Карбід-це найбільш широко використовуваний клас матеріалів для інструментів високошвидкісної обробки (HSM), які виробляються за допомогою порошкової металургійної процеси і складаються з твердих карбідів (зазвичай вольфрамового карбіду WC) та більш м'якого складу металевого зв’язку. В даний час є сотні цементованих карбідів на основі WC з різними композиціями, більшість з яких використовують кобальт (CO) як сполучний, нікель (Ni) та хромі (CR) також зазвичай використовуються елементами в'яжучого, і інші можуть бути додані. Деякі легальні елементи. Чому так багато оцінок карбіду? Як виробники інструментів вибирають правильний матеріал інструментів для певної операції з різання? Щоб відповісти на ці запитання, спочатку розглянемо різні властивості, які роблять цементований карбід ідеальним матеріалом інструментів.
твердість і міцність
Карбід, що цементує WC-CO, має унікальні переваги і твердості, і міцності. Карбід вольфраму (WC) за своєю суттю дуже жорсткий (більше, ніж корпум або глинозем), і його твердість рідко зменшується у міру збільшення робочої температури. Однак у нього не вистачає достатньої міцності, важливої властивості для різання інструментів. Для того, щоб скористатися високою твердістю вольфраму та покращити його міцність, люди використовують металеві зв’язки для зв'язку вольфрамового карбіду разом, щоб цей матеріал мав твердість, що значно перевищує сталь високошвидкісної сталі, при цьому здатний протистояти більшості операцій різання. Сила різання. Крім того, він може витримати високу температуру різання, спричинені швидкісною обробкою.
Сьогодні майже всі ножі та вставки WC-CO покриваються, тому роль базового матеріалу здається менш важливою. Але насправді це високий еластичний модуль матеріалу WC-CO (міра жорсткості, яка приблизно втричі перевищує високошвидкісну сталь при кімнатній температурі), яка забезпечує неінформовану підкладку для покриття. Матриця WC-CO також забезпечує необхідну міцність. Ці властивості є основними властивостями матеріалів WC-CO, але властивості матеріалу також можуть бути адаптовані шляхом регулювання складу матеріалу та мікроструктури при виробництві цементованих порошків карбіду. Тому придатність продуктивності інструменту до певної обробки значною мірою залежить від початкового процесу фрезерування.
Процес фрезерування
Порошок карбіду вольфраму отримують за рахунок карбуризації вольфраму (W) порошку. Характеристики порошку карбіду вольфраму (особливо розміру його частинок) в основному залежать від розміру частинок сировини вольфрамового порошку та температури та часу карбюризації. Хімічний контроль також є критичним, і вміст вуглецю повинен підтримуватися постійним (близьким до стехіометричного значення 6,13% у вазі). Невелика кількість ванадію та/або хрому може бути додана перед обробкою карбуризуючим, щоб контролювати розмір частинок порошку за допомогою наступних процесів. Різні умови процесу вниз за течією та різні використання кінцевої обробки потребують конкретної комбінації розміру частинок карбіду вольфраму, вмісту вуглецю, вмісту ванадію та вмісту хрому, завдяки якому можуть бути вироблені різноманітні різноманітні порошки карбідів вольфраму. Наприклад, ATI Alldyne, виробник порошку карбіду вольфраму, виробляє 23 стандартні сорти порошку карбіду вольфраму, а сорти порошку карбіду з вольфрамовим карбідом, налаштовані відповідно до вимог користувача, можуть досягти більш ніж у 5 разів, ніж у стандартних класах порошку карбіду вольфраму.
При змішуванні та шліфуванні вольфрамових карбідних порошків та металевих зв’язків для отримання певного ступеня цементованого порошку карбіду можна використовувати різні комбінації. Найпоширеніший вміст кобальту становить 3% - 25% (співвідношення ваги), і у випадку необхідності підвищення резистентності до корозії інструменту необхідно додати нікель та хрому. Крім того, металевий зв’язок може бути додатково вдосконалений шляхом додавання інших компонентів сплаву. Наприклад, додавання рутенію до карбіду, що цементує WC-CO, може значно покращити його міцність, не зменшуючи його твердість. Збільшення вмісту сполучного також може покращити міцність цементованого карбіду, але це зменшить його твердість.
Зменшення розміру частинок карбіду вольфраму може збільшити твердість матеріалу, але розмір частинок карбіду вольфраму повинен залишатися однаковим у процесі спікання. Під час спікання частинки карбіду вольфраму поєднуються і ростуть через процес розчинення та репреситизації. У фактичному процесі спікання, щоб утворити повністю щільний матеріал, металевий зв’язок стає рідиною (називається спіканням рідкої фази). Швидкість росту частинок карбіду вольфраму можна контролювати шляхом додавання інших карбідів перехідного металу, включаючи карбід ванадію (VC), карбід хрому (CR3C2), карбід титану (TIC), карбід Tantalum (TAC) та карбід Niobium (NBC). Ці металеві карбіди зазвичай додають, коли порошок карбіду вольфраму змішують і подають металевою зв’язкою, хоча карбід ванадію та карбід хрому також можуть утворюватися, коли порошок карбіду вольфраму карбюрується.
Порошок карбіду з вольфраму також можна виробляти за допомогою матеріалів з карбіду, що переробляється, цементу. Переробка та повторне використання карбіду брухту має довгу історію в цементованій карбідній промисловості і є важливою частиною всього економічного ланцюга галузі, допомагаючи зменшити матеріальні витрати, заощадити природні ресурси та уникнути відходів. Шкідливе утилізація. Карбід, що цементують, зазвичай можна використовувати за допомогою APT (Amonium Paratungstate) процесу, процес відновлення цинку або подрібнення. Ці "перероблені" порошки з вольфрамовими карбідами, як правило, мають кращу, передбачувану ущільнення, оскільки вони мають меншу площу поверхні, ніж порошки з карбідами вольфраму, виготовлених безпосередньо через процес карбюризації вольфраму.
Умови переробки змішаного шліфування вольфрамового карбідного порошку та металевої зв'язку також є вирішальними параметрами процесу. Дві найбільш часто використовувані методи фрезерування - це кульове фрезерування та мікромлінг. Обидва процеси дозволяють рівномірне змішування подрібнених порошків і зменшити розмір частинок. Для того, щоб зробити пізніший притиснутий заготовку має достатню міцність, підтримувати форму заготовки та дозволити оператору або маніпулятору підібрати заготовку для роботи, зазвичай необхідно додати органічне сполучення під час шліфування. Хімічний склад цього зв’язку може впливати на щільність та міцність пресованої заготовки. Для полегшення роботи доцільно додати в'яжучі високої міцності, але це призводить до меншої щільності ущільнення і може виробляти грудочки, які можуть спричинити дефекти кінцевого продукту.
Після фрезерування порошок зазвичай висушують розпилення, щоб виробляти вільно протікаючі агломерати, що тримаються разом органічними в'яжучами. Регулюючи склад органічного в'яжучого, протікаючі та щільність заряду цих агломератів можна підібрати за бажанням. Під час перевірки грубі або тонкіші частинки розподіл розміру частинок агломерату може бути додатково розроблений, щоб забезпечити хороший потік при завантаженні в порожнину форми.
Виробництво заготовки
Карбідні заготовки можуть бути сформовані різноманітними методами процесу. Залежно від розміру заготовки, рівня складності форми та партії виробництва, більшість ріжучих вставок формуються за допомогою жорстких штампів верхнього та нижнього тиску. Для того, щоб підтримувати узгодженість ваги та розміру заготовки під час кожного пресування, необхідно забезпечити, щоб кількість порошку (маси та об'єм), що надходить у порожнину, точно однакова. Плинність порошку в основному контролюється розподілом розмірів агломератів та властивостями органічного в'яжучого. Формовані заготовки (або «заготовки») утворюються шляхом застосування тиску ліплення 10-80 ксі (кілограмів кілограмів на квадратний фут) до порошку, завантаженого в порожнину форми.
Навіть під надзвичайно високим тиском лиття, тверді частинки карбіду вольфраму не будуть деформовані та розриваються, але органічне сполучення втиснуто в зазори між частинками карбіду вольфраму, тим самим фіксуючи положення частинок. Чим більший тиск, тим жорсткіше скріплення частинок карбіду вольфраму і тим більша щільність ущільнення заготовки. Властивості ліплення сортів цементованого карбідного порошку можуть змінюватися, залежно від вмісту металевого сполучного, розміру та форми частинок карбіду вольфраму, ступеня агломерації, а також складу та додавання органічного сполучного. Для того, щоб надати кількісну інформацію про властивості ущільнення класів цементованих карбідних порошків, залежність між щільністю ліплення та тиском ліплення зазвичай розробляється та побудована виробником порошків. Ця інформація гарантує, що постачається порошок сумісний з процесом лиття виробника інструменту.
Карбідні заходи великого розміру або заготовки карбідів з високими співвідношеннями сторін (наприклад, хвостовиків для кінцевих млинів і свердловин), як правило, виготовляються з рівномірно притиснутих сортів карбідного порошку в гнучкому мішку. Хоча цикл виробництва методу збалансованого пресування довший, ніж метод ліплення, виробнича вартість інструменту нижча, тому цей метод є більш придатним для невеликого виробництва партії.
Цей метод процесу полягає в тому, щоб покласти порошок у мішок і закріпити рот мішка, а потім покласти мішок, повний порошку в камеру, і нанести тиск 30-60 ккі через гідравлічний пристрій для натискання. Натисні заготочки часто обробляються на конкретні геометрії до спікання. Розмір мішка збільшується для розміщення усадки для заготовки під час ущільнення та для забезпечення достатньої доріжки для шліфувальних операцій. Оскільки заготовку потрібно обробити після натискання, вимоги до послідовності зарядки не такі суворі, як у методі лиття, але все ще бажано забезпечити, щоб однакова кількість порошку завантажується в мішок щоразу. Якщо щільність зарядки порошку занадто мала, це може призвести до недостатнього порошку в мішку, внаслідок чого заготовка занадто мала і повинна бути знята. Якщо щільність навантаження порошку занадто висока, а порошок, завантажений у мішок, занадто багато, заготовку потрібно обробити, щоб видалити більше порошку після її натискання. Хоча надлишок порошку видалений та знятий заготовки можна переробити, що знижує продуктивність.
Карбідні заготовки також можуть бути сформовані за допомогою екструзійних штампів або штампів для ін'єкцій. Процес екструзійного формування більш підходить для масового виробництва осесиметричних видів форми, в той час як процес формування впорскування зазвичай використовується для масового виробництва складних заготовки форми. В обох процесах формування сорти цементованого карбідного порошку суспендовані в органічному сполуці, що надає консистенцію зубної пасти до цементованої карбідної суміші. Потім сполука або екструдована через отвір, або вводить у порожнину, щоб утворитись. Характеристики ступеня цементованого карбідного порошку визначають оптимальне співвідношення порошку до сполучного в сполуці в суміші і мають важливий вплив на провітливість суміші через отвір екструзії або ін'єкцію в порожнину.
Після того, як заготовка утворюється ліпленням, ізостатичним пресуванням, екструзією або ліпленням впорскування, органічне сполучення потрібно вилучити з заготовки до остаточного етапу спікання. Спікання видаляє пористість із заготовки, роблячи її повністю (або суттєво) щільною. Під час спікання металевий зв’язок у формі, утвореній пресом, стає рідким, але заготовка зберігає свою форму під комбінованою дією капілярних сил та зв'язку частинок.
Після спікання геометрія заготовки залишається однаковою, але розміри зменшуються. Для того, щоб отримати необхідний розмір заготовки після спікання, швидкість усадки потрібно враховувати при проектуванні інструменту. Клас карбідного порошку, який використовується для виготовлення кожного інструменту, повинен бути розроблений для правильної усадки при ущільненні під відповідним тиском.
Майже у всіх випадках необхідне після напруження лікування заподіяної заготовки. Найбільш основне лікування ріжучих інструментів - це загострювати ріжучу кромку. Багато інструментів потребують подрібнення їх геометрії та розмірів після спікання. Деякі інструменти потребують шліфування зверху та нижньої частини; Інші потребують периферійного шліфування (з або без заточення ріжучої кромки). Всі карбідні чіпси від шліфування можна переробити.
Покриття заготовки
У багатьох випадках готову заготовку потрібно покрити. Покриття забезпечує мастильність та підвищену твердість, а також дифузійний бар'єр до субстрату, запобігаючи окисленню при вплиді до високих температур. Цементований карбідний підкладка має вирішальне значення для виконання покриття. Окрім пошиття основних властивостей матричного порошку, поверхневі властивості матриці також можуть бути пристосовані за допомогою хімічного відбору та зміна методу спікання. Завдяки міграції кобальту більше кобальту може бути збагачений у самому зовнішньому шарі поверхні леза всередині товщини 20-30 мкм відносно решти заготовки, тим самим надаючи поверхню підкладки кращу міцність і міцність, що робить її більш стійкою до деформації.
Виходячи з власного виробничого процесу (наприклад, метод деваксації, швидкість нагрівання, час спікання, температура та напруга карбюризації), виробник інструментів може мати деякі спеціальні вимоги до ступеня цементованого карбідного порошку. Деякі виробники інструментів можуть спірити заготовку у вакуумній печі, а інші можуть використовувати гарячу ізостатичну пресуючу (стегнову) спікання печі (яка тисне на заготовку в кінці циклу процесу для видалення будь -яких залишків) пор). Страви, що спікають у вакуумній печі, також можуть бути гарячими ізостатично, натиснутою через додатковий процес, щоб збільшити щільність заготовки. Деякі виробники інструментів можуть використовувати більш високі температури вакуумного спікання для підвищення спілої щільності сумішей із меншим вмістом кобальту, але такий підхід може обгрунтувати їх мікроструктуру. Для підтримки тонкого розміру зерна можна вибрати порошки з меншим розміром частинок карбіду вольфраму. Для того, щоб відповідати конкретному виробничому обладнанню, умови деваксації та напруга карбуризуючої також мають різні вимоги до вмісту вуглецю в цементованому порошку карбіду.
Класифікація класу
Поєднання змін різних типів порошку карбіду вольфраму, складу суміші та вмісту металевого сполучного, типу та кількості інгібітора росту зерна тощо, становлять різноманітні цементовані карбіди. Ці параметри визначатимуть мікроструктуру цементованого карбіду та його властивостей. Деякі конкретні комбінації властивостей стали пріоритетними для деяких конкретних програм для обробки, що робить його значущим класифікувати різні цементовані карбідні оцінки.
Дві найбільш часто використовувані системи класифікації карбіду для обробки додатків - це система позначення С та система позначення ISO. Хоча жодна система повністю не відображає властивостей матеріалу, які впливають на вибір цементованих карбідних класів, вони забезпечують вихідну точку для обговорення. Для кожної класифікації багато виробників мають свої спеціальні оцінки, що призводить до найрізноманітніших карбідних оцінок。
Класи карбіду також можна класифікувати за композицією. Класи карбіду з вольфраму (WC) можна розділити на три основні типи: прості, мікрокристалічні та лежані. Класи симплексу складаються в основному з вольфрамових карбідів та кобальтових в'яжучих, але також можуть містити невелику кількість інгібіторів росту зерна. Мікрокристалічний ступінь складається з карбіду вольфраму та кобальтового сполучного кольору з кількома тисячами карбіду ванадію (VC) та (або) карбіду хрому (CR3C2), а його розмір зерна може досягати 1 мкм або менше. Класи сплавів складаються з карбіду та кобальту вольфраму та кобальту, що містять кілька відсотків карбіду титану (TIC), карбіду Tantalum (TAC) та карбіду ніобію (NBC). Ці доповнення також відомі як кубічні карбіди через їх спікання властивостей. Отримана мікроструктура демонструє неоднорідну трифазну структуру.
1) Прості оцінки карбіду
Ці оцінки для різання металу зазвичай містять 3% до 12% кобальту (за вагою). Діапазон розмірів зерен карбіду вольфраму зазвичай становить від 1-8 мкм. Як і у інших класах, зменшення розміру частинок карбіду вольфраму збільшує його твердість і міцність поперечного розриву (TRS), але зменшує її міцність. Твердість чистого типу зазвичай між HRA89-93.5; Сила поперечного розриву зазвичай становить між 175-350 ккі. Порочки цих класів можуть містити велику кількість перероблених матеріалів.
Прості оцінки типу можна розділити на C1-C4 в системі сорту С, і їх можна класифікувати відповідно до серії класів K, N, S і H в системі ISO-класу. Класи симплекс з проміжними властивостями можна класифікувати як оцінки загального призначення (наприклад, C2 або K20) і можуть бути використані для повороту, фрезерування, стругання та нудного; Класи з меншим розміром зерна або нижчим вмістом кобальту та більшою твердістю можна класифікувати як фінішні оцінки (наприклад, C4 або K01); Класи з більшим розміром зерна або більш високим вмістом кобальту та кращою міцністю можна класифікувати як грубі оцінки (наприклад, C1 або K30).
Інструменти, виготовлені в Simplex Gresses, можна використовувати для обробки чавуну, 200 та 300 серії з нержавіючої сталі, алюмінію та інших кольорових металів, суперпрофільних та загартованих сталей. Ці оцінки також можуть бути використані в додатках для неметалевого різання (наприклад, як інструменти для буріння гірських та геологічних буріння), і ці класи мають діапазон розмірів зерна 1,5-10 мкм (або більше) та вміст кобальту 6%-16%. Ще одне неметалеве вирізання простих класів карбіду-це виготовлення штампів і ударів. Ці оцінки, як правило, мають середній розмір зерна зі вмістом кобальту 16%-30%.
(2) Мікрокристалічні цементні карбідні оцінки
Такі оцінки зазвичай містять 6% -15% кобальту. Під час спікання рідкої фази додавання карбіду ванадію та/або карбіду хрому може контролювати ріст зерна, щоб отримати дрібну зернову структуру з розміром частинок менше 1 мкм. Цей дрібнозернистий сорт має дуже високу твердість і поперечні сили розриву вище 500 ккі. Поєднання високої міцності та достатньої міцності дозволяє цим класам використовувати більший позитивний кут граблі, що зменшує сили різання і виробляє тонші мікросхеми шляхом різання, а не натискання металевого матеріалу.
Завдяки суворої ідентифікації якості різної сировини у виробництві ступенів цементованого карбідного порошку та суворого контролю умов про спікання, щоб запобігти утворенню аномально великих зерен в мікроструктурі матеріалу, можна отримати відповідні властивості матеріалу. Для того, щоб розмір зерна малим та рівномірним, перероблений перероблений порошок повинен використовуватися лише в тому випадку, якщо повне контроль над сировиною та процесом відновлення та обширним тестуванням якості.
Мікрокристалічні оцінки можна класифікувати відповідно до серії M класу в системі ISO -класу. Крім того, інші методи класифікації в системі сорту С та система класу ISO такі ж, як і чисті оцінки. Мікрокристалічні оцінки можна використовувати для виготовлення інструментів, які вирізають більш м'які матеріали для заготовки, оскільки поверхню інструменту можна обробляти дуже гладкою і може підтримувати надзвичайно різку ріжучу кромку.
Мікрокристалічні оцінки також можуть бути використані для машинки на основі нікелю на основі нікелю, оскільки вони можуть протистояти температурі різання до 1200 ° C. Для обробки суперпрофільних та інших спеціальних матеріалів використання інструментів мікрокристалічного класу та інструментів чистого класу, що містять рутеній, може одночасно покращити стійкість до зносу, стійкість до деформації та міцність. Мікрокристалічні оцінки також підходять для виготовлення обертових інструментів, таких як свердла, які генерують напругу зсуву. Існує свердло з композитних класів цементованого карбіду. У конкретних частинах одного і того ж свердла вміст кобальту в матеріалі змінюється, так що твердість і міцність свердла оптимізовані відповідно до потреб обробки.
(3) Карбідні оцінки типу сплаву
Ці оцінки в основному використовуються для різання деталей сталі, а вміст їх кобальту зазвичай становить 5%-10%, а розмір зерна становить від 0,8-2 мкм. Додавши 4% -25% карбід титану (TIC), тенденція вольфрамового карбіду (WC) дифузною до поверхні сталевої стружки може бути зменшена. Міцність інструменту, стійкість до носіння кратера та стійкість до теплового удару можна покращити, додавши до 25% карбіду Танталу (TAC) та карбіду ніобію (NBC). Додавання таких кубічних карбідів також збільшує червону твердість інструменту, допомагаючи уникнути теплової деформації інструменту у важких різаннях або інших операціях, де ріжуча кромка генерує високі температури. Крім того, карбід титану може забезпечити майданчики зародження під час спікання, покращуючи рівномірність кубічного розподілу карбіду в заготовці.
Взагалі кажучи, діапазон твердості класів карбіду, що цементує, становить HRA91-94, а міцність поперечного руйнування-150-300 ккі. Порівняно з чистими оцінками, класи сплавів мають низьку стійкість до зносу та меншу міцність, але мають кращу стійкість до зносу клей. Класи сплаву можна розділити на C5-C8 в системі сорту С, і їх можна класифікувати відповідно до серії класів P і M в системі класу ISO. Класи сплаву з проміжними властивостями можуть бути класифіковані як оцінки загального призначення (наприклад, C6 або P30) і можуть бути використані для повороту, натискання, стругання та фрезерування. Найскладніші оцінки можна класифікувати як фінішні оцінки (наприклад, C8 та P01) для закінчення повороту та нудних операцій. Ці оцінки, як правило, мають менші розміри зерна та менший вміст кобальту для отримання необхідної твердості та стійкості до зносу. Однак подібні властивості матеріалу можна отримати, додавши більше кубічних карбідів. Класи з найвищою міцністю можна класифікувати як грубі оцінки (наприклад, C5 або P50). Ці оцінки, як правило, мають середній розмір зерна та високий вміст кобальту, з низькими додаваннями кубічних карбідів для досягнення бажаної міцності шляхом інгібування росту тріщин. У перериваннях поворотних операцій продуктивність різання може бути додатково вдосконалена за допомогою вищезгаданих класів, багатих кобальтом, з більш високим вмістом кобальту на поверхні інструменту.
Класи сплаву з нижчим вмістом карбіду титану використовуються для обробки нержавіючої сталі та ковзаючого заліза, але також можуть бути використані для обробки кольорових металів, таких як суперпрофільні на основі нікелю. Розмір зерна цих класів зазвичай менше 1 мкм, а вміст кобальту-8%-12%. Більш важкі оцінки, такі як M10, можна використовувати для повороту ковзаючого заліза; Більш жорсткі оцінки, такі як M40, можуть використовуватися для фрезерування та стругання сталі, або для повороту нержавіючої сталі або суперплави.
Карбідні оцінки, що цементують тип, також можна використовувати для неметалевих цілей різання, головним чином для виготовлення зносостійких деталей. Розмір частинок цих класів зазвичай становить 1,2-2 мкм, а вміст кобальту-7%-10%. При виробництві цих оцінок зазвичай додається високий відсоток переробленої сировини, що призводить до високої економічної ефективності в додатках для зносу. Носіть деталі потребують хорошої корозійної стійкості та високої твердості, які можна отримати, додавши карбід нікелю та хрому при виробництві цих класів.
Для задоволення технічних та економічних вимог виробників інструментів, карбідний порошок є ключовим елементом. Порочки, призначені для обладнання виробників інструментів та параметрів процесу забезпечують продуктивність готової заготовки та призвели до сотень карбідних оцінок. Природа матеріалів для переробки карбідів та здатність безпосередньо працювати з постачальниками порошку дозволяє виробникам інструментів ефективно контролювати свої якості продукції та матеріальні витрати.
Час посади: 18-2022 жовтня
