Карбид је најраспрострањенија класа материјала алата за обраду велике брзине (ХСМ), који се производе процесима металургије праха и састоје се од честица тврдог карбида (обично волфрам карбида ВЦ) и мекшег састава металне везе. Тренутно постоје стотине цементираних карбида на бази ВЦ-а са различитим саставима, од којих већина користи кобалт (Цо) као везиво, никл (Ни) и хром (Цр) су такође често коришћени везивни елементи, а могу се додати и други . неки легирајући елементи. Зашто постоји толико врста карбида? Како произвођачи алата бирају прави материјал алата за одређену операцију сечења? Да бисмо одговорили на ова питања, хајде да прво погледамо различита својства која чине цементни карбид идеалним материјалом за алат.
тврдоћа и жилавост
ВЦ-Цо цементирани карбид има јединствене предности у тврдоћи и жилавости. Волфрам карбид (ВЦ) је инхерентно веома тврд (више од корунда или глинице), а његова тврдоћа ретко опада како се радна температура повећава. Међутим, недостаје му довољна жилавост, суштинска особина за алате за сечење. Да би искористили високу тврдоћу волфрам карбида и побољшали његову жилавост, људи користе металне везе за спајање волфрам карбида, тако да овај материјал има тврдоћу далеко већу од тврдоће брзорезног челика, док је у стању да издржи већину резања. операције. сила резања. Поред тога, може издржати високе температуре резања узроковане обрадом великом брзином.
Данас су скоро сви ВЦ-Цо ножеви и уметци премазани, тако да улога основног материјала изгледа мање важна. Али у ствари, високи модул еластичности ВЦ-Цо материјала (мера крутости, која је око три пута већа од брзорезног челика на собној температури) обезбеђује недеформабилну подлогу за премаз. ВЦ-Цо матрица такође обезбеђује потребну жилавост. Ова својства су основна својства ВЦ-Цо материјала, али својства материјала се такође могу прилагодити прилагођавањем састава материјала и микроструктуре када се производи цементни карбидни прах. Стога, погодност перформанси алата за одређену машинску обраду у великој мери зависи од почетног процеса глодања.
Процес глодања
Волфрам карбид прах се добија карбуризацијом волфрамовог (В) праха. Карактеристике праха волфрам карбида (посебно његове величине честица) углавном зависе од величине честица сировог материјала волфрамовог праха и температуре и времена карбуризације. Хемијска контрола је такође критична, а садржај угљеника мора бити константан (близу стехиометријске вредности од 6,13% по тежини). Мала количина ванадијума и/или хрома може се додати пре третмана карбуризације да би се контролисала величина честица праха кроз наредне процесе. Различити услови процеса у наставку и различите крајње употребе у преради захтевају специфичну комбинацију величине честица волфрам карбида, садржаја угљеника, садржаја ванадијума и садржаја хрома, кроз које се могу произвести различити прахови волфрам карбида. На пример, АТИ Аллдине, произвођач праха волфрам карбида, производи 23 стандардне класе праха волфрам карбида, а врсте праха волфрам карбида прилагођене захтевима корисника могу достићи више од 5 пута више од стандардних разреда праха волфрам карбида.
Приликом мешања и млевења праха волфрам карбида и металне везе за производњу одређеног степена цементног карбидног праха, могу се користити различите комбинације. Најчешће коришћени садржај кобалта је 3% – 25% (тежински однос), а у случају потребе за повећањем отпорности алата на корозију потребно је додати никл и хром. Поред тога, метална веза се може додатно побољшати додавањем других компоненти легуре. На пример, додавање рутенијума ВЦ-Цо цементираном карбиду може значајно побољшати његову жилавост без смањења његове тврдоће. Повећање садржаја везива такође може побољшати жилавост цементног карбида, али ће смањити његову тврдоћу.
Смањење величине честица волфрам карбида може повећати тврдоћу материјала, али величина честица волфрам карбида мора остати иста током процеса синтеровања. Током синтеровања, честице волфрам карбида се комбинују и расту кроз процес растварања и поновног таложења. У стварном процесу синтеровања, да би се формирао потпуно густ материјал, метална веза постаје течна (назива се синтеровање течне фазе). Брзина раста честица волфрам карбида може се контролисати додавањем других карбида прелазних метала, укључујући ванадијум карбид (ВЦ), хром карбид (Цр3Ц2), титанијум карбид (ТиЦ), тантал карбид (ТаЦ) и ниобијум карбид (НбЦ). Ови метални карбиди се обично додају када се прах волфрам карбида помеша и меље са металном везом, иако се ванадијум карбид и хром карбид такође могу формирати када се прах волфрам карбида карбуризује.
Волфрам карбид у праху се такође може произвести коришћењем рециклираних отпадних цементних карбидних материјала. Рециклажа и поновна употреба отпадног карбида има дугу историју у индустрији цементног карбида и важан је део целокупног економског ланца индустрије, помажући у смањењу материјалних трошкова, уштеди природних ресурса и избегавању отпадних материјала. Штетно одлагање. Отпадни цементни карбид се генерално може поново користити поступком АПТ (амонијум паратунгстата), процесом опоравка цинка или дробљењем. Ови „рециклирани“ прашкови волфрам карбида генерално имају бољу, предвидљиву згушњавање јер имају мању површину од прахова волфрам карбида направљених директно кроз процес карбуризације волфрама.
Услови обраде мешаног млевења праха волфрам карбида и металне везе су такође кључни параметри процеса. Две најчешће коришћене технике млевења су куглично млевење и микро глодање. Оба процеса омогућавају равномерно мешање млевених прахова и смањену величину честица. Да би касније пресовани радни предмет имао довољну чврстоћу, задржао облик радног предмета и омогућио оператеру или манипулатору да покупи радни предмет за рад, обично је потребно додати органско везиво током брушења. Хемијски састав ове везе може утицати на густину и чврстоћу пресованог радног предмета. Да би се олакшало руковање, препоручљиво је додати везива велике чврстоће, али то резултира мањом густином збијања и може произвести грудвице које могу узроковати дефекте у коначном производу.
Након млевења, прах се обично суши распршивањем да би се произвели агломерати слободног протока који се држе заједно помоћу органских везива. Подешавањем састава органског везива, течљивост и густина пуњења ових агломерата се могу прилагодити по жељи. Одстрањивањем крупнијих или финијих честица, дистрибуција величине честица агломерата може се додатно прилагодити како би се обезбедио добар проток када се убацује у шупљину калупа.
Производња радног комада
Радни предмети од тврдог метала могу се формирати различитим процесним методама. У зависности од величине радног комада, нивоа сложености облика и производне серије, већина резних уметака се обликује помоћу крутих калупа са горњим и доњим притиском. Да би се одржала конзистентност тежине и величине радног комада приликом сваког пресовања, потребно је обезбедити да количина праха (маса и запремина) која тече у шупљину буде потпуно иста. Флуидност праха се углавном контролише дистрибуцијом величине агломерата и својствима органског везива. Обликовани радни комади (или „празни делови“) се формирају применом притиска калупа од 10-80 кси (кило фунти по квадратном метру) на прах уметнут у шупљину калупа.
Чак и под изузетно високим притиском обликовања, честице тврде волфрам карбида се неће деформисати или сломити, али се органско везиво утискује у празнине између честица волфрам карбида, чиме се фиксира положај честица. Што је притисак већи, то је чвршће везивање честица волфрам карбида и већа је густина сабијања радног предмета. Особине калупа за врсте праха цементног карбида могу варирати, у зависности од садржаја металног везива, величине и облика честица волфрам карбида, степена агломерације и састава и додатка органског везива. Да би се пружиле квантитативне информације о својствима сабијања врста прахова цементног карбида, однос између густине и притиска калупа обично дизајнира и конструише произвођач праха. Ове информације осигуравају да је испоручени прах компатибилан са процесом обликовања произвођача алата.
Карбидни обрадаци великих димензија или обрадаци од карбида са високим односом ширине и висине (као што су дршке за крајње глодалице и бургије) се обично производе од равномерно пресованог карбидног праха у флексибилној врећи. Иако је производни циклус методе балансираног пресовања дужи него код методе ливења, трошкови производње алата су нижи, тако да је ова метода погоднија за производњу малих серија.
Овај метод процеса је да се прах стави у врећу, и затвори отвор вреће, а затим се кеса пуна праха стави у комору и примени притисак од 30-60кси кроз хидраулични уређај за притискање. Пресовани радни предмети се често машински обрађују на одређене геометрије пре синтеровања. Величина вреће је повећана како би се прилагодила скупљању радног комада током сабијања и да би се обезбедила довољна маргина за операције брушења. Пошто је радни предмет потребно обрадити након пресовања, захтеви за конзистентност пуњења нису тако строги као код методе калуповања, али је ипак пожељно обезбедити да се иста количина праха сваки пут убаци у врећу. Ако је густина пуњења праха премала, то може довести до недовољне количине праха у врећици, што резултира сувише малим радним комадом и мора бити одбачен. Ако је густина пуњења праха превисока, а праха убаченог у врећу превише, радни предмет треба обрадити да би се уклонило више праха након што се притисне. Иако се вишак праха који је уклоњен и отпадни обрадак може рециклирати, то смањује продуктивност.
Радни предмети од тврдог метала се такође могу формирати помоћу калупа за екструзију или калупа за ињектирање. Процес екструзионог ливења је погоднији за масовну производњу осносиметричних обрадака, док се процес бризгања обично користи за масовну производњу сложених облика. У оба процеса обликовања, врсте праха цементног карбида су суспендоване у органском везиву које мешавини цементног карбида даје конзистенцију попут пасте за зубе. Једињење се затим или екструдира кроз рупу или убризгава у шупљину да се формира. Карактеристике квалитета цементног карбидног праха одређују оптималан однос праха и везива у смеши и имају значајан утицај на проточност смеше кроз отвор за екструзију или убризгавање у шупљину.
Након што се обрадак формира калупљењем, изостатичким пресовањем, екструзијом или бризгањем, органско везиво треба уклонити из радног предмета пре завршне фазе синтеровања. Синтеровањем се уклања порозност радног предмета, чинећи га потпуно (или знатно) густим. Током синтеровања, метална веза у пресованом радном комаду постаје течна, али радни предмет задржава свој облик под комбинованим деловањем капиларних сила и везивања честица.
Након синтеровања, геометрија радног предмета остаје иста, али се димензије смањују. Да би се добила потребна величина радног комада након синтеровања, при пројектовању алата треба узети у обзир стопу скупљања. Квалитет праха карбида који се користи за израду сваког алата мора бити пројектован тако да има исправно скупљање када се сабије под одговарајућим притиском.
У скоро свим случајевима је потребна обрада синтерованог радног предмета након синтеровања. Најосновнији третман резних алата је оштрење резне ивице. Многи алати захтевају брушење своје геометрије и димензија након синтеровања. Неки алати захтевају горње и доње брушење; други захтевају периферно брушење (са или без оштрења резне ивице). Сви карбидни струготи од млевења могу се рециклирати.
Премаз радног предмета
У многим случајевима, готов радни предмет треба премазати. Премаз обезбеђује мазивост и повећану тврдоћу, као и дифузиону баријеру за подлогу, спречавајући оксидацију када је изложен високим температурама. Подлога од цементног карбида је критична за перформансе премаза. Поред прилагођавања главних особина праха матрикса, својства површине матрице се такође могу прилагодити хемијском селекцијом и променом методе синтеровања. Кроз миграцију кобалта, више кобалта се може обогатити у крајњем слоју површине сечива у дебљини од 20-30 μм у односу на остатак радног предмета, чиме се површини подлоге даје боља чврстоћа и жилавост, чинећи је више отпоран на деформације.
На основу сопственог производног процеса (као што је метода депаравања, брзина загревања, време синтеровања, температура и напон карбуризације), произвођач алата може имати неке посебне захтеве за врсту праха цементног карбида који се користи. Неки произвођачи алата могу синтеровати радни предмет у вакуумској пећи, док други могу користити пећ за синтеровање врућим изостатичким пресовањем (ХИП) (која врши притисак на радни предмет при крају циклуса процеса да би уклонио све остатке) поре). Радни предмети синтеровани у вакуумској пећи ће такође морати да буду вруће изостатички пресовани кроз додатни процес да би се повећала густина радног комада. Неки произвођачи алата могу користити више температуре вакуумског синтеровања да би повећали густину синтероване мешавине са нижим садржајем кобалта, али овај приступ може да угруби њихову микроструктуру. Да би се одржала фина величина зрна, могу се одабрати прахови са мањом величином честица волфрам карбида. Да би се ускладили са специфичном производном опремом, услови депаравања и напон карбуризације такође имају различите захтеве за садржај угљеника у праху цементног карбида.
Класификација разреда
Комбиноване промене различитих типова праха волфрам карбида, састава смеше и садржаја металног везива, врсте и количине инхибитора раста зрна, итд., чине различите врсте цементног карбида. Ови параметри ће одредити микроструктуру цементног карбида и његове особине. Неке специфичне комбинације својстава постале су приоритет за неке специфичне примене у преради, што чини сврсисходним класификовати различите врсте цементног карбида.
Два најчешће коришћена система класификације карбида за примену у машинској обради су систем ознака Ц и систем означавања ИСО. Иако ниједан систем не одражава у потпуности својства материјала која утичу на избор квалитета цементног карбида, они представљају полазну тачку за дискусију. За сваку класификацију, многи произвођачи имају своје посебне разреде, што резултира широким спектром класа карбида.
Врсте карбида се такође могу класификовати по саставу. Класови волфрам карбида (ВЦ) се могу поделити у три основна типа: једноставне, микрокристалне и легиране. Симплекс класе се првенствено састоје од везива волфрам карбида и кобалта, али могу да садрже и мале количине инхибитора раста зрна. Микрокристални разред се састоји од волфрам карбида и кобалтног везива који су додани са неколико хиљадитих делова ванадијум карбида (ВЦ) и (или) хром карбида (Цр3Ц2), а његова величина зрна може да достигне 1 μм или мање. Легура се састоји од везива волфрам карбида и кобалта који садрже неколико процената титанијум карбида (ТиЦ), тантал карбида (ТаЦ) и ниобијум карбида (НбЦ). Ови додаци су такође познати као кубни карбиди због својих својстава синтеровања. Добијена микроструктура показује нехомогену трофазну структуру.
1) Једноставне класе карбида
Ове врсте за сечење метала обично садрже 3% до 12% кобалта (по тежини). Опсег величине зрна волфрам карбида је обично између 1-8 μм. Као и код других врста, смањење величине честица волфрам карбида повећава његову тврдоћу и попречну чврстоћу ломљења (ТРС), али смањује његову жилавост. Тврдоћа чистог типа је обично између ХРА89-93,5; јачина попречног кидања је обично између 175-350кси. Прахови ових разреда могу садржати велике количине рециклираних материјала.
Једноставни типови се могу поделити на Ц1-Ц4 у систему Ц, и могу се класификовати према К, Н, С и Х серији разреда у ИСО систему. Симплекс типови са средњим својствима могу се класификовати као типови опште намене (као што су Ц2 или К20) и могу се користити за стругање, глодање, рендисање и бушење; класе са мањом величином зрна или мањим садржајем кобалта и већом тврдоћом могу се класификовати као завршни слојеви (као што су Ц4 или К01); класе са већом величином зрна или већим садржајем кобалта и бољом жилавошћу могу се класификовати као грубе врсте (као што су Ц1 или К30).
Алати направљени у типовима Симплек могу се користити за машинску обраду ливеног гвожђа, нерђајућег челика серије 200 и 300, алуминијума и других обојених метала, суперлегура и каљених челика. Ове врсте се такође могу користити у апликацијама за сечење без метала (нпр. као алати за бушење у стенама и геолошким условима), а ове врсте имају опсег величине зрна од 1,5-10 μм (или веће) и садржај кобалта од 6%-16%. Још једна употреба једноставних карбида за сечење без метала је у производњи калупа и пробоја. Ови типови обично имају средњу величину зрна са садржајем кобалта од 16%-30%.
(2) Микрокристални цементни карбид
Такве врсте обично садрже 6%-15% кобалта. Током синтеровања у течној фази, додавање ванадијум карбида и/или хром карбида може контролисати раст зрна како би се добила финозрнаста структура са величином честица мањом од 1 μм. Ова финозрнаста класа има веома високу тврдоћу и попречну чврстоћу на кидање изнад 500кси. Комбинација високе чврстоће и довољне жилавости омогућава овим врстама да користе већи позитивни нагибни угао, што смањује силу резања и производи тање струготине резањем уместо гурањем металног материјала.
Кроз стриктну идентификацију квалитета различитих сировина у производњи праха цементног карбида и строгу контролу услова процеса синтеровања како би се спречило стварање абнормално великих зрна у микроструктури материјала, могуће је добити одговарајућа својства материјала. Како би величина зрна била мала и уједначена, рециклирани рециклирани прах треба да се користи само ако постоји потпуна контрола сировине и процеса опоравка, као и опсежна испитивања квалитета.
Микрокристалне класе се могу класификовати према серији М степена у систему квалитета ИСО. Поред тога, друге методе класификације у систему Ц степена и ИСО систему оцењивања су исте као и чисте оцене. Микрокристалне класе се могу користити за прављење алата који секу мекше материјале обрадака, јер се површина алата може обрадити веома глатка и може одржавати изузетно оштру резну ивицу.
Микрокристалне класе се такође могу користити за обраду суперлегура на бази никла, јер могу да издрже температуре резања до 1200°Ц. За обраду суперлегура и других специјалних материјала, употреба алата микрокристалног квалитета и алата чистог квалитета који садрже рутенијум може истовремено побољшати њихову отпорност на хабање, отпорност на деформације и жилавост. Микрокристалне класе су такође погодне за производњу ротирајућих алата као што су бушилице које стварају напон смицања. Постоји бургија од композитних класа цементног карбида. У одређеним деловима исте бушилице, садржај кобалта у материјалу варира, тако да се тврдоћа и жилавост бургије оптимизују у складу са потребама обраде.
(3) Тип легуре цементног карбида
Ове врсте се углавном користе за сечење челичних делова, а њихов садржај кобалта је обично 5%-10%, а величина зрна се креће од 0,8-2μм. Додавањем 4%-25% титанијум карбида (ТиЦ), тенденција волфрам карбида (ВЦ) да дифундује на површину челичних струготина може се смањити. Чврстоћа алата, отпорност на хабање кратера и отпорност на термички удар могу се побољшати додавањем до 25% тантал карбида (ТаЦ) и ниобијум карбида (НбЦ). Додавање таквих кубичних карбида такође повећава црвену тврдоћу алата, помажући да се избегне термичка деформација алата при тешком сечењу или другим операцијама где ће резна ивица генерисати високе температуре. Поред тога, титанијум карбид може да обезбеди места нуклеације током синтеровања, побољшавајући уједначеност дистрибуције кубичног карбида у радном предмету.
Уопштено говорећи, опсег тврдоће легираног типа цементног карбида је ХРА91-94, а јачина попречног лома је 150-300кси. У поређењу са чистим разредима, легуре имају слабу отпорност на хабање и мању чврстоћу, али имају бољу отпорност на хабање лепка. Легура разреда се могу поделити на Ц5-Ц8 у систему Ц, и могу се класификовати према П и М серији разреда у ИСО систему. Легура са средњим својствима могу се класификовати као класе опште намене (као што су Ц6 или П30) и могу се користити за стругање, урезивање, рендисање и глодање. Најтврђи типови се могу класификовати као завршни слојеви (као што су Ц8 и П01) за завршно окретање и бушење. Ови типови обично имају мање величине зрна и нижи садржај кобалта да би се постигла потребна тврдоћа и отпорност на хабање. Међутим, слична својства материјала могу се добити додавањем више кубних карбида. Класе са највећом жилавошћу могу се класификовати као грубе обраде (нпр. Ц5 или П50). Ови типови типично имају средњу величину зрна и висок садржај кобалта, са ниским додатком кубних карбида да би се постигла жељена жилавост инхибицијом раста прслина. У прекинутим операцијама стругања, перформансе сечења могу се додатно побољшати коришћењем горе наведених врста богатих кобалтом са већим садржајем кобалта на површини алата.
Легуре са нижим садржајем титанијум карбида користе се за машинску обраду нерђајућег челика и кованог гвожђа, али се такође могу користити за машинску обраду обојених метала као што су суперлегура на бази никла. Величина зрна ових класа је обично мања од 1 μм, а садржај кобалта је 8%-12%. Тврђи типови, као што је М10, могу се користити за окретање кованог гвожђа; тврђи типови, као што је М40, могу се користити за глодање и рендисање челика, или за стругање нерђајућег челика или суперлегура.
Типови цементног карбида од легуре се такође могу користити за сечење неметала, углавном за производњу делова отпорних на хабање. Величина честица ових класа је обично 1,2-2 μм, а садржај кобалта је 7%-10%. Приликом производње ових врста, обично се додаје висок проценат рециклираних сировина, што резултира високом економичношћу у примени делова који се троше. Делови који се хабају захтевају добру отпорност на корозију и високу тврдоћу, што се може добити додавањем никла и хром карбида приликом производње ових класа.
Да би се задовољили технички и економски захтеви произвођача алата, карбидни прах је кључни елемент. Прашци дизајнирани за машинску опрему произвођача алата и процесне параметре обезбеђују перформансе готовог радног предмета и резултирају стотинама карбидних класа. Природа карбидних материјала који се могу рециклирати и могућност директног рада са добављачима праха омогућавају произвођачима алата да ефикасно контролишу квалитет својих производа и трошкове материјала.
Време поста: 18.10.2022
