (WC) може да се поделат на три основни типа: едноставни, микрокристални и легирани. Симплекс класите се состојат првенствено од врзива од волфрам карбид и кобалт, но може да содржат и мали количини на инхибитори на раст на зрната. Микрокристалната класификација е составена од волфрам карбид и врзиво од кобалт додадено со неколку илјадити делови од ванадиум карбид (VC) и (или) хром карбид (Cr3C2), а неговата големина на зрната може да достигне 1 μm или помалку. Видовите на легури се составени од врзива од волфрам карбид и кобалт што содржат неколку проценти титаниум карбид (TiC), тантал карбид (TaC) и ниобиум карбид (NbC). Овие додатоци се познати и како кубни карбиди поради нивните својства на синтерување. Резултирачката микроструктура покажува нехомогена трифазна структура.
1) Едноставни карбидни класи
Овие класи за сечење метал обично содржат од 3% до 12% кобалт (по тежина). Опсегот на големина на зрната од волфрам карбид е обично помеѓу 1-8 μm. Како и кај другите класи, намалувањето на големината на честичките на волфрам карбидот ја зголемува неговата тврдост и цврстина на попречно кинење (TRS), но ја намалува неговата жилавост. Тврдоста на чистиот тип е обично помеѓу HRA89-93,5; цврстината на попречно кинење е обично помеѓу 175-350ksi. Правовите од овие класи може да содржат големи количини на рециклирани материјали.
Едноставните типови на класификација може да се поделат на C1-C4 во системот на класификација C и може да се класифицираат според сериите на класификација K, N, S и H во системот на класификација ISO. Симплекс класификациите со средни својства може да се класифицираат како класификации за општа намена (како што се C2 или K20) и може да се користат за стругање, глодање, рендање и дупчење; класификациите со помала големина на зрната или помала содржина на кобалт и поголема тврдост може да се класифицираат како класификации за завршна обработка (како што се C4 или K01); класификациите со поголема големина на зрната или поголема содржина на кобалт и подобра цврстина може да се класифицираат како класификации за грубо обработување (како што се C1 или K30).
Алатките произведени во класификациите „Симплекс“ можат да се користат за обработка на леано железо, нерѓосувачки челик од серијата 200 и 300, алуминиум и други обоени метали, суперлегури и стврднати челици. Овие класи можат да се користат и во апликации за сечење неметали (на пр. како алатки за дупчење во карпи и геолошко дупчење), а овие класи имаат опсег на големина на зрно од 1,5-10 μm (или поголем) и содржина на кобалт од 6%-16%. Друга употреба на едноставни карбидни класи за сечење неметали е во производството на калупи и перфоратори. Овие класи обично имаат средна големина на зрно со содржина на кобалт од 16%-30%.
(2) Микрокристални цементирани карбидни класи
Ваквите класи обично содржат 6%-15% кобалт. За време на синтерувањето во течна фаза, додавањето на ванадиум карбид и/или хром карбид може да го контролира растот на зрната за да се добие финозрнеста структура со големина на честичките помала од 1 μm. Оваа финозрнеста класификација има многу висока тврдост и попречно кинење над 500ksi. Комбинацијата од висока цврстина и доволна цврстина им овозможува на овие класификации да користат поголем позитивен агол на наклон, што ги намалува силите на сечење и произведува потенки струготини со сечење, наместо со туркање на металниот материјал.
Преку строга идентификација на квалитетот на различните суровини во производството на цементиран карбиден прав и строга контрола на условите на процесот на синтерување за да се спречи формирање на абнормално големи зрна во микроструктурата на материјалот, можно е да се добијат соодветни својства на материјалот. За да се одржи големината на зрната мала и униформна, рециклиран рециклиран прав треба да се користи само ако постои целосна контрола на суровината и процесот на обновување, како и опсежно тестирање на квалитетот.
Микрокристалните класи може да се класифицираат според сериите на класификација М во ISO системот за класификација. Покрај тоа, другите методи на класификација во C системот за класификација и ISO системот за класификација се исти како и чистите класи. Микрокристалните класи може да се користат за изработка на алатки што сечат помеки материјали за обработка, бидејќи површината на алатот може да се обработи многу мазно и може да одржува екстремно остра сечива ивица.
Микрокристалните видови може да се користат и за обработка на суперлегури на база на никел, бидејќи можат да издржат температури на сечење до 1200°C. За обработка на суперлегури и други специјални материјали, употребата на алатки од микрокристален вид и алатки од чист вид што содржат рутениум може истовремено да ја подобри нивната отпорност на абење, отпорност на деформација и цврстина. Микрокристалните видови се исто така погодни за производство на ротирачки алатки како што се дупчалки кои генерираат напрегање на смолкнување. Постои дупчалка направена од композитни видови на цементиран карбид. Во одредени делови од истата дупчалка, содржината на кобалт во материјалот варира, така што тврдоста и цврстината на дупчалката се оптимизирани според потребите за обработка.
(3) Карбидни цементирани класи од легура
Овие класи главно се користат за сечење челични делови, а нивната содржина на кобалт е обично 5%-10%, а големината на зрната се движи од 0,8-2μm. Со додавање на 4%-25% титаниум карбид (TiC), може да се намали тенденцијата на волфрам карбидот (WC) да дифундира на површината на челичните струготини. Јачината на алатот, отпорноста на абење на кратери и отпорноста на термички шок може да се подобрат со додавање до 25% тантал карбид (TaC) и ниобиум карбид (NbC). Додавањето на вакви кубни карбиди, исто така, ја зголемува црвената тврдост на алатот, помагајќи да се избегне термичка деформација на алатот при тешко сечење или други операции каде што сечилото ќе генерира високи температури. Покрај тоа, титаниум карбидот може да обезбеди места за нуклеација за време на синтерувањето, подобрувајќи ја униформноста на распределбата на кубниот карбид во обработуваниот дел.
Општо земено, опсегот на тврдост на цементираните карбидни класи од легиран тип е HRA91-94, а попречната цврстина на кршење е 150-300ksi. Во споредба со чистите класи, легурите имаат слаба отпорност на абење и помала цврстина, но имаат подобра отпорност на абење на лепило. Легурите можат да се поделат на C5-C8 во системот на класи C и можат да се класифицираат според сериите на класи P и M во ISO системот на класи. Легурите со средни својства можат да се класифицираат како класи за општа намена (како што се C6 или P30) и можат да се користат за стругање, набивање, рендање и глодање. Најтврдите класи можат да се класифицираат како завршни класи (како што се C8 и P01) за завршни работи на стругање и дупчење. Овие класи обично имаат помали големини на зрна и помала содржина на кобалт за да се добие потребната тврдост и отпорност на абење. Сепак, слични својства на материјалот може да се добијат со додавање на повеќе кубни карбиди. Класите со највисока цврстина може да се класифицираат како класи на грубо обработување (на пр. C5 или P50). Овие класи обично имаат средна големина на зрната и висока содржина на кобалт, со ниски додатоци на кубни карбиди за да се постигне посакуваната цврстина со инхибирање на растот на пукнатини. При прекинати операции на стругање, перформансите на сечење можат дополнително да се подобрат со користење на горенаведените класи богати со кобалт со поголема содржина на кобалт на површината на алатот.
Легурите со помала содржина на титаниум карбид се користат за обработка на не'рѓосувачки челик и ковано железо, но може да се користат и за обработка на обоени метали како што се суперлегури на база на никел. Големината на зрната на овие видови е обично помала од 1 μm, а содржината на кобалт е 8%-12%. Поцврстите видови, како што е M10, може да се користат за стругање на ковано железо; поцврстите видови, како што е M40, може да се користат за глодање и рендање челик или за стругање на не'рѓосувачки челик или суперлегури.
Легурираните цементирани карбидни класи може да се користат и за сечење на неметали, главно за производство на делови отпорни на абење. Големината на честичките на овие класи е обично 1,2-2 μm, а содржината на кобалт е 7%-10%. При производство на овие класи, обично се додава висок процент на рециклирана суровина, што резултира со висока економичност во апликациите за абење на делови. Абењето на деловите бара добра отпорност на корозија и висока тврдост, што може да се добие со додавање на никел и хром карбид при производство на овие класи.
За да се задоволат техничките и економските барања на производителите на алати, карбидниот прав е клучниот елемент. Правовите дизајнирани за опремата за обработка и параметрите на процесот на производителите на алати обезбедуваат перформанси на завршениот обработен дел и резултираа со стотици карбидни класи. Рециклирачката природа на карбидните материјали и можноста за директна соработка со добавувачите на прав им овозможува на производителите на алати ефикасно да го контролираат квалитетот на производот и трошоците за материјали.
Време на објавување: 18 октомври 2022 година
