Основно познавање на материјали за алат од карбид

Карбидот е најшироко користената класа на материјали за алат за обработка со голема брзина (HSM), кои се произведуваат со процеси на металургија на прав 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 врзивни елементи, а може да се додадат и други . некои легирачки елементи. Зошто има толку многу оценки на карбид? Како производителите на алат го избираат вистинскиот материјал за алат за одредена операција на сечење? За да одговориме на овие прашања, прво да ги погледнеме различните својства што го прават цементираниот карбид идеален материјал за алат.

цврстина и цврстина

WC-Co цементираниот карбид има уникатни предности и во цврстина и во цврстина. Волфрам карбидот (WC) е инхерентно многу тврд (повеќе од корунд или алуминиум), а неговата цврстина ретко се намалува како што се зголемува работната температура. Сепак, нема доволно цврстина, суштинско својство за алати за сечење. Со цел да ја искористат предноста од високата цврстина на волфрам карбидот и да ја подобрат неговата цврстина, луѓето користат метални врски за поврзување на волфрам карбидот заедно, така што овој материјал има цврстина далеку поголема од онаа на челикот со голема брзина, додека може да издржи најголем дел од сечењето. операции. сила на сечење. Покрај тоа, може да ги издржи високите температури на сечење предизвикани од обработката со голема брзина.

Денес, речиси сите WC-Co ножеви и влошки се обложени, така што улогата на основниот материјал изгледа помалку важна. Но, всушност, високиот модул на еластичност на материјалот WC-Co (мерка за вкочанетост, што е околу три пати повеќе од брзиот челик на собна температура) е тој што обезбедува недеформабилна подлога за облогата. WC-Co матрицата исто така ја обезбедува потребната цврстина. Овие својства се основните својства на материјалите од WC-Co, но својствата на материјалот може да се прилагодат и со прилагодување на составот на материјалот и микроструктурата при производство на цементирани карбидни прашоци. Затоа, соодветноста на перформансите на алатот за одредена обработка во голема мера зависи од почетниот процес на мелење.

Процес на мелење

Прашокот од волфрам карбид се добива со карбуризирање на волфрамовиот прав (W). Карактеристиките на прашокот од волфрам карбид (особено неговата големина на честички) главно зависат од големината на честичките на суровинскиот прав од волфрам 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 маса). Мала количина на ванадиум и/или хром може да се додаде пред третманот со карбуризирање со цел да се контролира големината на честичките во прав преку следните процеси. Различните услови на процесот и различните намени за крајна обработка бараат специфична комбинација од големината на честичките од волфрам карбид, содржината на јаглерод, содржината на ванадиум и содржината на хром, преку која може да се произведат различни различни прашоци од волфрам карбид. На пример, ATI Alldyne, производител на прав од волфрам карбид, произведува 23 стандардни сорти на прав од волфрам карбид, а сортите на прав од волфрам карбид приспособени според барањата на корисникот можат да достигнат повеќе од 5 пати повеќе од стандардните класи на прав од волфрам карбид.

При мешање и мелење прав од волфрам карбид и метална врска за да се добие одреден степен на цементиран карбид во прав, може да се користат различни комбинации. Најчесто користената содржина на кобалт е 3% – 25% (тежински сооднос), а во случај на потреба од зголемување 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 во цементираниот карбид WC-Co може значително да ја подобри неговата цврстина без да ја намали неговата цврстина. Зголемувањето на содржината на врзивно средство, исто така, може да ја подобри цврстината на цементираниот карбид, но ќе ја намали неговата цврстина.

Намалувањето на големината на честичките од волфрамокарбид може да ја зголеми тврдоста на материјалот, но големината на честичките на волфрамокарбидот мора да остане иста за време на процесот на синтерување. За време на синтерување, честичките од волфрам карбид се комбинираат и растат преку процес на растворање и повторно таложење. Во вистинскиот процес на синтерување, со цел да се формира целосно густ материјал, металната врска станува течна (наречена синтерување во течна фаза). Стапката на раст на честичките од волфрам карбид може да се контролира со додавање на други карбиди на преоден метал, вклучувајќи ванадиум карбид (VC), хром карбид (Cr3C2), титаниум карбид (TiC), тантал карбид (TaC) и ниобиум карбид (NbC). Овие метални карбиди обично се додаваат кога прашокот од волфрам карбид се меша и меле со метална врска, иако ванадиум карбид и хром карбид исто така може да се формираат кога прашокот од волфрам карбид е карбуризиран.

Прашокот од волфрам карбид може да се произведе и со користење на рециклиран отпад 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 материјалните трошоци, да се заштедат природни ресурси и да се избегнат отпадните материјали. Штетно отстранување. Отпадниот цементиран карбид генерално може повторно да се користи со APT (амониум паратунгстат), процес на обновување на цинк или со дробење. Овие „рециклирани“ прашоци од волфрам карбид генерално имаат подобро, предвидливо згуснување бидејќи имаат помала површина од прашоците од волфрам карбид направени директно преку процесот на карбуризирање на волфрам.

Условите за обработка на мешаното мелење на прав од волфрам карбид и метална врска се исто така клучни параметри на процесот. Двете најчесто користени техники на мелење се топчесто мелење и микромелење. Двата процеса овозможуваат еднообразно мешање на мелен прав и намалена големина на честички. За да се направи подоцна пресуваното работно парче да има доволно цврстина, да го задржи обликот на работното парче и да му овозможи на операторот или манипулаторот да го подигне работното парче за работа, обично е неопходно да се додаде органско врзивно средство за време на мелењето. Хемискиот состав на оваа врска може да влијае на густината и јачината на пресуваното работно парче. За полесно ракување, препорачливо е да се додадат врзива со висока јачина, но тоа резултира со помала густина на набивање и може да произведе грутки кои можат да предизвикаат дефекти во финалниот производ.

По мелењето, прашокот обично се суши со прскање за да се добијат агломерати со слободно течение кои се држат заедно со органски врзива. Со прилагодување на составот на органското врзивно средство, проточноста и густината на полнежот на овие агломерати може да се приспособат по желба. Со скрининг на покрупни или поситни честички, дистрибуцијата на големината на честичките на агломератот може дополнително да се приспособи за да се обезбеди добар проток кога ќе се вчита во шуплината на мувлата.

Производство на работни парчиња

Работните парчиња од карбид може да се формираат со различни процесни методи. Во зависност од големината на работното парче, степенот на сложеност на обликот и производната серија, повеќето влошки за сечење се обликуваат со помош на крути матрици под притисок од горниот и долниот дел. За да се одржи конзистентноста на тежината и големината на работното парче при секое притискање, неопходно е да се осигура дека количината на прав (маса и волумен) што се влева во шуплината е сосема иста. Флуидноста на прашокот главно се контролира со дистрибуцијата на големината на агломератите и својствата на органското врзивно средство. Формирани работни парчиња (или „празни“) се формираат со примена на притисок на обликување од 10-80 ksi (килограми по квадратен метар) на прашокот натоварен во шуплината на мувлата.

Дури и при екстремно висок притисок на обликување, 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 работното парче. Карактеристиките на обликување на сорти на цементиран карбид во 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 органско врзивно средство. Со цел да се обезбедат квантитативни информации за својствата на набивање на оценките на цементирани прашоци од карбид, односот помеѓу густината на обликувањето и притисокот на обликувањето обично го дизајнира и конструира производителот на прав. Оваа информација осигурува дека испорачаниот прав е компатибилен со процесот на обликување на производителот на алатот.

Работните парчиња од карбид со големи димензии или работните парчиња карбид со висок сооднос (како што се шипки за крајни мелници и дупчалки) обично се произведуваат од рамномерно пресувани сорти на карбид во прав во флексибилна кеса. Иако производниот циклус на методот на балансирано пресување е подолг од оној на методот на обликување, производната цена на алатот е помала, така што овој метод е посоодветен за производство на мали серии.

Овој процесен метод е да се стави прашокот во кесата и да се запечати устата на кесата, а потоа ќесата полна со прашок се става во комора и се применува притисок од 30-60ksi преку хидрауличен уред за да се притисне. Притиснатите работни парчиња често се обработуваат на одредени геометрии пред синтерување. Големината на вреќата е зголемена за да се приспособи на собирањето на работното парче за време на набивањето и да се обезбеди доволна маржа за операциите на мелење. Со оглед на тоа што работното парче треба да се обработи по притискањето, барањата за конзистентноста на полнењето не се толку строги како оние на методот на обликување, но сепак е пожелно да се осигура дека иста количина прашок се става во вреќата секој пат. Ако густината на полнење на прашокот е премала, тоа може да доведе до недоволно прашок во вреќата, што ќе резултира со тоа што работното парче е премногу мало и мора да се отфрли. Ако густината на полнење на прашокот е превисока, а прашокот натоварен во вреќата е премногу, работното парче треба да се обработи за да се отстрани повеќе прашок откако ќе се притисне. Иако вишокот прашок отстранети и отпаднати работни парчиња може да се рециклира, со тоа се намалува продуктивноста.

Работните парчиња од карбид може да се формираат и со помош на матрици за истиснување или матрици за инјектирање. Процесот на обликување со истиснување е посоодветен за масовно производство на работни парчиња со осносиметрична форма, додека процесот на обликување со вбризгување обично се користи за масовно производство на работни парчиња сложена форма. Во двата процеса на обликување, оценките на цементиран карбид во прав се суспендирани во органско врзивно средство кое дава конзистентност слична на паста за заби на цементираната карбидна мешавина. Соединението потоа или се екструдира низ дупка или се инјектира во шуплина за да се формира. Карактеристиките на степенот на цементиран карбид во прав го одредуваат оптималниот сооднос на прашокот со врзивото во смесата и имаат важно влијание врз проточноста на смесата низ дупката за истиснување или вбризгување во шуплината.

Откако работното парче ќе се формира со обликување, изостатско пресување, истиснување или обликување со инјектирање, органското врзивно средство треба да се отстрани од работното парче пред последната фаза на синтерување. Синтерувањето ја отстранува порозноста од работното парче, правејќи го целосно (или значително) густо. За време на синтерувањето, металната врска во работното парче формирана со преса станува течна, но работното парче ја задржува својата форма под комбинираното дејство на капиларните сили и поврзувањето на честичките.

По синтерување, геометријата на работното парче останува иста, но димензиите се намалени. За да се добие потребната големина на работното парче по синтерување, треба да се земе предвид стапката на собирање при дизајнирање на алатот. Степенот на карбидниот прав што се користи за изработка на секоја алатка мора да биде дизајниран да има правилно собирање кога ќе се набие под соодветен притисок.

Речиси во сите случаи, потребен е третман по синтерување на синтеруваното работно парче. Најосновниот третман на алатите за сечење е да се заострува ивицата за сечење. Многу алатки бараат мелење на нивната геометрија и димензии по синтерување. Некои алатки бараат мелење на врвот и на дното; други бараат периферно мелење (со или без острење на сечилото). Сите карбидни чипови од мелење може да се рециклираат.

Облога на работното парче

Во многу случаи, завршеното работно парче треба да се премачка. Облогата обезбедува подмачкување и зголемена цврстина, како и дифузна бариера до подлогата, спречувајќи оксидација кога е изложен на високи температури. Цементираната карбидна подлога е критична за перформансите на облогата. Покрај приспособувањето на главните својства на матричниот прав, површинските својства на матрицата може да се приспособат и со хемиска селекција и менување на методот на синтерување. Преку миграцијата на кобалт, може да се збогати повеќе кобалт во најоддалечениот слој на површината на сечилото во дебелина од 20-30 μm во однос на остатокот од работното парче, со што на површината на подлогата и се дава подобра цврстина и цврстина, што ја прави поголема отпорни на деформации.

Врз основа на сопствениот производствен процес (како што е методот на депилација, стапката на загревање, времето на синтерување, температурата и напонот на карбуризирање), производителот на алатот може да има некои посебни барања за степенот на употребениот цементиран карбид во прав. Некои производители на алати може да го синтетуваат работното парче во вакуумска печка, додека други може да користат топла печка за синтерување со изостатско пресување (HIP) (која го притиска работното парче блиску до крајот на процесот на циклус за да ги отстрани сите остатоци) порите). Работните парчиња синтерувани во вакуумска печка, исто така, можеби ќе треба да бидат топли изостатски притиснати преку дополнителен процес за да се зголеми густината на работното парче. Некои производители на алатки 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 згрбави нивната микроструктура. Со цел да се одржи ситна големина на зрно, може да се изберат прашоци со помала големина на честички од волфрам карбид. Со цел да се совпадне со специфичната производствена опрема, условите за депилација и напонот на карбуризирање исто така имаат различни барања за содржината на јаглерод во цементираниот карбид во прав.

Класификација на одделение

Комбинираните промени на различни видови прашок од волфрам карбид, составот на смесата и содржината на метално врзивно средство, видот и количината на инхибиторот за раст на зрната, итн., сочинуваат разновидни сорти 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 да се класифицираат различните сорти на цементиран карбид.

Двата најчесто користени системи за класификација на карбид за машински апликации се системот за означување C и системот за означување ISO. Иако ниту еден систем целосно не ги одразува својствата на материјалот кои влијаат на изборот на цементирани карбиди, тие обезбедуваат почетна точка за дискусија. За секоја класификација, многу производители имаат свои посебни оценки, што резултира со широк спектар на оценки на карбид.

Оценките на карбид, исто така, може да се класифицираат според составот. Оценките на волфрам карбид (WC) можат да се поделат на три основни типа: едноставни, микрокристални и легирани. Симплекс оценките се состојат првенствено од волфрам карбид и кобалт врзива, но исто така може да содржат мали количини на инхибитори на растот на зрната. Микрокристалното одделение е составено од волфрам карбид и кобалт врзивно средство додадени со неколку илјадити дел од ванадиум карбид (VC) и (или) хром карбид (Cr3C2), а неговата големина на зрно може да достигне 1 μm или помалку. Оценките на легурите се составени од волфрам карбид и кобалт врзива кои 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 оценки на карбид

Овие оценки за сечење метал обично содржат 3% до 12% кобалт (по тежина). Опсегот на големина на зрната од волфрам карбид е обично помеѓу 1-8 μm. Како и кај другите сорти, намалувањето на големината на честичките на волфрам карбидот ја зголемува неговата цврстина и јачината на попречно кинење (TRS), но ја намалува неговата цврстина. Цврстината на чистиот тип е обично помеѓу HRA89-93,5; попречната јачина на кинење е обично помеѓу 175-350ksi. Прашокот од овие сорти може да содржи големи количини на рециклирани материјали.

Оценките за едноставни типови може да се поделат на C1-C4 во системот за одделение C, и може да се класифицираат според сериите K, N, S и H во системот за оценки ISO. Симплекс оценките со средни својства може да се класифицираат како оценки за општа намена (како C2 или K20) и може да се користат за вртење, глодање, планирање и досадување; оценките со помала големина на зрно или помала содржина на кобалт и поголема цврстина може да се класифицираат како завршни оценки (како C4 или K01); оценките со поголема големина на зрно или поголема содржина на кобалт и подобра цврстина може да се класифицираат како груби оценки (како C1 или K30).

Алатките изработени во класите Симплекс може да се користат за обработка на леано железо, нерѓосувачки челик од сериите 200 и 300, алуминиум и други обоени метали, суперлегури и стврднати челици. Овие оценки може да се користат и во неметални апликации за сечење (на пр. како алат за дупчење карпи и геолошки), а овие оценки 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 оценки за неметално сечење е во производството на матрици и удари. Овие оценки обично имаат средна големина на зрно со содржина на кобалт од 16%-30%.

(2) Микрокристални цементирани карбидни оценки

Таквите оценки 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 фино зрнеста структура со големина на честички помала од 1 μm. Овој ситно-грануларен степен има многу висока цврстина и јачина на попречно кинење над 500ksi. Комбинацијата на висока јачина и доволна цврстина им овозможува на овие оценки да користат поголем позитивен агол на гребење, што ги намалува силите на сечење и создава потенки чипови со сечење наместо со туркање на металниот материјал.

Преку строга идентификација на квалитет на различни суровини во производството на сорти на цементиран карбид во прав и строга контрола на условите на процесот на синтерување за да се спречи формирање на ненормално големи зрна во микроструктурата на материјалот, можно е да се добијат соодветни својства на материјалот. Со цел да се задржи големината на зрното мала и униформа, рециклираниот рециклиран прав треба да се користи само ако има целосна контрола на суровината и процесот на обновување и опширно тестирање на квалитетот.

Микрокристалните оценки може да се класифицираат според сериите M одделение во системот ISO одделение. Дополнително, другите методи на класификација во системот C и системот ISO се исти како и чистите оценки. Микрокристалните оценки може да се користат за да се направат алатки кои сечат помеки материјали за обработување, бидејќи површината на алатот може да се обработува многу мазна и може да одржува исклучително остар раб на сечење.

Микрокристалните оценки може да се користат и за обработка на суперлегури на база на никел, бидејќи тие можат да издржат температури на сечење до 1200°C. За обработка на суперлегури и други специјални материјали, употребата на алати со микрокристална класа и алатки од чиста класа што содржат рутениум истовремено може да ја подобрат нивната отпорност на абење, отпорност на деформација и цврстина. Микрокристалните оценки се исто така погодни за производство на ротирачки алати како што се дупчалки кои создаваат стрес на смолкнување. Постои вежба направена од композитни оценки на цементиран карбид. Во одредени делови од истата вежба, содржината на кобалт во материјалот варира, така што цврстината и цврстината на дупчалката се оптимизирани според потребите за обработка.

(3) Оценки за цементиран карбид од легура

Овие оценки главно се користат за сечење челични делови, а нивната содржина на кобалт е обично 5%-10%, а големината на зрното се движи од 0,8-2μm. Со додавање на 4%-25% титаниум карбид (TiC), тенденцијата на волфрам карбид (WC) да се дифузира на површината на челичните чипови може да се намали. Јачината на алатот, отпорноста на абење на кратерот и отпорноста на термички шок може да се подобрат со додавање до 25% тантал карбид (TaC) и ниобиум карбид (NbC). Додавањето на такви кубни карбиди, исто така, ја зголемува црвената цврстина 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 карбид може да обезбеди места за нуклеација за време на синтерување, подобрувајќи ја униформноста на дистрибуцијата на кубен карбид во работното парче.

Општо земено, опсегот на цврстина на цементирани карбиди од типот на легура е HRA91-94, а јачината на попречната фрактура е 150-300ksi. Во споредба со чистите оценки, легурите имаат слаба отпорност на абење и помала јачина, но имаат подобра отпорност на абење на лепилото. Оценките на легурите можат да се поделат на C5-C8 во системот за одделение C, и може да се класифицираат според сериите P и M одделение во системот за одделение ISO. Оценките на легурите со средни својства може да се класифицираат како класи за општа намена (како C6 или P30) и може да се користат за вртење, тапкање, планирање и глодање. Најтешките оценки може да се класифицираат како завршни оценки (како што се C8 и P01) за завршување на вртење и здодевни операции. Овие оценки обично имаат помали големини на зрна и помала содржина на кобалт за да се добие потребната цврстина и отпорност на абење. Сепак, слични својства на материјалот може да се добијат со додавање на повеќе кубни карбиди. Оценките со најголема цврстина може да се класифицираат како груби оценки (на пр. C5 или P50). Овие сорти обично имаат средна големина на зрно и висока содржина на кобалт, со мали додавања на кубни карбиди за да се постигне саканата цврстина со инхибиција на растот на пукнатините. При прекинато вртење, перформансите на сечењето може дополнително да се подобрат со користење на горенаведените сорти богати со кобалт со поголема содржина на кобалт на површината на алатот.

Класите на легури со помала содржина на титаниум карбид се користат за обработка на нерѓосувачки челик и податливо железо, но може да се користат и за обработка на обоени метали како што се суперлегурите на база на никел. Големината на зрната на овие сорти е обично помала од 1 μm, а содржината на кобалт е 8%-12%. Поцврсти оценки, како што е М10, може да се користат за вртење податливо железо; поцврсти оценки, како што е M40, може да се користат за глодање и планирање на челик или за вртење нерѓосувачки челик или суперлегури.

Оценките на цементиран карбид од легура може да се користат и за цели на неметално сечење, главно за производство на делови отпорни на абење. Големината на честичките на овие сорти е обично 1,2-2 μm, а содржината на кобалт е 7%-10%. Кога се произведуваат овие оценки, вообичаено се додава висок процент на рециклирана суровина, што резултира со висока исплатливост при примената на делови за абење. Деловите за абење бараат добра отпорност на корозија и висока цврстина, што може да се добие со додавање на никел и хром карбид при производство на овие оценки.

Со цел да се исполнат техничките и економските барања на производителите на алатки, карбидниот прав е клучниот елемент. Прашокот дизајниран за машинската опрема на производителите на алати и параметрите на процесот обезбедуваат перформанси на готовиот работен предмет и резултираа со стотици степени на карбид. Природата на карбидните материјали што може да се рециклира и можноста за директно работење со добавувачите на прашок им овозможува на производителите на алатки ефективно да го контролираат квалитетот на нивниот производ и трошоците за материјали.