El carbur és la classe més utilitzada de materials d’eines de mecanitzat d’alta velocitat (HSM), produïts per processos de metal·lúrgia en pols i consisteixen en partícules de carbur dur (normalment WC de carbur de tungstè) i una composició d’enllaços metàl·lics més suaus. Actualment, hi ha centenars de carburs cementats basats en WC amb diferents composicions, la majoria dels quals utilitzen cobalt (CO) com a aglutinant, el níquel (Ni) i el crom (CR) també es poden afegir elements d’enllaços i altres també es poden afegir. Alguns elements d’aliatge. Per què hi ha tantes notes de carbur? Com trien els fabricants d’eines el material d’eines adequat per a una operació de tall específica? Per respondre a aquestes preguntes, mirem primer les diverses propietats que fan del carbur cementat un material d’eina ideal.
duresa i duresa
El carbur cimentat de WC-COME té avantatges únics tant en duresa com en duresa. El carbur de tungstè (WC) és inherentment molt dur (més que corundum o alúmina), i la seva duresa rarament disminueix a mesura que augmenta la temperatura de funcionament. Tot i això, manca de duresa suficient, una propietat essencial per a les eines de tall. Per tal d’aprofitar l’elevada duresa del carbur de tungstè i millorar la seva duresa, les persones utilitzen enllaços metàl·lics per unir el carbur de tungstè junts, de manera que aquest material té una duresa superior a la de l’acer d’alta velocitat, alhora que pot suportar la majoria de les operacions de tall. Força de tall. A més, pot suportar les altes temperatures de tall causades pel mecanitzat d’alta velocitat.
Avui en dia, gairebé tots els ganivets i insercions de WC-Co estan recoberts, de manera que el paper del material base sembla menys important. Però, de fet, és l’alt mòdul elàstic del material WC-CO (una mesura de rigidesa, que és aproximadament tres vegades la d’acer d’alta velocitat a temperatura ambient) que proporciona el substrat no deformable per al recobriment. La matriu WC-Co també proporciona la duresa necessària. Aquestes propietats són les propietats bàsiques dels materials WC-CO, però les propietats del material també es poden adaptar ajustant la composició del material i la microestructura quan es produeixen pols de carbur cementats. Per tant, la idoneïtat del rendiment de les eines a un mecanitzat específic depèn en gran mesura del procés inicial de fresat.
Procés de fresat
La pols de carbur de tungstè s’obté mitjançant la pols de tungstè (w) carburitzant. Les característiques de la pols de carbur de tungstè (especialment la seva mida de partícula) depenen principalment de la mida de les partícules de la pols de matèria primera i de la temperatura i el temps de la carburització. El control químic també és crític i el contingut de carboni s’ha de mantenir constant (a prop del valor estequiomètric del 6,13% en pes). Es pot afegir una petita quantitat de vanadi i/o crom abans del tractament carburitzant per tal de controlar la mida de la partícula en pols mitjançant processos posteriors. Diferents condicions de procés aigües avall i diferents usos de processament final requereixen una combinació específica de la mida de les partícules de carbur de tungstè, el contingut de carboni, el contingut de vanadi i el contingut de crom, a través de la qual es poden produir una varietat de diferents pols de carbur de tungstè. Per exemple, Ati Alldyne, un fabricant de pols de carbur de tungstè, produeix 23 graus estàndard de pols de carbur de tungstè i les varietats de pols de carbur de tungstè personalitzats segons els requisits de l’usuari poden arribar a més de cinc vegades la de les notes estàndard de pols de carbur de tungstè.
Quan es barreja i es mouen la pols de carbur de tungstè i un enllaç metàl·lic per produir un cert grau de pols de carbur cimentat, es poden utilitzar diverses combinacions. El contingut de cobalt més utilitzat és del 3% - 25% (proporció de pes) i, en el cas de la necessitat de millorar la resistència a la corrosió de l’eina, cal afegir níquel i crom. A més, es pot millorar encara més l’enllaç metàl·lic afegint altres components d’aliatge. Per exemple, afegir ruteni al carbur cimentat de WC-COME pot millorar significativament la seva duresa sense reduir la seva duresa. L’augment del contingut de l’enllaç també pot millorar la duresa del carbur cimentat, però reduirà la seva duresa.
Reduir la mida de les partícules de carbur de tungstè pot augmentar la duresa del material, però la mida de les partícules del carbur de tungstè ha de romandre igual durant el procés de sinterització. Durant la sinterització, les partícules de carbur de tungstè es combinen i creixen mitjançant un procés de dissolució i reprecipitació. En el procés real de sinterització, per formar un material completament dens, l’enllaç metàl·lic es converteix en líquid (anomenat sinterització de fase líquida). La taxa de creixement de les partícules de carbur de tungstè es pot controlar afegint altres carburs metàl·lics de transició, incloent carbur de vanadi (VC), carbur de crom (CR3C2), carbur de titani (TIC), carbur de tàntal (TAC) i carbur de niobi (NBC). Aquests carburs metàl·lics se solen afegir quan la pols de carbur de tungstè es barreja i es molla amb un enllaç metàl·lic, tot i que el carbur de vanadi i el carbur de crom també es poden formar quan es carburitza la pols de carbur de tungstè.
La pols de carbur de tungstè també es pot produir mitjançant materials de carbur cementats per residus reciclats. El reciclatge i la reutilització del carbur de ferralla té una llarga història en la indústria del carbur de ciment i és una part important de tota la cadena econòmica de la indústria, ajudant a reduir els costos dels materials, a estalviar recursos naturals i evitar els residus. Eliminació nociva. El carbur cimentat de ferralla es pot reutilitzar generalment mitjançant un procés APT (amoni paratungstate), procés de recuperació de zinc o per aixafar. Aquests pols de carbur de tungstè reciclats generalment tenen una densificació millor i previsible perquè tenen una superfície més petita que les pols de carbur de tungstè realitzades directament a través del procés de carburació de Tungsten.
Les condicions de processament de la mixta mixta de pols de carbur de tungstè i enllaç metàl·lic també són paràmetres de procés crucials. Les dues tècniques de fresat més utilitzades són el fresat de boles i el micromatge. Els dos processos permeten la barreja uniforme de pols fresades i la mida de les partícules reduïda. Per tal de fer que la peça de pressió posterior tingui força suficient, mantingui la forma de la peça i permeti a l’operador o manipulador recollir la peça per al seu funcionament, normalment cal afegir un aglutinant orgànic durant la mòlta. La composició química d’aquest enllaç pot afectar la densitat i la força de la peça pressionada. Per facilitar la manipulació, és recomanable afegir aglutinants d’alta resistència, però això produeix una densitat de compactació inferior i pot produir grumolls que puguin causar defectes en el producte final.
Després del fresat, la pols sol assecar-se per esprai per produir aglomerats de flux lliure junts per aglutinants orgànics. En ajustar la composició de l’enllaç orgànic, la densitat de fluïdesa i càrrega d’aquests aglomerats es pot adaptar com es desitja. Si es detecta partícules més gruixudes o més fines, la distribució de la mida de les partícules de l’aglomerat es pot adaptar encara més per assegurar un bon flux quan es carrega a la cavitat del motlle.
Fabricació de la peça
Les peces de carbur es poden formar mitjançant diversos mètodes de procés. Segons la mida de la peça, el nivell de complexitat de la forma i el lot de producció, la majoria de les insercions de tall es modelen mitjançant matrius rígids de pressió superior i inferior. Per tal de mantenir la consistència del pes i la mida de la peça durant cada premsat, cal assegurar -se que la quantitat de pols (massa i volum) que flueix a la cavitat és exactament la mateixa. La fluïdesa de la pols es controla principalment per la distribució de la mida dels aglomerats i les propietats de l’enllaç orgànic. Les peces de treball modelades (o "blancs") es formen aplicant una pressió de modelat de 10-80 ksi (quilo lliures per peu quadrat) a la pols carregada a la cavitat del motlle.
Fins i tot sota una pressió de modelat extremadament elevada, les partícules de carbur de tungstè dur no es deformaran ni es trencaran, però l’enllaç orgànic es pressiona en els buits entre les partícules de carbur de tungstè, solucionant així la posició de les partícules. Com més gran sigui la pressió, més estreta sigui l’enllaç de les partícules de carbur de tungstè i més gran és la densitat de compactació de la peça. Les propietats de modelat de les notes de carbur de carbur cementades poden variar, depenent del contingut de l’enllaç metàl·lic, de la mida i la forma de les partícules de carbur de tungstè, el grau d’aglomeració i la composició i l’addició d’enllaç orgànic. Per tal de proporcionar informació quantitativa sobre les propietats de compactació dels graus de pols de carbur cementats, la relació entre la densitat de modelat i la pressió de modelat sol ser dissenyada i construïda pel fabricant de pols. Aquesta informació garanteix que la pols subministrada és compatible amb el procés de modelat del fabricant d’eines.
Les peces de carbur de mida gran o les peces de carbur amb proporcions d’aspecte elevades (com ara les molèsties per a les fàbriques finals i les perforacions) es fabriquen normalment a partir de qualificacions de carbur de carbur de forma uniformement en una bossa flexible. Tot i que el cicle de producció del mètode de pressió equilibrat és més llarg que el del mètode de modelat, el cost de fabricació de l’eina és menor, de manera que aquest mètode és més adequat per a la producció de lots petits.
Aquest mètode de procés és posar la pols a la bossa i segellar la boca de la bossa i, a continuació, posar la bossa plena de pols en una cambra i aplicar una pressió de 30-60ksi a través d’un dispositiu hidràulic per pressionar. Les peces de treball pressionades sovint es mecanitzen a geometries específiques abans de la sinterització. La mida del sac s’amplia per adaptar -se a la contracció de la peça durant la compactació i per proporcionar un marge suficient per a les operacions de mòlta. Atès que la peça ha de processar -se després de prémer, els requisits per a la consistència de la càrrega no són tan estrictes com els del mètode de modelat, però encara és desitjable assegurar -se que la mateixa quantitat de pols es carrega a la bossa cada vegada. Si la densitat de càrrega de la pols és massa petita, pot provocar una pols insuficient a la bossa, donant lloc a que la peça sigui massa petita i haver de ser desballestat. Si la densitat de càrrega de la pols és massa alta i la pols carregada a la bossa és massa, cal processar la peça per eliminar més pols després de pressionar -la. Tot i que l'excés de pols eliminat i les peces desballestades es poden reciclar, de manera que redueix la productivitat.
Les peces de carbur també es poden formar mitjançant matrius d'extrusió o matrius per injecció. El procés de modelat d'extrusió és més adequat per a la producció massiva de peces de forma eiximètrica, mentre que el procés de modelat per injecció s'utilitza generalment per a la producció massiva de peces de forma complexa. En ambdós processos de modelat, els graus de pols de carbur cimentats es suspenen en un aglutinant orgànic que proporciona una consistència similar a la pasta de dents a la barreja de carbur cimentat. El compost s’extreu a través d’un forat o s’injecta a una cavitat per formar -se. Les característiques del grau de pols de carbur cimentats determinen la relació òptima de la pols amb l’enllaç a la barreja i tenen una influència important en la fluïdesa de la barreja a través del forat d’extrusió o la injecció a la cavitat.
Després que la peça es formi mitjançant modelat, premsat isostàtic, extrusió o modelat per injecció, l’enllaç orgànic ha de ser eliminat de la peça abans de l’etapa final de sinterització. La sinterització elimina la porositat de la peça, fent -la plenament (o substancialment) densa. Durant la sinterització, l’enllaç metàl·lic de la peça formada per la premsa es converteix en líquid, però la peça conserva la seva forma sota l’acció combinada de les forces capil·lars i l’enllaç de partícules.
Després de la sinterització, la geometria de la peça continua sent la mateixa, però les dimensions es redueixen. Per obtenir la mida de la peça necessària després de la sinterització, cal tenir en compte la velocitat de contracció a l’hora de dissenyar l’eina. El grau de pols de carbur que s’utilitza per fer cada eina s’ha de dissenyar per tenir la contracció correcta quan es compacta sota la pressió adequada.
En gairebé tots els casos, es requereix un tractament post-sintetització de la peça sinteritzada. El tractament més bàsic de les eines de tall és aguditzar l’avantguarda. Moltes eines requereixen trituració de la seva geometria i dimensions després de la sinterització. Algunes eines requereixen trituració superior i inferior; Altres requereixen una mòlta perifèrica (amb o sense afilar la vora). Es poden reciclar tots els xips de carbur de la mòlta.
Recobriment de la peça
En molts casos, cal recobrir la peça acabada. El recobriment proporciona lubricitat i augment de la duresa, així com una barrera de difusió al substrat, evitant l’oxidació quan s’exposa a temperatures elevades. El substrat de carbur cimentat és fonamental per al rendiment del recobriment. A més d’adaptar les principals propietats de la pols de matriu, les propietats superficials de la matriu també es poden adaptar mitjançant la selecció química i canviar el mètode de sinterització. Mitjançant la migració del cobalt, es pot enriquir més cobalt a la capa més externa de la superfície de la fulla dins del gruix de 20-30 μm respecte a la resta de la peça, donant així la superfície del substrat millor força i duresa, fent-la més resistent a la deformació.
A partir del seu propi procés de fabricació (com ara el mètode de desenfocament, la velocitat de calefacció, el temps de sinterització, la temperatura i la tensió de carburació), el fabricant d’eines pot tenir alguns requisits especials per al grau de pols de carbur cementat. Alguns fabricants d’eines poden arrabassar la peça en un forn de buit, mentre que d’altres poden utilitzar un forn de sinterització de premsa isostàtica calenta (que pressiona la peça a prop del final del cicle del procés per eliminar els residus) porus). Les peces de treball sinteritzades en un forn de buit també poden haver de ser pressionades isostàticament a través d’un procés addicional per augmentar la densitat de la peça. Alguns fabricants d’eines poden utilitzar temperatures de sinterització de buit més elevades per augmentar la densitat sinteritzada de barreges amb menor contingut de cobalt, però aquest enfocament pot arrossegar la seva microestructura. Per tal de mantenir una mida de gra fi, es poden seleccionar pols amb una mida de partícula més petita del carbur de tungstè. Per tal de coincidir amb els equips de producció específics, les condicions de desenfocament i la tensió de carburació també tenen diferents requisits per al contingut de carboni en la pols de carbur cementat.
Classificació de grau
Canvis combinats de diferents tipus de pols de carbur de tungstè, composició de barreja i contingut en aglutinant metàl·lic, tipus i quantitat d’inhibidor del creixement del gra, etc., constitueixen una varietat de graus de carbur cementats. Aquests paràmetres determinaran la microestructura del carbur cimentat i les seves propietats. Algunes combinacions específiques de propietats s’han convertit en la prioritat d’algunes aplicacions de processament específiques, cosa que fa que sigui significatiu per classificar diversos graus de carbur cementats.
Els dos sistemes de classificació de carbur més utilitzats per a aplicacions de mecanitzat són el sistema de designació C i el sistema de designació ISO. Tot i que cap dels dos sistemes reflecteix completament les propietats materials que influeixen en l’elecció dels graus de carbur cementats, proporcionen un punt de partida per a la discussió. Per a cada classificació, molts fabricants tenen els seus propis qualificacions especials, donant lloc a una gran varietat de graus de carbur。
Les notes de carbur també es poden classificar per composició. Les notes de carbur de tungstè (WC) es poden dividir en tres tipus bàsics: simple, microcristal·lí i aliat. Les notes simplex consisteixen principalment en aglutinants de carbur de tungstè i cobalt, però també poden contenir petites quantitats d’inhibidors del creixement del gra. El grau microcristal·lí està compost per carbur de tungstè i aglutinant de cobalt afegit amb diverses mil·lèsimes de carbur de vanadi (VC) i (o) carbur de crom (CR3C2), i la seva mida de gra pot arribar a 1 μm o menys. Les notes d’aliatge estan compostes per aglutinants de carbur de tungstè i cobalt que contenen un poc per cent de carbur de titani (TIC), carbur de tàntal (TAC) i carbur de niobi (NBC). Aquestes addicions també es coneixen com a carburs cúbics per les seves propietats de sinterització. La microestructura resultant presenta una estructura trifàsica inhomogènia.
1) graus de carbur simples
Aquestes notes per al tall de metalls solen contenir un cobalt del 3% al 12% (en pes). El rang de mida dels grans de carbur de tungstè sol estar entre 1-8 μm. Igual que amb altres qualificacions, reduir la mida de les partícules del carbur de tungstè augmenta la seva duresa i la seva força de ruptura transversal (TRS), però redueix la seva duresa. La duresa del tipus pur sol ser entre hra89-93,5; La força de ruptura transversal sol estar entre 175-350ksi. Els pols d’aquests graus poden contenir grans quantitats de materials reciclats.
Els graus de tipus senzill es poden dividir en C1-C4 en el sistema de grau C i es poden classificar segons la sèrie de grau K, N, S i H del sistema de grau ISO. Les notes simplex amb propietats intermèdies es poden classificar com a qualificacions de propòsit general (com C2 o K20) i es poden utilitzar per convertir, mòlta, planificació i avorriment; Les notes amb una mida de gra menor o un contingut de cobalt inferior i una duresa més alta es poden classificar com a graus d’acabat (com C4 o K01); Les notes amb una mida de gra més gran o un contingut de cobalt més gran i una millor duresa es poden classificar com a qualificacions aspres (com C1 o K30).
Les eines realitzades en graus simplex es poden utilitzar per mecanitzar ferro colat, acer inoxidable de la sèrie 200 i 300, alumini i altres metalls no ferrosos, superallys i acers endurits. Aquestes notes també es poden utilitzar en aplicacions de tall no metall (per exemple, com a eines de roca i de perforació geològica), i aquestes notes tenen un rang de mida de gra d’1,5-10 μm (o més gran) i un contingut de cobalt del 6%-16%. Un altre ús de tall sense metall de qualificacions de carbur simples es troba en la fabricació de morts i punxons. Aquestes notes solen tenir una mida de gra mitjà amb un contingut de cobalt del 16%-30%.
(2) Microcrystaline Cimate Carbide
Aquestes notes solen contenir un 6% -15% de cobalt. Durant la sinterització en fase líquida, l’addició de carbur de vanadi i/o carbur de crom pot controlar el creixement del gra per obtenir una estructura de gra fi amb una mida de partícula inferior a 1 μm. Aquest grau de gra fi té una duresa molt elevada i forces de ruptura transversals per sobre dels 500ksi. La combinació d’alta resistència i duresa suficient permet a aquestes notes utilitzar un angle de rastell positiu més gran, que redueix les forces de tall i produeix xips més prims tallant en lloc d’empènyer el material metàl·lic.
Mitjançant una estricta identificació de diverses matèries primeres en la producció de qualificacions de pols de carbur cimentat i un control estricte de les condicions del procés de sinterització per evitar la formació de grans anormalment grans en la microestructura del material, és possible obtenir propietats del material adequades. Per tal de mantenir la mida del gra petit i uniforme, només s’ha d’utilitzar pols reciclat reciclat si hi ha un control complet del procés de matèria primera i de recuperació i proves de qualitat extenses.
Les notes microcristal·lines es poden classificar segons la sèrie de grau M del sistema ISO de grau ISO. A més, altres mètodes de classificació del sistema de grau C i del sistema de grau ISO són els mateixos que els graus purs. Les notes microcristal·lines es poden utilitzar per fer eines que tallin materials de treball més suaus, perquè la superfície de l'eina es pot mecanitzar molt suau i pot mantenir un tall de tall extremadament afilat.
Les notes microcristal·lines també es poden utilitzar per a la màquina de superalls a base de níquel, ja que poden suportar les temperatures de tall de fins a 1200 ° C. Per al processament de superallys i altres materials especials, l’ús d’eines de grau microcristal·lí i eines de grau pur que contenen ruteni pot millorar simultàniament la seva resistència al desgast, la resistència a la deformació i la duresa. Les notes microcristal·lines també són adequades per a la fabricació d’eines rotatives com els exercicis que generen tensió de cisalla. Hi ha un trepant de qualificacions compostes de carbur cimentat. En parts específiques del mateix simulacre, el contingut de cobalt del material varia, de manera que la duresa i la duresa del simulacre s’optimitzen segons les necessitats de processament.
(3) Tipus d'aliatge graus de carbur cimentat
Aquestes notes s’utilitzen principalment per tallar peces d’acer i el seu contingut de cobalt sol ser del 5%-10%i la mida del gra oscil·la entre 0,8 i 2 μm. Afegint un 4% -25% de carbur de titani (TIC), es pot reduir la tendència del carbur de tungstè (WC) a difondre’s a la superfície dels xips d’acer. La força de l’eina, la resistència al desgast del cràter i la resistència al xoc tèrmic es pot millorar afegint fins a un 25% de carbur de tàntal (TAC) i carbur de niobi (NBC). L’addició d’aquests carburs cúbics també augmenta la duresa vermella de l’eina, ajudant a evitar la deformació tèrmica de l’eina en un tall pesat o altres operacions on l’avantguarda generarà temperatures altes. A més, el carbur de titani pot proporcionar llocs de nucleació durant la sinterització, millorant la uniformitat de la distribució de carbur cúbic a la peça.
En general, el rang de duresa dels graus de carbur cimentat de tipus aliatge és HRA91-94, i la força de fractura transversal és de 150-300ksi. En comparació amb les notes pures, les qualificacions d’aliatge tenen una mala resistència al desgast i una menor resistència, però tenen una millor resistència al desgast adhesiu. Les qualificacions d’aliatge es poden dividir en C5-C8 en el sistema de grau C i es poden classificar segons la sèrie de grau P i M del sistema ISO de grau. Les notes d’aliatge amb propietats intermèdies es poden classificar com a qualificacions de propòsit general (com C6 o P30) i es poden utilitzar per convertir, tocar, planificar i fresar. Les notes més difícils es poden classificar com a graus d’acabat (com C8 i P01) per acabar amb les operacions de gir i avorriment. Aquestes notes solen tenir mides de gra més petites i contingut de cobalt inferior per obtenir la duresa i la resistència del desgast requerides. No obstant això, es poden obtenir propietats de material similars afegint carburs més cúbics. Les qualificacions amb més duresa es poden classificar com a graus aspres (per exemple, C5 o P50). Aquestes notes solen tenir una mida mitjana de gra i un alt contingut de cobalt, amb baixes incorporacions de carburs cúbics per aconseguir la duresa desitjada inhibint el creixement de les fissures. En les operacions de gir interrompudes, es pot millorar encara més el rendiment de tall mitjançant les notes esmentades anteriorment amb un contingut de cobalt més elevat a la superfície de l'eina.
Les qualificacions d’aliatge amb un contingut de carbur de titani inferior s’utilitzen per mecanitzar acer inoxidable i ferro maleable, però també es poden utilitzar per mecanitzar metalls no ferrosos com els superallys basats en níquel. La mida del gra d’aquests graus sol ser inferior a 1 μm i el contingut de cobalt és del 8%-12%. Les notes més dures, com M10, es poden utilitzar per convertir el ferro maleable; Les notes més dures, com M40, es poden utilitzar per a la mòlta i l’acer de planificació, o per convertir acer inoxidable o superallys.
Les notes de carbur cimentades per aliatge també es poden utilitzar amb finalitats de tall no metall, principalment per a la fabricació de peces resistents al desgast. La mida de les partícules d’aquests graus sol ser d’1,2-2 μm i el contingut de cobalt és del 7%-10%. Quan es produeixen aquests graus, se sol afegir un percentatge elevat de matèria primera reciclada, donant lloc a una elevada rendibilitat en les aplicacions de peces de desgast. Les peces de desgast requereixen una bona resistència a la corrosió i una gran duresa, que es poden obtenir afegint níquel i carbur de crom quan es produeixen aquests graus.
Per tal de complir els requisits tècnics i econòmics dels fabricants d’eines, la pols de carbur és l’element clau. Els pols dissenyats per als equips de mecanitzat dels fabricants d’eines i els paràmetres de procés asseguren el rendiment de la peça acabada i han donat lloc a centenars de qualificacions de carbur. La naturalesa reciclable dels materials de carbur i la capacitat de treballar directament amb proveïdors de pols permet als fabricants d’eines controlar eficaçment la qualitat del seu producte i els costos del material.
Hora del missatge: 18-2022 d'octubre
