Карбид является наиболее широко используемым классом инструментов высокоскоростной обработки (HSM), которые производятся с помощью порошковых металлургических процессов и состоят из твердого карбида (обычно вольфрамового карбида WC) и более мягкой металлической связи. В настоящее время существуют сотни цементированных карбидов на основе WC с различными композициями, большинство из которых используют кобальт (CO) в качестве связующего, никеля (Ni) и хром (CR), также обычно используются элементы связующего, а также могут быть добавлены другие. Некоторые легирующие элементы. Почему так много карбидов? Как производители инструментов выбирают правильный материал инструмента для определенной операции резки? Чтобы ответить на эти вопросы, давайте сначала посмотрим на различные свойства, которые делают цементированный карбид идеальным материалом для инструментов.
твердость и прочность
Центированный карбид WC-CO имеет уникальные преимущества как в твердости, так и в прочности. Карбид вольфрама (WC) по своей природе очень твердый (больше, чем Corundum или Alumina), и его твердость редко уменьшается с увеличением рабочей температуры. Тем не менее, ему не хватает достаточной прочности, важнейшего свойства для режущих инструментов. Чтобы воспользоваться высокой твердостью карбида вольфрама и повышения его выносливости, люди используют металлические связи, чтобы соединиться с карбидом вольфрама вместе, так что этот материал имеет твердость, намного превышающую высокоскоростную сталь, одновременно выдерживая большинство операций по резке. Сила резки. Кроме того, он может противостоять высокой температуре резки, вызванной высокоскоростной обработкой.
Сегодня почти все ножи и вставки WC-CO покрыты, поэтому роль базового материала кажется менее важной. Но на самом деле, это высокий модуль упругости материала WC-CO (мера жесткости, который примерно в три раза больше, чем у высокоскоростной стали при комнатной температуре), который обеспечивает неформируемый субстрат для покрытия. Матрица WC-CO также обеспечивает необходимую прочность. Эти свойства являются основными свойствами материалов WC-CO, но свойства материала также могут быть адаптированы путем регулировки состава материала и микроструктуры при производстве цементированных порошков карбида. Следовательно, пригодность производительности инструмента к конкретной обработке в значительной степени зависит от начального процесса фрезерования.
Процесс фрезерования
Порошок карбида вольфрама получается путем карбинизирующего вольфрамового порошка (W). Характеристики порошка карбида вольфрама (особенно его частиц) в основном зависят от размера частиц порошка вольфрамового материала, а также температуры и времени карбурации. Химический контроль также имеет решающее значение, и содержание углерода должно быть постоянным (близко к стехиометрическому значению 6,13% по весу). Небольшое количество ванадия и/или хром может быть добавлено перед обработкой, чтобы контролировать размер частиц порошка посредством последующих процессов. Различные условия процесса и различные используемые конечные обработки требуют определенной комбинации размера частиц карбида вольфрама, содержания углерода, содержания ванадия и содержания хрома, с помощью которых можно создавать различные порошки карбида вольфрама. Например, Ati Alldyne, производитель карбида вольфрамового карбида, производит 23 стандартных сорта порошка карбида вольфрама, а разновидности карбид -карбида вольфрамового карбида, настраиваемые в соответствии с требованиями пользователя, могут более чем в 5 раз больше, чем у стандартных сортов вольфрамового порошка карбида.
При смешивании и измельчении карбида -карбида и металлической связи для получения определенного уровня цементированного порошка карбида можно использовать различные комбинации. Наиболее часто используемое содержание кобальта составляет от 3% до 25% (соотношение веса), и в случае необходимости повышения коррозионной стойкости инструмента необходимо добавить никель и хром. Кроме того, металлическая связь может быть дополнительно улучшена, добавив другие компоненты сплава. Например, добавление рутения к цементируемому карбиду WC-CO может значительно улучшить его выносливость без снижения его твердости. Увеличение содержания связующего также может улучшить вязкость цементированного карбида, но это снизит его твердость.
Уменьшение размера частиц карбида вольфрама может увеличить твердость материала, но размер частиц карбида вольфрама должен оставаться прежним во время процесса спекания. Во время спекания частицы карбида вольфрама объединяются и растут посредством процесса растворения и повторения. В фактическом процессе спекания, чтобы сформировать полностью плотный материал, металлическая связь становится жидкой (называемой жидкой фазой). Скорость роста частиц карбида вольфрама может контролироваться путем добавления других карбидов переходных металлов, включая карбид ванадия (VC), карбид хрома (CR3C2), карбид титана (TIC), карбид тантала (TAC) и карбид ниобия (NBC). Эти металлические карбиды обычно добавляются, когда порошок карбида вольфрама смешивается и фрезеруется с металлической связью, хотя карбид ванадия и карбид хрома также может быть образован, когда порошок карбида вольфрама карбинизируется.
Порошок карбида вольфрама также может быть получен с помощью переработанных карбида с переработанными отходами. Утилизация и повторное использование карбида лома имеет давнюю историю в отрасли с цементированной карбидом и является важной частью всей экономической цепочки отрасли, помогая снизить затраты на материалы, экономить природные ресурсы и избежать отходов. Вредное утилизация. Цементированный карбид с ломом может быть повторно использован с помощью процесса APT (Ammomy Paratungstate), процесса восстановления цинка или раздавливанием. Эти «переработанные» карбид -порошки вольфрама обычно имеют лучшую, предсказуемое уплотнение, потому что они имеют меньшую площадь поверхности, чем плотные порошки карбида вольфрама, изготовленные непосредственно в процессе карбинизации вольфрама.
Условия обработки смешанного шлифования порошка карбида вольфрама и металлической связи также являются важными параметрами процесса. Двумя наиболее часто используемыми методами фрезерования являются шариковое измельчение и микромиллинг. Оба процесса обеспечивают равномерное смешивание фрезерованных порошков и уменьшенный размер частиц. Для того, чтобы сделать более позднюю заготовку иметь достаточную прочность, поддерживать форму заготовки и позволить оператору или манипулятору поднять заготовку для работы, обычно необходимо добавить органическое связующее во время шлифования. Химический состав этой связи может повлиять на плотность и прочность нажатой заготовки. Чтобы облегчить обработку, рекомендуется добавить высокопрочные связующие, но это приводит к более низкой плотности уплотнения и может производить комки, которые могут вызвать дефекты в конечном продукте.
После фрезерования порошок обычно высушивают с распылением для получения свободных агломератов, скрепленных органическими связующими. Регулируя композицию органического связующего, проводка и плотность заряда этих агломератов могут быть адаптированы по желанию. При выходе из более крупных или более тонких частиц распределение агломерата частиц по размерам может быть дополнительно адаптировано для обеспечения хорошего потока при загрузке в полость формы.
Производство заготовки
Карбидные заготовки могут быть сформированы различными методами процесса. В зависимости от размера заготовки, уровня сложности формы и производственной партии, большинство режущих вставки формируются с использованием жестких умираний верхнего и нижнего давления. Чтобы поддерживать консистенцию веса и размера заготовки во время каждого нажатия, необходимо обеспечить, чтобы количество порошка (масса и объем), протекающее в полость, точно одинаково. Текучесть порошка в основном контролируется распределением агломератов по размерам и свойствами органического связующего. Литые заготовки (или «пробелы») образуются путем применения формованного давления 10-80 тыс. Кв.
Даже при чрезвычайно высоком давлении на формование частицы карбида с твердым вольфрамами не деформируются и не разрываются, но органическое связующее прижат к зазорам между частицами карбида вольфрама, тем самым фиксируя положение частиц. Чем выше давление, тем плотнее связь частиц карбида вольфрама и тем больше плотности уплотнения заготовки. Свойства формования сортов цементированного карбида порошка могут варьироваться, в зависимости от содержания металлического связующего, размера и формы частиц карбида вольфрама, степени агломерации, а также состава и добавления органического связующего. Чтобы предоставить количественную информацию о свойствах уплотнения сортов цементированных карбида порошков, взаимосвязь между плотностью формования и давлением формования обычно проектируется и строится производителем порошка. Эта информация гарантирует, что поставляемый порошок совместим с процессом литья производителя инструментов.
Карбисные заготовки большого размера или карбидные заготовки с высоким соотношением сторон (такие как хвостовики для конечных мельниц и упражнений), как правило, изготавливаются из равномерно нажатых сортов карбида в гибкой сумке. Хотя производственный цикл сбалансированного нажимающего метода длиннее, чем в методе литья, стоимость производства инструмента ниже, поэтому этот метод более подходит для производства малых партий.
Этот метод процесса состоит в том, чтобы положить порошок в сумку, запечатать рот пакета, а затем положить мешок, полный порошка в камеру, и нажимать на давление 30-60 ккси через гидравлическое устройство. Прессовые заготовки часто обрабатываются в определенных геометриях до спекания. Размер мешка увеличивается для размещения усадки заготовки во время уплотнения и обеспечения достаточной маржи для шлифовальных операций. Поскольку заготовка должна быть обработана после нажатия, требования к согласованности зарядки не так строги, как требования метода литья, но все еще желательно гарантировать, что такое же количество порошка загружается в сумку каждый раз. Если плотность зарядки порошка слишком мала, это может привести к недостаточной порошке в сумке, что приводит к тому, что заготовка будет слишком мала и должна быть отменена. Если плотность нагрузки порошка слишком высока, а порошок, загруженный в сумку, слишком много, заготовка необходимо обработать, чтобы удалить больше порошка после его нажатия. Хотя избыточный порошок удалялся и сбрасываемые заготовки могут быть переработаны, это снижает продуктивность.
Карбидные заготовки также могут быть сформированы с использованием экструзионных штампов или впрыскивания. Процесс экструзионного литья более подходит для массового производства заготовки осесимметричной формы, в то время как процесс литья под давлением обычно используется для массового производства сложных заготовков формы. В обоих процессах литья классы цементированного карбида порошка подвешены в органическом связующем, который придает зубной пасты консистенции с смесью цементированной карбиды. Затем соединение либо экструдируется через отверстие, либо впрыскивается в полость для формирования. Характеристики сорта цементированного карбида порошка определяют оптимальное соотношение порошка к связующему в смеси и оказывают важное влияние на проторимость смеси через экструзионное отверстие или впрыск в полость.
После того, как заготовка образуется путем формования, изостатического прессования, экструзии или литья под давлением, органическое связующее необходимо удалить из заготовки до окончательной стадии спекания. Спекание удаляет пористость из заготовки, делая ее полностью (или существенно) плотным. Во время спекания металлическая связь в заготовке с формированием прессы становится жидкой, но заготовка сохраняет свою форму под комбинированным действием капиллярных сил и связи частиц.
После спекания геометрия заготовки остается прежней, но размеры уменьшаются. Чтобы получить необходимый размер заготовки после спекания, при разработке инструмента необходимо учитывать скорость усадки. Степень карбида порошка, используемый для приготовления каждого инструмента, должен быть разработан, чтобы иметь правильную усадку при уплотнении под соответствующим давлением.
Практически во всех случаях требуется после засыпания обработки спеченной заготовки. Самая основная обработка режущих инструментов - отточить режущую кромку. Многие инструменты требуют измельчения их геометрии и размеров после спекания. Некоторые инструменты требуют верхнего и нижнего шлифования; Другие требуют периферического шлифования (с заточкой или без заострения режущей кромки). Все карбидные чипсы от шлифования могут быть переработаны.
Заготовка на заготовку
Во многих случаях готовая заготовка должна быть покрыта. Покрытие обеспечивает смазочную способность и повышенную твердость, а также диффузионный барьер для субстрата, предотвращая окисление при воздействии высоких температур. Цементированный карбид -субстрат имеет решающее значение для производительности покрытия. В дополнение к адаптации основных свойств порошка матрицы, свойства поверхности матрицы также могут быть адаптированы с помощью химического выбора и изменения метода спекания. Благодаря миграции кобальта можно обогащено большим количеством кобальта во внешнем слое поверхности лезвия в толщине 20-30 мкМ по сравнению с остальной частью заготовки, тем самым придавая поверхности субстрата лучшую силу и прочность, что делает ее более устойчивой к деформации.
Основываясь на их собственном производственном процессе (например, метод Depaxing, скорость нагрева, время спекания, температура и карбивизионное напряжение), производитель инструментов может предпринять некоторые особые требования для оценки используемого цементированного карбида. Некоторые производители инструментов могут спекать заготовку в вакуумной печи, в то время как другие могут использовать горячую изостатическую нажатиющую (тазобедренную) спекающую печь (которая оказывает давление на заготовку в конце цикла процесса для удаления любых остатков). Заготовки, спеченные в вакуумной печи, также могут также быть горячими изостатически нажаты на дополнительный процесс для увеличения плотности заготовки. Некоторые производители инструментов могут использовать более высокие температуры спекания в вакууме, чтобы увеличить спеченную плотность смесей с более низким содержанием кобальта, но этот подход может составлять их микроструктуру. Чтобы поддерживать тонкий размер зерна, можно выбрать порошки с меньшим размером частиц вольфрамового карбида. Чтобы соответствовать конкретному производственному оборудованию, условия DePaxing и карбивизионное напряжение также имеют различные требования для содержания углерода в цементированном карбидном порошке.
Классификация класса
Комбинированные изменения различных типов карбида вольфрамового карбида, композиции смеси и содержания металлического связующего, типа и количества ингибитора роста зерна и т. Д. Составляют различные цементированные карбид. Эти параметры будут определять микроструктуру цементированного карбида и его свойства. Некоторые конкретные комбинации свойств стали приоритетом для некоторых конкретных приложений для обработки, что делает смыслом классификации различных цементированных карбида.
Две наиболее часто используемые системы классификации карбидов для обработки - это система обозначения C и система обозначения ISO. Хотя ни одна система полностью не отражает свойства материала, которые влияют на выбор цементированных сортов карбида, они обеспечивают отправную точку для обсуждения. Для каждой классификации многие производители имеют свои специальные оценки, что приводит к широкому разнообразию карбидных сортов。
Ударные оценки также могут быть классифицированы по композиции. Оценки карбида вольфрама (WC) можно разделить на три основных типа: простые, микрокристаллические и сплавные. Simplex Grades состоят в основном из карбида вольфрама и кобальта, но также могут содержать небольшое количество ингибиторов роста зерна. Микрокристаллическая степень состоит из карбида вольфрама и кобальта, добавленных с несколькими тысячами карбида ванадия (VC) и (или) карбида хрома (CR3C2), и его размер зерна может достигать 1 мкм или менее. Сплавы сплава состоит из карбида вольфрамового карбида и кобальта, содержащих несколько процентов карбида титана (TIC), карбида тантала (TAC) и карбида ниобия (NBC). Эти дополнения также известны как кубические карбиды из -за их спекания. Полученная микроструктура демонстрирует неоднородную трехфазную структуру.
1) Простые карбидные оценки
Эти оценки для резки металла обычно содержат от 3% до 12% кобальта (по весу). Размер диапазона карбида вольфрама обычно составляет 1-8 мкм. Как и в случае с другими классами, уменьшение размера частиц карбида вольфрама увеличивает его твердость и поперечную прочность разрыва (TRS), но снижает его прочность. Твердость чистого типа обычно находится между HRA89-93.5; Прочность на поперечное разрыв обычно составляет от 175 до 350 ккси. Порошки этих сортов могут содержать большое количество переработанных материалов.
Простые оценки типа могут быть разделены на C1-C4 в системе класса C и могут быть классифицированы в соответствии с серией классов K, N, S и H в системе классов ISO. Продолжительные оценки с промежуточными свойствами могут быть классифицированы как оценки общего назначения (например, C2 или K20) и могут использоваться для поворота, фрезерования, плана и скучного; Оценки с меньшим размером зерна или более низким содержанием кобальта и более высокой твердостью могут быть классифицированы как отдельные оценки (такие как C4 или K01); Оценки с большим размером зерна или более высоким содержанием кобальта и лучшей вязкостью могут быть классифицированы как грубые оценки (такие как C1 или K30).
Инструменты, изготовленные в составе Simplex, могут быть использованы для обработки чугуна, из нержавеющей стали 200 и 300 серий, алюминия и других цветных металлов, суперсплавов и закаленных сталей. Эти оценки также могут быть использованы в неметаллических приложениях для резки (например, в качестве кадров и геологических инструментов бурения), и эти оценки имеют диапазон размера зерна 1,5-10 мкм (или больше) и содержание кобальта 6-16%. Еще одно неметаллическое использование простых карбидных сортов-это производство умираний и ударов. Эти оценки обычно имеют средний размер зерна с содержанием кобальта 16-30%.
(2) Микрокристаллические цементированные карбиды сортов
Такие оценки обычно содержат 6% -15% кобальта. Во время спекания в жидкой фазе добавление карбида ванадия и/или карбида хрома может контролировать рост зерна, чтобы получить тонкую структуру зерна с размером частиц менее 1 мкм. Этот мелкозернистый сорт имеет очень высокую твердость и поперечную силу разрыва выше 500 кв. Комбинация высокой прочности и достаточной вязкости позволяет этим оценкам использовать больший положительный угол склона, который уменьшает силы резания и производит более тонкие чипы, разрезая, а не толкать металлический материал.
Благодаря строгой идентификации качества различного сырья при производстве сортов цементированного карбида и строгого контроля условий процесса спекания, чтобы предотвратить образование аномально больших зерен в микроструктуре материала, можно получить соответствующие свойства материала. Чтобы сохранить размер зерна небольшим и однородным, переработанный переработанный порошок следует использовать только в том случае, если есть полный контроль над сырью и процессом восстановления, а также обширные тестирование качества.
Микрокристаллические оценки могут быть классифицированы в соответствии с серией классов M в системе классов ISO. Кроме того, другие методы классификации в системе классов C и системы классов ISO такие же, как и чистые оценки. Микрокристаллические оценки могут использоваться для изготовления инструментов, которые разрезают более мягкие материалы заготовки, потому что поверхность инструмента может быть обработана очень гладкой и может поддерживать чрезвычайно острые режущие кромки.
Микрокристаллические оценки также могут быть использованы для машины на основе никеля, так как они могут противостоять температуре разрезания до 1200 ° C. Для обработки суперсплавов и других специальных материалов использование инструментов микрокристаллического качества и инструментов чистых классов, содержащих рутения, может одновременно улучшить их устойчивость к износу, устойчивость к деформации и прочность. Микрокристаллические оценки также подходят для изготовления вращающихся инструментов, таких как упражнения, которые генерируют напряжение сдвига. Существует тренировка из составных сортов цементированного карбида. В определенных частях одной и той же тренировки содержание кобальта в материале варьируется, так что твердость и вязкость тренировки оптимизировались в соответствии с потребностями в обработке.
(3) сплавные цементированные карбид
Эти оценки в основном используются для резки стальных деталей, а их содержание кобальта обычно составляет 5%-10%, а размер зерна варьируется от 0,8-2 мкм. Добавляя 4% -25% титанового карбида (TIC), тенденция карбида вольфрама (WC) диффузно на поверхность стальных чипсов может быть уменьшена. Прочность инструмента, устойчивость к износу кратера и устойчивость к термическому удару может быть улучшена, добавив до 25% карбида тантала (TAC) и карбида ниобия (NBC). Добавление таких кубических карбидов также увеличивает красную твердость инструмента, помогая избежать тепловой деформации инструмента в тяжелой резке или других операциях, где режущая кромка будет генерировать высокие температуры. Кроме того, карбид титана может предоставлять участки зарождения во время спекания, улучшая однородность кубического распределения карбида в заготовке.
Вообще говоря, диапазон твердости цементированных карбида сплавного типа сплавов составляет HRA91-94, а прочность поперечного перелома составляет 150-300Ksi. По сравнению с чистыми оценками, сплавные оценки имеют плохую устойчивость к износу и более низкую прочность, но имеют лучшую устойчивость к износу клея. Оценки сплава могут быть разделены на C5-C8 в системе класса C и могут быть классифицированы в соответствии с серией классов P и M в системе класса ISO. Оценки сплавов с промежуточными свойствами могут быть классифицированы как общие оценки (такие как C6 или P30) и могут использоваться для поворота, постукивания, планирования и фрезерования. Самые тяжелые оценки могут быть классифицированы как отдельные оценки (такие как C8 и P01) для завершения поворотных и скучных операций. Эти оценки обычно имеют меньшие размеры зерна и более низкое содержание кобальта, чтобы получить требуемую твердость и износ. Однако аналогичные свойства материала можно получить, добавив больше кубических карбидов. Оценки с самой высокой вязкостью могут быть классифицированы как грубые оценки (например, C5 или P50). Эти оценки обычно имеют средний размер зерна и высокое содержание кобальта, с низкими добавлениями кубических карбидов для достижения желаемой прочности путем ингибирования роста трещин. В прерываемых операциях поворота производительность резки может быть дополнительно улучшена с помощью вышеупомянутых кобальтовых сортов с более высоким содержанием кобальта на поверхности инструмента.
Сплавы с сплавами с более низким содержанием карбида титана используются для обработки из нержавеющей стали и зубчатого железа, но также могут использоваться для обработки необработанных металлов, таких как суперсплавы на основе никеля. Размер зерна этих классов обычно составляет менее 1 мкм, а содержание кобальта составляет 8%-12%. Более жесткие оценки, такие как M10, могут быть использованы для поворота железа; Более жесткие оценки, такие как M40, могут использоваться для измельчения и планирования стали, или для поворота нержавеющей стали или суперсплавы.
Цементированные карбидные оценки сплавного типа также могут использоваться для неметаллических целей резания, в основном для производства износостойких деталей. Размер частиц этих классов обычно составляет 1,2-2 мкм, а содержание кобальта составляет 7%-10%. При получении этих сортов обычно добавляется высокий процент переработанного сырья, что приводит к высокой экономической эффективности применения износов. Запасные детали требуют хорошей коррозионной устойчивости и высокой твердости, которые можно получить, добавив карбид никеля и хрома при получении этих сортов.
Чтобы удовлетворить технические и экономичные требования производителей инструментов, карбид порошок является ключевым элементом. Порошки, разработанные для обработчивого оборудования производителей инструментов и параметров процесса, обеспечивают производительность готовой заготовки и привели к сотням карбид. Вновь перерабатываемая природа карбидных материалов и возможность напрямую работать с поставщиками порошка позволяют производителям инструментов эффективно контролировать качество своего продукта и затраты на материалы.
Время сообщения: 18-2022 октября
