Карбидът е най-широко използваният клас инструментални материали с високоскоростна обработка (HSM), които се произвеждат от прахообразни металургични процеси и се състоят от частици с твърд карбид (обикновено волфрамов карбид) частици и по-мек метален състав на връзката. Понастоящем има стотици циментирани карбиди на базата на WC с различни състави, повечето от които използват кобалт (CO) като свързващо вещество, никел (Ni) и хром (CR) също са често използвани елементи на свързващо вещество, а други също могат да се добавят. някои легиращи елементи. Защо има толкова много степени на карбид? Как производителите на инструменти избират подходящия материал за инструмент за специфична операция за рязане? За да отговорим на тези въпроси, нека първо разгледаме различните свойства, които правят циментирания карбид идеален инструмент.
твърдост и здравина
WC-CO циментиран карбид има уникални предимства както в твърдостта, така и в здравината. Волфрамовият карбид (WC) по своята същност е много твърд (повече от корунд или алуминиев оксид), а твърдостта му рядко намалява с увеличаване на температурата на работната температура. Въпреки това, му липсва достатъчна здравина, основно свойство за режещите инструменти. За да се възползват от високата твърдост на волфрамовия карбид и да подобрят нейната здравина, хората използват метални връзки, за да свързват волфрамов карбид заедно, така че този материал да има твърдост, далеч надвишаващ тази на високоскоростната стомана, като същевременно е в състояние да издържи на повечето операции за рязане. Сила за рязане. В допълнение, той може да издържи високите температури на рязане, причинени от високоскоростна обработка.
Днес почти всички ножове и вложки WC-CO са покрити, така че ролята на основния материал изглежда по-малко важна. Но всъщност именно високият еластичен модул на WC-CO материала (мярка за скованост, който е около три пъти по-голям от този на високоскоростната стомана при стайна температура), който осигурява недеоформиращия се субстрат за покритието. WC-CO матрицата също осигурява необходимата здравина. Тези свойства са основните свойства на WC-CO материали, но свойствата на материала също могат да бъдат пригодени чрез регулиране на състава и микроструктурата на материала при производството на циментирани карбидни прахове. Следователно, пригодността на производителността на инструмента към конкретна обработка зависи до голяма степен от първоначалния процес на смилане.
Процес на смилане
Волфрамов карбиден прах се получава чрез карбуриране на волфрамов (W) на прах. Характеристиките на волфрамовия карбид на прах (особено размера на частиците му) зависят главно от размера на частиците на суровината волфрамов прах и температурата и времето на карбуризация. Химическият контрол също е от решаващо значение и съдържанието на въглерод трябва да се поддържа постоянно (близо до стехиометричната стойност от 6,13% тегло). Малко количество ванадий и/или хром може да се добави преди карбуризиращата обработка, за да се контролира размерът на праховите частици чрез следващи процеси. Различните условия на процеса надолу по веригата и различните приложения за крайна обработка изискват специфична комбинация от размера на частиците от волфрамов карбид, съдържанието на въглерод, съдържанието на ванадий и съдържанието на хром, чрез които могат да се произвеждат разнообразие от различни прахове от волфрамов карбид. Например, ATI Alldyne, производител на прах от волфрамов карбид, произвежда 23 стандартни степени на волфрамов карбид на прах, а сортовете на волфрамов карбиден прах, персонализирани според потребителските изисквания, могат да достигнат повече от 5 пъти по -високи от стандартните степени на волфрамов карбиден прах.
При смесване и смилане на волфрамов карбид на прах и метална връзка за получаване на определена степен на циментиран карбиден прах, могат да се използват различни комбинации. Най -често използваното съдържание на кобалт е 3% - 25% (съотношение на теглото), а в случай на нужда от подобряване на устойчивостта на корозия на инструмента е необходимо да се добави никел и хром. В допълнение, металната връзка може да бъде допълнително подобрена чрез добавяне на други компоненти на сплав. Например, добавянето на рутениев към WC-CO циментиран карбид може значително да подобри нейната здравина, без да намалява неговата твърдост. Увеличаването на съдържанието на свързващо вещество също може да подобри здравината на циментирания карбид, но това ще намали неговата твърдост.
Намаляването на размера на частиците от волфрамов карбид може да увеличи твърдостта на материала, но размерът на частиците на волфрамовия карбид трябва да остане същият по време на процеса на синтероване. По време на синтероването частиците от волфрамов карбид се комбинират и растат чрез процес на разтваряне и репресиране. В действителния процес на синтероване, за да се образува напълно плътен материал, металната връзка става течна (наречена течна фаза синтероване). Скоростта на растеж на частиците от волфрамов карбид може да бъде контролирана чрез добавяне на други преходни метални карбиди, включително ванадий карбид (VC), хром карбид (CR3C2), титаниев карбид (TIC), танталум карбид (TAC) и ниобиев карбид (NBC). Тези метални карбиди обикновено се добавят, когато прахът от волфрамов карбид се смесва и смила с метална връзка, въпреки че ванадий карбид и хром карбид също могат да се образуват, когато прахът от волфрамов карбид е карбуризиран.
Волфрамов карбиден прах също може да бъде произведен чрез използване на рециклирани отпадъчни циментирани карбидни материали. Рециклирането и повторното използване на карбида с скрап има дълга история в индустрията на циментирания карбид и е важна част от цялата икономическа верига на индустрията, като спомага за намаляване на материалните разходи, спестяването на природни ресурси и избягване на отпадъчните материали. Вредно изхвърляне. Цементиран скрап карбид обикновено може да се използва повторно чрез APT (Ammonium Paratungstate) процес, процес на възстановяване на цинк или чрез смазване. Тези „рециклирани“ волфрамови карбидни прахове обикновено имат по -добро, предвидимо уплътняване, тъй като имат по -малка повърхност, отколкото прахове от волфрамов карбид, направени директно през процеса на карбуриране на волфрамове.
Условията за обработка на смесеното смилане на волфрамов карбиден прах и метална връзка също са решаващи параметри на процеса. Двете най -често използвани техники за смилане са смилането на топката и микромилирането. И двата процеса позволяват равномерно смесване на смляни прахове и намален размер на частиците. За да се направи по -късната пресована детачка да има достатъчна якост, да поддържа формата на детайла и да се даде възможност на оператора или манипулатора да вземе детайла за работа, обикновено е необходимо да се добави органично свързващо вещество по време на смилане. Химичният състав на тази връзка може да повлияе на плътността и здравината на притиснатата детайла. За да се улесни работата, препоръчително е да се добавят свързващи вещества с висока якост, но това води до по -ниска плътност на уплътняването и може да доведе до бучки, които могат да причинят дефекти в крайния продукт.
След смилане прахът обикновено се суша със спрей, за да се получат свободно протичащи агломерати, държани заедно от органични свързващи вещества. Чрез регулиране на състава на органичното свързващо вещество, плътността на течността и заряда на тези агломерати могат да бъдат пригодени по желание. Чрез скрининг на по -груби или по -фини частици разпределението на размера на частиците на агломерата може да бъде допълнително пригодено, за да се осигури добър поток, когато се зарежда в кухината на формата.
Производство на детайла
Карбидните детайли могат да се образуват чрез различни методи на процеса. В зависимост от размера на детайла, нивото на сложност на формата и производствената партида, повечето режещи вложки се формират с помощта на твърди матрици от горното и долното налягане. За да се поддържа консистенцията на теглото и размера на детайла по време на всяко натискане, е необходимо да се гарантира, че количеството прах (маса и обем), влязло в кухината, е абсолютно същото. Течността на праха се контролира главно от разпределението на размера на агломератите и свойствата на органичното свързващо вещество. Формованите детайли (или „заготовки“) се образуват чрез прилагане на формовъчно налягане от 10-80 ksi (килограм килограма на квадратен фут) върху праха, зареден в кухината на формата.
Дори при изключително високо налягане на формоване, твърдите частици от волфрамов карбид няма да се деформират или се счупят, но органичното свързващо вещество се притиска в пролуките между частиците от волфрамов карбид, като по този начин фиксира позицията на частиците. Колкото по -високо е налягането, толкова по -силно е свързването на частиците от волфрамов карбид и толкова по -голяма е плътността на уплътняването на детайла. Свойствата на формоване на степени на циментиран карбиден прах могат да варират в зависимост от съдържанието на метално свързващо вещество, размера и формата на частиците на волфрамовия карбид, степента на агломерация и състава и добавянето на органично свързващо вещество. За да се предостави количествена информация за свойствата на уплътняване на степените на циментирани карбидни прахове, връзката между плътността на формоването и налягането на формоването обикновено се проектира и конструира от производителя на прах. Тази информация гарантира, че доставеният прах е съвместим с процеса на формоване на производителя на инструменти.
Големи по-големи детайли на карбиди или карбидни детайли с високи съотношения (като например Shanks за крайни мелници и тренировки) обикновено се произвеждат от равномерно пресовани степени на карбиден прах в гъвкава торбичка. Въпреки че производственият цикъл на балансирания метод за натискане е по -дълъг от този на метода на формоване, производствената цена на инструмента е по -ниска, така че този метод е по -подходящ за производството на малки партиди.
Този метод на процеса е да поставите праха в торбата и да запечатате устата на торбата, а след това да поставите торбата, пълна с прах в камера, и да приложите налягане 30-60KSI през хидравлично устройство за натискане. Насочените детайли често се обработват до специфични геометрии преди синтероване. Размерът на чувала се разширява, за да се побере свиването на детайла по време на уплътняването и да се осигури достатъчен марж за операции за смилане. Тъй като детайлът трябва да бъде обработен след натискане, изискванията за консистенцията на зареждането не са толкова строги, колкото тези на метода на формоване, но все пак е желателно да се гарантира, че едно и също количество прах се зарежда всеки път. Ако плътността на зареждането на праха е твърде малка, това може да доведе до недостатъчен прах в торбата, което води до това, че детайлът е твърде малък и трябва да бъде бракуван. Ако плътността на натоварването на праха е твърде висока, а прахът, зареден в торбата, е твърде много, детайлът трябва да бъде обработен, за да се отстрани повече прах, след като бъде притиснат. Въпреки че излишъкът от прах отстранен и бракуваните детайли могат да бъдат рециклирани, като това намалява производителността.
Карбидните детайли също могат да се образуват с помощта на екструзионни умирания или умиращи инжектиране. Процесът на формоване на екструдиране е по -подходящ за масовото производство на аксисиметрични детайли на формата, докато процесът на инжекционно формоване обикновено се използва за масовото производство на сложни детайли. И в двата процеса на формоване степента на циментиран карбиден прах се суспендира в органично свързващо вещество, което придава консистенция, подобна на пастата за зъби на циментираната карбидна смес. След това съединението се екструдира през отвор или се инжектира в кухина, за да се образува. Характеристиките на степента на циментиран карбиден прах определят оптималното съотношение на прах към свързващо вещество в сместа и имат важно влияние върху течността на сместа през отвора на екструдиране или инжектиране в кухината.
След като детайлът се формира чрез формоване, изостатично натискане, екструдиране или инжекционно формоване, органичното свързващо вещество трябва да бъде отстранено от детайла преди крайния етап на синтероване. Посещаването премахва порьозността от детайла, което го прави напълно (или съществено) гъст. По време на синтероването металната връзка в преобразувания от пресата детайл става течна, но детайлът запазва формата си под комбинираното действие на капилярните сили и връзката на частиците.
След синтероване геометрията на детайла остава същата, но размерите се намаляват. За да се получи необходимия размер на детайла след синтероване, скоростта на свиване трябва да се вземе предвид при проектирането на инструмента. Степента на карбиден прах, използван за приготвяне на всеки инструмент, трябва да бъде проектиран така, че да има правилното свиване, когато се уплътнява при подходящото налягане.
В почти всички случаи е необходимо след сентервоинтермено лечение на синтерования детайл. Най -основното третиране на инструментите за рязане е да се изостри режещия ръб. Много инструменти изискват смилане на тяхната геометрия и размери след синтероване. Някои инструменти изискват смилане отгоре и долната; Други изискват периферно смилане (със или без заточване на режещия ръб). Всички карбидни чипове от смилане могат да бъдат рециклирани.
Покритие на детайла
В много случаи готовата детатка трябва да бъде покрита. Покритието осигурява смазване и повишена твърдост, както и дифузионна бариера към субстрата, предотвратявайки окисляването, когато се излага на високи температури. Цементираният карбиден субстрат е от решаващо значение за работата на покритието. В допълнение към приспособяването на основните свойства на матричния прах, повърхностните свойства на матрицата също могат да бъдат съобразени с химически селекция и промяна на метода на синтероване. Чрез миграцията на кобалт може да се обогати по-кобалтът в най-външния слой на повърхността на острието в рамките на дебелината 20-30 μm спрямо останалата част от детайла, като по този начин се придава повърхността на субстрата по-добра якост и здравина, което го прави по-устойчив на деформация.
Въз основа на техния собствен производствен процес (като метод на обезводняване, скорост на отопление, време на синтероване, температура и карбуризиращо напрежение), производителят на инструменти може да има някои специални изисквания за степента на използвания карбиден прах с циментиран карбид. Някои производители на инструменти могат да синът на детайла във вакуумна пещ, докато други могат да използват гореща изостатична натискаща (тазобедрена) пещ за синтероване (която под налягане под налягане до края на цикъла на процеса, за да отстрани всички остатъци) пори). Работещите елементи, синтеровани във вакуумна пещ, също могат да се наложи да бъдат горещи изостатично притиснати чрез допълнителен процес, за да се увеличи плътността на детайла. Някои производители на инструменти могат да използват по -високи температури на вакуумно синтероване, за да повишат синтерованата плътност на смесите с по -ниско съдържание на кобалт, но този подход може да омаловажи тяхната микроструктура. За да се поддържа фин размер на зърното, могат да бъдат избрани прахове с по -малък размер на частиците от волфрамов карбид. За да съответстват на специфичното производствено оборудване, условията на обезводняване и карбуризиращо напрежение също имат различни изисквания за съдържанието на въглерод в циментирания карбиден прах.
Класификация на клас
Комбинираните промени в различните видове волфрамов карбиден прах, състав на сместа и съдържание на метални свързващи вещества, вид и количество инхибитор на растежа на зърното и др., Представляват различни степени на циментиран карбид. Тези параметри ще определят микроструктурата на циментирания карбид и неговите свойства. Някои специфични комбинации от свойства са се превърнали в приоритет за някои специфични приложения за обработка, което прави смислено да се класифицират различни циментирани карбидни степени.
Двете най -често използвани класификационни системи за карбид за приложения за обработка са системата за обозначаване на C и системата за обозначаване на ISO. Въпреки че нито една от системата не отразява напълно свойствата на материала, които влияят на избора на циментирани карбидни степени, те предоставят отправна точка за обсъждане. За всяка класификация много производители имат свои специални оценки, което води до голямо разнообразие от карбидни степени。
Степенките на карбидите също могат да бъдат класифицирани по състав. Степените на волфрамов карбид (WC) могат да бъдат разделени на три основни типа: прости, микрокристални и легирани. Симплексните степени се състоят предимно от калбид на волфрамов и кобалт, но може също да съдържа малки количества инхибитори на растежа на зърното. Микрокристалната степен е съставена от волфрамов карбид и кобалтово свързващо вещество, добавено с няколко хиляди ванадиев карбид (VC) и (ИЛИ) хром карбид (CR3C2) и размерът му на зърното може да достигне 1 μm или по -малко. Степените на сплав са съставени от волфрамов карбид и кобалтови свързващи вещества, съдържащи няколко процента титанов карбид (TIC), танталум карбид (TAC) и ниобиев карбид (NBC). Тези допълнения са известни още като кубични карбиди поради техните синтероващи свойства. Получената микроструктура показва нехомогенна трифазна структура.
1) Прости степени на карбид
Тези степени за рязане на метали обикновено съдържат 3% до 12% кобалт (по тегло). Диапазонът на размера на калцидните зърна от волфрамов обикновено е между 1-8 μm. Както при другите степени, намаляването на размера на частиците на волфрамовия карбид увеличава неговата твърдост и напречна якост на разкъсване (TRS), но намалява нейната здравина. Твърдостта на чистия тип обикновено е между HRA89-93.5; Силата на напречното разкъсване обикновено е между 175-350KSI. Праховете от тези степени могат да съдържат големи количества рециклирани материали.
Простият тип степени могат да бъдат разделени на C1-C4 в системата на клас C и могат да бъдат класифицирани според серията K, N, S и H клас в системата ISO клас. Simplex степените с междинни свойства могат да бъдат класифицирани като степени с общо предназначение (като C2 или K20) и могат да се използват за завъртане, смилане, планиране и скучно; степените с по -малък размер на зърното или по -ниско съдържание на кобалт и по -висока твърдост могат да бъдат класифицирани като завършващи степени (като C4 или K01); Степените с по -голям размер на зърното или по -високото съдържание на кобалт и по -добрата здравина могат да бъдат класифицирани като груби степени (като C1 или K30).
Инструментите, изработени в симплексни степени, могат да се използват за обработка на чугун, 200 и 300 серии от неръждаема стомана, алуминий и други цветни метали, суперансли и втвърдени стомани. Тези степени могат да се използват и в неметални приложения за рязане (напр. Като инструменти за сондиране на скали и геоложки), а тези степени имат диапазон на размера на зърното 1,5-10 μm (или по-голямо) и съдържание на кобалт от 6%-16%. Друго неметално рязане на използване на прости карбидни степени е в производството на матрици и удари. Тези степени обикновено имат среден размер на зърното със съдържание на кобалт 16%-30%.
(2) Микрокристални циментирани карбидни степени
Такива степени обикновено съдържат 6% -15% кобалт. По време на синтероване с течна фаза, добавянето на ванадий карбид и/или хром карбид може да контролира растежа на зърното, за да се получи фина структура на зърното с размер на частиците по -малко от 1 μm. Тази финозърнеста степен има много висока твърдост и напречни якост на разкъсване над 500KSI. Комбинацията от висока якост и достатъчна здравина позволява на тези степени да използват по -голям положителен ъгъл на рейк, което намалява силите за рязане и произвежда по -тънки чипове чрез рязане, а не натиска металния материал.
Чрез строго качество на идентифициране на различни суровини при производството на степени на циментиран карбиден прах и строг контрол на условията на процеса на синтероване, за да се предотврати образуването на необичайно големи зърна в микроструктурата на материала, е възможно да се получат подходящи материали. За да се запази размерът на зърното малък и равномерен, рециклираният рециклиран прах трябва да се използва само ако има пълен контрол върху процеса на суровина и възстановяване и широко тестване на качеството.
Микрокристалните степени могат да бъдат класифицирани според серията M Grade в системата ISO клас. В допълнение, други методи за класификация в системата C клас и ISO клас са същите като чистите степени. Микрокристалните степени могат да се използват за изработка на инструменти, които изрязват по -меки материали за деколте, тъй като повърхността на инструмента може да бъде обработена много гладка и може да поддържа изключително остър режещ ръб.
Микрокристалните степени могат да се използват и за обработване на никелови базирани на суперансали, тъй като те могат да издържат на температурите на рязане до 1200 ° C. За обработката на суперанс и други специални материали, използването на микрокристални инструменти и инструменти за чист клас, съдържащи рутения, може едновременно да подобри тяхната устойчивост на износване, устойчивост на деформация и здравина. Микрокристалните степени също са подходящи за производството на въртящи се инструменти, като тренировки, които генерират напрежение на срязване. Има тренировка, направена от композитни степени на циментиран карбид. В конкретни части на една и съща тренировка съдържанието на кобалт в материала варира, така че твърдостта и здравината на тренировката да бъдат оптимизирани според нуждите на обработката.
(3) Степен на циментиран карбид тип сплав
Тези степени се използват главно за рязане на стоманени части, а съдържанието им на кобалт обикновено е 5%-10%, а размерът на зърното варира от 0,8-2 μm. Чрез добавяне на 4% -25% титанов карбид (TIC), тенденцията на волфрамовия карбид (WC) да дифузно към повърхността на стоманените чипове може да бъде намалена. Силата на инструмента, устойчивостта на износване на кратера и устойчивостта на термичен удар могат да бъдат подобрени чрез добавяне на 25% карбид на танталум (TAC) и Niobium карбид (NBC). Добавянето на такива кубични карбиди също увеличава червената твърдост на инструмента, като помага да се избегне термичната деформация на инструмента при тежко рязане или други операции, при които режещият ръб ще генерира високи температури. В допълнение, титановият карбид може да осигури места за ядрени места по време на синтероване, подобрявайки равномерността на разпределението на кубичния карбид в детайла.
Най-общо казано, диапазонът на твърдост на циментираните карбидни степени на сплав е HRA91-94, а напречната якост на счупване е 150-300KSI. В сравнение с чистите степени, сплавките имат лоша устойчивост на износване и по -ниска якост, но имат по -добра устойчивост на лепило. Степените на сплав могат да бъдат разделени на C5-C8 в системата на клас C и могат да бъдат класифицирани според серията P и M клас в системата ISO клас. Степен на сплав с междинни свойства могат да бъдат класифицирани като степени с общо предназначение (като C6 или P30) и могат да се използват за завъртане, потупване, ренде и фрезоване. Най -трудните степени могат да бъдат класифицирани като завършващи степени (като C8 и P01) за завършване на операции за завъртане и скучно. Тези степени обикновено имат по -малки размери на зърното и по -ниско съдържание на кобалт, за да получат необходимата твърдост и устойчивост на износване. Въпреки това, подобни свойства на материала могат да бъдат получени чрез добавяне на повече кубични карбиди. Степените с най -висока здравина могат да бъдат класифицирани като груби степени (напр. C5 или P50). Тези степени обикновено имат среден размер на зърното и високо съдържание на кобалт, с ниски добавки на кубични карбиди за постигане на желаната здравина чрез инхибиране на растежа на пукнатините. При прекъснати операции за завъртане, ефективността на рязане може да бъде допълнително подобрена чрез използване на гореспоменатите богати на кобалтовите степени с по-високо съдържание на кобалт на повърхността на инструмента.
Степен на сплав с по-ниско съдържание на титаниев карбид се използват за обработка на неръждаема стомана и ковък желязо, но могат да се използват и за обработка на невъоръжени метали, като супермалоги на базата на никел. Размерът на зърното от тези степени обикновено е по-малък от 1 μm, а съдържанието на кобалт е 8%-12%. По -трудни степени, като M10, могат да се използват за завъртане на ковческо желязо; По -строгите степени, като M40, могат да се използват за смилане и планиране на стомана, или за завъртане на неръждаема стомана или суперансали.
Степен на карбид тип сплав от сплав също могат да се използват за целите на рязане на неметални, главно за производството на износвани части. Размерът на частиците от тези степени обикновено е 1,2-2 μm, а съдържанието на кобалт е 7%-10%. При производството на тези степени обикновено се добавя висок процент рециклирана суровина, което води до висока ефективност на разходите при приложения за износване на части. Частите от износване изискват добра устойчивост на корозия и висока твърдост, които могат да бъдат получени чрез добавяне на никел и хром карбид при получаване на тези степени.
За да се отговори на техническите и икономическите изисквания на производителите на инструменти, основният елемент е карбиден прах. Прахове, проектирани за обработващото оборудване на производителите на инструменти и параметрите на процеса, гарантират работата на готовия детайл и са довели до стотици карбидни степени. Рециклируемият характер на карбидните материали и възможността да работят директно с доставчиците на прах позволява на производителите на инструменти да контролират ефективно качеството на продукта и материалните си разходи.
Време за публикация: 18-2022 октомври
