Сплав, виготовлений з твердої суміші тугоплавкого металу та сполучного металу за допомогою процесу порошкової металургії. Цементований карбід має низку чудових властивостей, таких як висока твердість, зносостійкість, добра міцність та в'язкість, термостійкість та корозійна стійкість, особливо висока твердість та зносостійкість, які залишаються практично незмінними навіть при температурі 500 °C, зберігаючи високу твердість при 1000 ℃. Карбід широко використовується як інструментальний матеріал, такий як токарні інструменти, фрези, стругальні верстати, свердла, розточувальні інструменти тощо, для різання чавуну, кольорових металів, пластмас, хімічних волокон, графіту, скла, каменю та звичайної сталі, а також може використовуватися для різання важкооброблюваних матеріалів, таких як жароміцна сталь, нержавіюча сталь, високомарганцева сталь, інструментальна сталь тощо. Швидкість різання нових карбідних інструментів зараз у сотні разів перевищує швидкість різання вуглецевої сталі.
Застосування твердосплавного сплаву
(1) Матеріал інструменту
Твердосплавний сплав є найбільшою кількістю інструментального матеріалу, який можна використовувати для виготовлення токарних інструментів, фрез, стругальних верстатів, свердел тощо. Серед них вольфрамово-кобальтовий карбід підходить для обробки коротких стружок чорних і кольорових металів та обробки неметалевих матеріалів, таких як чавун, лита латунь, бакеліт тощо; вольфрамово-титаново-кобальтовий карбід підходить для тривалої обробки чорнових металів, таких як сталь. Стружкова обробка. Серед подібних сплавів ті, що з більшим вмістом кобальту, підходять для чорнової обробки, а ті, що з меншим вмістом кобальту, - для чистової. Загальноцінні твердосплавні сплави мають набагато довший термін служби, ніж інші твердосплавні сплави, для важкооброблюваних матеріалів, таких як нержавіюча сталь.
(2) Матеріал форми
Цементований карбід в основному використовується для штампів для холодної обробки, таких як штампи для холодного волочіння, штампи для холодного штампування, штампи для холодного екструзії та штампи для холодного пірсу.
Для холодного висадження твердосплавних штампів потрібні хороші ударні властивості, в'язкість на розтріскування, міцність на втому, міцність на вигин та хороша зносостійкість за зносостійких робочих умов удару або сильного удару. Зазвичай використовуються марки сплавів із середнім та високим вмістом кобальту, а також середньо- та крупнозернисті марки сплавів, такі як YG15C.
Загалом кажучи, зв'язок між зносостійкістю та в'язкістю твердого сплаву є суперечливим: збільшення зносостійкості призведе до зниження в'язкості, а збільшення в'язкості неминуче призведе до зниження зносостійкості. Тому, вибираючи марки сплавів, необхідно відповідати конкретним вимогам використання відповідно до об'єкта обробки та умов обробки.
Якщо обрана марка схильна до передчасного розтріскування та пошкодження під час використання, слід вибрати марку з вищою в'язкістю; якщо обрана марка схильна до передчасного зносу та пошкодження під час використання, слід вибрати марку з вищою твердістю та кращою зносостійкістю. . Наступні марки: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C Зліва направо твердість зменшується, зносостійкість зменшується, а в'язкість збільшується; навпаки, вірно навпаки.
(3) Вимірювальні інструменти та зносостійкі деталі
Твердосплавний сплав використовується для зносостійких поверхневих вставок та деталей вимірювальних інструментів, прецизійних підшипників шліфувальних машин, напрямних пластин та напрямних стрижнів безцентрово-шліфувальних машин, верхівок токарних верстатів та інших зносостійких деталей.
Зв'язувальними металами зазвичай є метали групи заліза, найчастіше кобальт і нікель.
Під час виробництва твердосплавного сплаву розмір частинок вибраного порошку сировини становить від 1 до 2 мікронів, а його чистота дуже висока. Сировину дозують відповідно до заданого співвідношення складу, а спирт або інші середовища додають до мокрого помелу в кульовому млині для повного перемішування та подрібнення. Суміш просівають через сито. Потім суміш гранулюють, пресують та нагрівають до температури, близької до точки плавлення сполучного металу (1300-1500 °C), при цьому загартована фаза та сполучний метал утворюють евтектичний сплав. Після охолодження загартовані фази розподіляються в сітці, що складається зі сполучного металу, та тісно пов'язані одна з одною, утворюючи міцне ціле. Твердість твердосплавного сплаву залежить від вмісту загартованої фази та розміру зерен, тобто чим вищий вміст загартованої фази та чим дрібніші зерна, тим більша твердість. В'язкість твердосплавного сплаву визначається сполучним металом. Чим вищий вміст сполучного металу, тим вища міцність на згин.
У 1923 році Шлертер з Німеччини додав від 10% до 20% кобальту до порошку карбіду вольфраму як сполучну речовину та винайшов новий сплав карбіду вольфраму та кобальту. За твердістю він поступається лише алмазу. Це був перший сплав твердого сплаву. Під час різання сталі інструментом, виготовленим з цього сплаву, ріжуча кромка швидко зношується, і навіть вона тріскається. У 1929 році Шварцков у Сполучених Штатах додав до початкового складу певну кількість карбідних сполук карбіду вольфраму та карбіду титану, що покращило характеристики інструменту при різанні сталі. Це ще одне досягнення в історії розвитку твердого сплаву.
Твердосплавний сплав має низку чудових властивостей, таких як висока твердість, зносостійкість, добра міцність і в'язкість, термостійкість і стійкість до корозії, особливо його висока твердість і зносостійкість, які залишаються практично незмінними навіть при температурі 500 °C, зберігаючи високу твердість при 1000 ℃. Твердосплавний сплав широко використовується як інструментальний матеріал, такий як токарні інструменти, фрези, стругальні верстати, свердла, розточувальні інструменти тощо, для різання чавуну, кольорових металів, пластмас, хімічних волокон, графіту, скла, каменю та звичайної сталі, а також може використовуватися для різання важкооброблюваних матеріалів, таких як жароміцна сталь, нержавіюча сталь, високомарганцева сталь, інструментальна сталь тощо. Швидкість різання нових твердосплавних інструментів зараз у сотні разів перевищує швидкість різання вуглецевої сталі.
Карбід також може бути використаний для виготовлення інструментів для буріння гірських порід, гірничодобувних інструментів, бурових інструментів, вимірювальних інструментів, зносостійких деталей, металевих абразивів, гільз циліндрів, прецизійних підшипників, сопел, металевих форм (таких як штампи для волочіння дроту, штампи для болтів, штампи для гайок та різні форми для кріплення, відмінні характеристики твердосплавного металу поступово замінили попередні сталеві форми).
Пізніше з'явився також покритий твердосплавний сплав. У 1969 році Швеція успішно розробила інструмент з покриттям з карбіду титану. Основою інструменту є карбід вольфраму-титану-кобальту або карбід вольфраму-кобальту. Товщина покриття з карбіду титану на поверхні становить лише кілька мікронів, але порівняно з інструментами з аналогічного сплаву термін служби збільшується в 3 рази, а швидкість різання збільшується на 25-50%. У 1970-х роках з'явилося четверте покоління інструментів з покриттям для різання важкооброблюваних матеріалів.
Як спікається твердосплавний сплав?
Карбідний сплав - це металевий матеріал, виготовлений методом порошкової металургії з карбідів та сполучних металів одного або кількох тугоплавких металів.
Mосновні країни-виробники
У світі понад 50 країн виробляють твердосплавний сплав із загальним обсягом виробництва 27 000-28 000 тонн. Основними виробниками є США, Росія, Швеція, Китай, Німеччина, Японія, Велика Британія, Франція тощо. Світовий ринок твердосплавного сплаву в основному насичений, конкуренція на ринку дуже жорстка. Китайська промисловість твердосплавного сплаву почала формуватися наприкінці 1950-х років. З 1960-х по 1970-ті роки промисловість твердосплавного сплаву в Китаї швидко розвивалася. На початку 1990-х років загальна виробнича потужність Китаю з виробництва твердосплавного сплаву досягла 6000 тонн, а загальний обсяг виробництва твердосплавного сплаву – 5000 тонн, поступаючись лише Росії та Сполученим Штатам, і посідаючи третє місце у світі.
Різак для туалету
①Вольфрамово-кобальтовий цементований карбід
Основними компонентами є карбід вольфраму (WC) та сполучна речовина кобальт (Co).
Його сорт складається з літер «YG» («твердий і кобальт» китайською мовою піньїнь) та відсотка середнього вмісту кобальту.
Наприклад, YG8 означає середній вміст WCo = 8%, а решта - це вольфрамово-кобальтовий карбід вольфраму.
Ножі TIC
②Вольфрамово-титаново-кобальтовий карбід
Основними компонентами є карбід вольфраму, карбід титану (TiC) та кобальт.
Його марка складається з «YT» («твердий, титан» – два ієрогліфи китайської префікса піньінь) та середнього вмісту карбіду титану.
Наприклад, YT15 означає середній WTi=15%, а решта – це карбід вольфраму та карбід вольфраму-титану-кобальту з вмістом кобальту.
Вольфрам-титан-танталовий інструмент
③Вольфрамово-титаново-танталовий (ніобієвий) цементований карбід
Основними компонентами є карбід вольфраму, карбід титану, карбід танталу (або карбід ніобію) та кобальт. Цей вид твердого сплаву також називають загальним твердим сплавом або універсальним твердим сплавом.
Його оцінка складається з «YW» (китайський фонетичний префікс «hard» та «wan») плюс порядковий номер, наприклад, YW1.
Характеристики продуктивності
Твердосплавні зварні вставки
Висока твердість (86～93HRA, що еквівалентно 69～81HRC);
Хороша термічна твердість (до 900～1000℃, зберігаючи твердість 60HRC);
Гарна стійкість до стирання.
Твердосплавні ріжучі інструменти в 4-7 разів швидші, ніж швидкорізальна сталь, а термін служби інструменту в 5-80 разів вищий. Термін служби у виробництві форм та вимірювальних інструментів у 20-150 разів вищий, ніж у легованої інструментальної сталі. Вони можуть різати тверді матеріали з твердістю близько 50HRC.
Однак, твердий сплав крихкий і не піддається обробці, а також важко виготовляти цілісні інструменти складної форми. Тому часто виготовляють леза різної форми, які встановлюються на корпус інструменту або корпус прес-форми за допомогою зварювання, склеювання, механічного затискання тощо.
Бар спеціальної форми
Спікання
Спікання твердосплавного матеріалу полягає у пресуванні порошку в заготовку, а потім його поміщають у піч для спікання для нагрівання до певної температури (температури спікання), витримування протягом певного часу (часу витримки), а потім охолодження для отримання твердосплавного матеріалу з необхідними властивостями.
Процес спікання твердосплавного металу можна розділити на чотири основні етапи:
1: На етапі видалення формувальної речовини та попереднього спікання спечене тіло змінюється наступним чином:
Після видалення формувальної речовини, зі збільшенням температури на початковій стадії спікання, формувальна речовина поступово розкладається або випаровується, і спечене тіло вилучається. Тип, кількість та процес спікання різні.
Оксиди на поверхні порошку відновлюються. За температури спікання водень може відновлювати оксиди кобальту та вольфраму. Якщо формувальний агент видалити у вакуумі та спікати, реакція вуглець-кисень не буде сильною. Контактна напруга між частинками порошку поступово зникне, порошок сполучного металу починає відновлюватися та перекристалізуватися, починається поверхнева дифузія та покращується міцність брикетування.
2: Стадія твердофазного спікання (800℃ – евтектична температура)
За температури до появи рідкої фази, крім продовження процесу попереднього етапу, посилюються твердофазна реакція та дифузія, посилюється пластичний плин, а спечене тіло значно стискається.
3: Стадія спікання в рідкій фазі (евтектична температура – температура спікання)
Коли рідка фаза з'являється в спеченому тілі, усадка швидко завершується, після чого відбувається кристалографічне перетворення для формування основної структури та структури сплаву.
4: Стадія охолодження (температура спікання – кімнатна температура)
На цьому етапі структура та фазовий склад сплаву дещо змінюються залежно від умов охолодження. Цю особливість можна використовувати для нагрівання твердосплавного сплаву з метою покращення його фізичних та механічних властивостей.
Час публікації: 11 квітня 2022 р.
