Çimentolu karbür (sert metal), yüksek erime noktalı metallerden (W, Mo, Ti, V, Ta, vb.) Karbürler, nitrürler, boridler veya silisitlerden oluşan alaşımlar için genel bir terimdir. Döküm ve sinterleme olmak üzere iki ana kategoriye ayrılmıştır. Dökme alaşım yüksek kırılganlığa ve düşük tokluğa sahiptir ve pratik uygulama değeri çok azdır. Genellikle tungsten karbür veya titanyum karbür ve kobalt tozundan sinterlenen ve yüksek sertlik, aşınma direnci ve sıcak sertliğe sahip olan sinterlenmiş alaşımlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Esas olarak sert malzemelerin yüksek hızlı kesilmesi ve işlenmesi için kullanılan, son yıllarda kalıp endüstrisinde karbür kullanımı da artmaktadır, bu nedenle sert alaşımlı ısıl işlemi tartışmak ve incelemek pratik bir öneme sahiptir.
1. Çimentolu Karbür Özellikleri
Karbür, refrakter metal sert bileşikten ve metal bağlama fazından toz metalurjisi yöntemi ile yapılır. Yaygın olarak kullanılan sert bileşikler karbürlerdir. Kesici takımlar, yaygın olarak kullanılan WC, TiC, TaC, NbC, vb.Için sert alaşım olarak bağlayıcı Co'dır ve çimentolu karbürün gücü esas olarak Co'nun içeriğine bağlıdır. Çünkü çimentolu karbürdeki karbür bir yüksek erime noktası (3140 ° C Ti C'nin erime noktası), yüksek sertlik (3200 HV TiC sertliği gibi), iyi bir kimyasal kararlılık ve iyi bir termal kararlılık, sertlik ve aşınma direnci yüksek. Cinsiyet ve kimyasal kararlılık, yüksek hızlı takım çeliklerinden çok daha yüksektir.
Yaygın olarak kullanılan çimentolu karbür sert faz esas olarak iyi aşınma direncine sahip WC'dir. Bazı karbürler WC ile benzer sertliğe sahip olsalar da, aynı aşınma direncine sahip değildirler. WC daha yüksek akma dayanımına (6000 MPa) sahiptir, bu nedenle plastik deformasyona daha dayanıklıdır. WC'nin ısı iletkenliği de iyidir ve termal iletkenlik, takımın önemli bir performans endeksidir. WC, çeliğin yaklaşık 1 / 3'ü kadar daha düşük bir termal genleşme katsayısına sahiptir; esneklik modülü çelikten 3 kat daha fazladır ve basınç dayanımı da çelikten daha yüksektir. Buna ek olarak, WC'nin oda sıcaklığında korozyon ve oksidasyona karşı iyi direnci, iyi elektrik direnci ve yüksek eğilme mukavemeti vardır.
Şekil 1 WC-Co alaşımının yarı denge diyagramı
2. ısıl işlem ve alaşım organizasyonu
Farklı C / W oranları 5% ila 35% WC olan WC-Co alaşımlarının bağlanma aşamaları üzerinde çalışılmıştır. Sonuçlar aşağıdaki gibi elde edilir: cooling-fazlı veya (γ + WC) fazlar yavaş soğutmada alaşımda üretilir; (Γ + η) fazları olduğunda. Bununla birlikte, (γ + η) fazı kararsız olduğundan, (γ + η) fazı tavlamadan sonra kararlı (γ + WC) faza dönüşecektir. Test sonuçlarına göre, Şekil l'de gösterilen yarı denge faz diyagramı çizilir (düz çizgi kararlı sistemin faz diyagramıdır ve kesik çizgi yarı kararlılığın η özelliklerini gösteren yerel faz diyagramıdır evre).
Tipik semente karbürün tavlanması (yavaş soğuma) esas olarak karbon içeriğine bağlıdır: C / W> 1 olduğunda, serbest karbon WC-Co faz sınırında çökelir; C / W <1 olduğunda, alaşımın mikroyapısı her iki durumda da: Biri üç fazlı bölgededir (WC + γ + η). Η fazının alaşım yavaşça soğutulduktan sonra ortaya çıkması kaçınılmazdır. Çimentolu fazda bu kadar büyük miktarda η fazı varsa, dallı kristal taneler ortaya çıkar ve küçük taneler düzensiz dağıtılır; η fazının büyük bir tane varsa, taneler uzun bir mesafe ile ayrılır, bu nedenle η fazının daha yüksek sıcaklıklar oluşmaya başladığı bilgisi vardır.
Diğer durumda, alaşım iki fazlı (WC + y) bölgesinde olduğunda, düşük karbonlu alaşım tavlandıktan sonra W alaşımı bağlama fazından Co3W olarak çöktürülecektir. Reaksiyon işlemi, aşağıdaki formül ile ifade edilebilir. Co Yüz merkezli kübik → Co Yüz merkezli kübik + Co3W Bu nedenle, bu düşük karbonlu iki fazlı WC-Co alaşımı tavlamadan sonra üç fazlı (WC + γ + CoW) bir yapıya dönüştürülecektir. Şekil 2, farklı tavlama sıcaklıklarında iki fazlı WC-Co alaşımları için W'nin çözünme eğrilerini göstermektedir. Eğri, üç fazlı (WC + γ + CoW) alaşımlara dönüştürülmüş iki fazlı alaşımlar için kritik sıcaklık eğrisidir: eğri sıcaklığının üstünde Tavlama iki fazlı bir mikroyapı alaşımıyla sonuçlanır; eğrinin altındaki sıcaklıklarda tavlama Co3W içeren üç fazlı bir yapı verir.
3. Isıl işlem sürecinin sertlik alaşımının mekanik özelliklerine etkisi
(1) Mukavemet Üzerine Etkisi WC, Co'daki farklı sıcaklıklarda farklı katı çözünürlüğe sahip olduğundan, katı faz sıcaklığı söndürme ve müteakip yaşlandırma ile bağlayıcı fazın çökelme sertleşmesi olasılığını sağlar. Söndürme, WC'nin çökelmesini ve Co'nun (Co yoğun altıgen, Co yüz merkezli kübik) homotropi geçişini inhibe edebilir. 40% kobalt içeren alaşımın mukavemetinin, söndürme işleminden sonra yaklaşık 10% arttırılabileceği, ancak söndürme işleminden sonra 10% kobalt içeren alaşımın mukavemetinin azaldığı bildirilmiştir. Mühendislikte yaygın olarak kullanılan çimentolu karbürlerde bulunan kobalt miktarının genellikle 10% ila 37% olduğu düşünüldüğünde, ısıl işlemin alaşım mukavemeti üzerindeki etkisi çok azdır. Bu yüzden birisi, söndürmenin W-Co alaşımları için gücü arttırmanın bir yolu olmadığını iddia etmeye cesaret etti. Tavlama ayrıca Tablo 1 ve 3'te gösterildiği gibi alaşımın mukavemetinde bir azalmaya neden olur. Tungsten karbürün özellikleri, Şekil 4'te gösterildiği gibi içerilen Co miktarına ve tanelerin kalınlığına göre değişir.
Şekil 2 WC-10%Co iki fazlı alaşımdaki tungstenin katı çözünürlük eğrisi
Şekil 3 800 ° C'de tavlamanın WC-10%Co içeriğinin eğilme dayanımı üzerindeki etkisi
Tablo 1 650 ° C'de tavlamanın WC-11% Co alaşımının eğilme dayanımı üzerindeki etkisi
(2) Sertlik Üzerindeki Etkisi WC-Co alaşımı yaşlandığında, Co3WCX ve Co3WCX yoğun doku fazında çökelir, bu nedenle alaşımın sertliği artar, ancak daha sonra Co3W'ye dönüştürüldüğünde alaşımın sertliği azalacaktır. H.Jonsson test verileri Şekil 5 ve Şekil 6'da gösterilmektedir. Isıl işlemden sonra Co3WCX'in varlığı, daha uzun ısıl işlem süresi ve bükülme mukavemetinin azaltılması göz önüne alındığında, alaşımın sertliğini biraz arttırsa da, çökelmenin Bağlayıcı fazın dağılmasını ve sertleşmesini sağlamak için Co3WCX fazının yeni sınıfların geliştirilmesi için etkili bir yöntem olmadığı. Başka bir yol bulunmalıdır. .
(3) Semente karbürün tipik ısıl işlemi, Tablo 2'de gösterilmiştir.
Tablo 2 sert alaşımın tipik ısıl işlem
Şekil 4 WC çimentolu karbürün özellikleri Co miktarına ve tane boyutuna göre değişir
Şekil 5 WC-Co alaşımlı bağlayıcı fazının sertlik ve eskime süresi arasındaki ilişki
Şekil 6 WC-Co alaşımının sertlik ve eskime süresi arasındaki ilişki
4. Sert alaşım kaplama
Sert alaşımın aşınma direncini daha da arttırmak için, TiC veya TiN gibi sert bir malzeme yüzeyinde buharla birikebilir. Kaplama malzemesi aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:
1 Düşük sıcaklıkta ve yüksek sıcaklıkta yüksek sertliğe sahip olmalıdır.
2 iyi kimyasal stabiliteye sahiptir.
3 geçirgenliği olmalı ve hava deliği olmamalıdır.
4 İşlenecek malzemenin sürtünme faktörü düşük olmalıdır.
5 Takım gövdesine sıkıca tutturmak. 6 Ekonomiktir ve üretimi kolaydır. Günümüz dünyasında, çimentolu karbür aynı zamanda kesici takımların ana malzemesidir. Kalıplar, ölçüm aletleri ve diğer alanlarda da uygulama payını genişletiyor.
Özetle, esas olarak aşağıdaki yönlerde kullanılır:
1 Sürekli kesimde tornalama.
2 Bıçak derinliğinde çok az değişiklikle profil tornalama.
3 düşük yoğunluklu aralıklı araçlar gerektirir.
4 Çelik veya gri dökme demirin yüksek hızlı yüzey frezelemesi.
Kaplamalı çimentolu karbürün avantajları çoktur ve aşağıdaki gibi özetlenmiştir:
1 Çok yönlülük.
2 iş parçası kesme yüzeyinin doğruluğunu artırabilir.
3 Aynı takım ömründe kesme hızı büyük ölçüde artırılır.
4 Aynı kesme hızında takım ömrü uzatılabilir.
(1) Kaplama malzemesi Yabancı üreticilerin çoğu kaplamalı kesici uçlar için TiC kaplama, ardından TiN kaplama kullanır. TiC-TiN kompozit kaplama ve Ti (C • N) katı çözelti kaplaması giderek arttı. Son yıllarda, birçok yeni kompozit kaplama da geliştirilmiştir.
TiC şu anda ideal bir kaplama malzemesidir, avantajları yüksek sıcaklık sertliği, yüksek mukavemet, iyi oksidasyon direnci ve krater aşınma direncidir; dezavantajı, termal genleşme katsayısının ve gövdenin daha büyük olması ve yan aşınma direncinin zayıf olmasıdır. TiC kaplamayla karşılaştırıldığında, TiN kaplamanın aşağıdaki avantajları vardır: kaplanmış bıçağın kesim sırasında bir krater oluşturma eğilimi düşüktür ve termal genleşme katsayısı substratınkine yakındır ve termal şoka karşı düşük hassasiyete sahiptir. ve bir tümör oluşturması muhtemel değildir. Anti-yan aşınma iyidir ve biriktirilmesi ve kontrolü kolaydır. Dezavantajı, substrata yapışmanın daha az katı olmasıdır. TiC-TiN kompozit kaplama ve Ti (C • N) katı çözelti kaplama, 1970'lerde geliştirilen yeni kaplamalardır ve üretimde başarıyla uygulanmıştır.
Kompozit kaplama sert kaplamanın gelecek vaat ediyor.
(2) Kaplama işlemi Yurtiçinde ve yurtdışında TiC kaplama kesici uçları üretimi için işlem ve ekipman benzerdir. Ortak özellik, işlemden geçirilmiş semente karbür insertlerin bir çöktürme reaksiyon bölmesine yerleştirilmesidir ve daha sonra H2, reaksiyon odasına TiCl4 ve metanı sokmak için bir taşıyıcı olarak kullanılır. Biriktirme reaksiyonu. Reaksiyon sıcaklığı kabaca yaklaşık 1000 ° C'de kontrol edilir. Isıtma yöntemi neredeyse her zaman aynı yüksek frekanslı indüksiyonlu ısıtmadır ve biriktirme basıncı çoğunlukla negatif basınçtır. Her ne kadar kaliteli bir kaplama normal basınç altında biriktirilebilse de, negatif basınç biriktirme kullanımı daha verimlidir ve kaplama daha homojen ve yoğundur. Özellikle biriktirme bıçaklarının sayısı fazla olduğunda, negatif basınç biriktirme kullanmanın avantajları özellikle önemlidir.
(3) Kaplama kalınlığı TiC kaplamanın kalınlığı yurtiçinde ve yurtdışında üretilen kaplama ekleri için genellikle 5 ~ 8μm'dir. TiN kaplamanın kalınlığı 8 ~ 12μm arasındadır. (4) Kaplama matrisi kaplama performansı matris bileşiminden büyük ölçüde etkilenir, kaplı bıçak matrisi aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır: 1 iyi tokluğa ve plastik deformasyona karşı dirence sahiptir. 2 yüksek sertliğe sahiptir. 3 Kimyasal bileşimi kaplama malzemesiyle eşleşmeli ve karşılıklı yapışma sağlam olmalıdır. Yüksek birikim sıcaklıklarında 4 hasar görmez. Genleşme katsayısı kaplama malzemesininkine benzer. 6 iyi bir ısı iletkenliğine sahiptir. Çelik malzemeleri işlerken WiC-TC-Co veya WC-TiC-TaC-Co alaşımları seçilmelidir; dökme demir veya demir dışı metalleri işlerken WC-Co alaşımları seçilmelidir. Farklı işleme malzemeleri, kaplama alaşım matrisinin gereksinimleri de farklıdır, yani kaplamanın da kişiselleştirilmesi gerektiği, herhangi bir ısıl işlem prosesi, etkinliklerini en üst düzeye çıkarmak için belirli koşullar altında olduğu sürece her derde deva değildir.
5. Çimentolu Karbürün Takım ve Kalıp Üretiminde Uygulanması
(1) Kesme aletleri alanında, çimentolu karbür, 800-1000 ° C'lik yüksek sıcaklıklarda bile mükemmel kesme performansını korur. Yüksek sıcaklıklarda hızlı kesim için uygundur ve ekonomik verimliliği artırmak için pratik öneme sahiptir. Bu nedenle, yavaş yavaş yüksek hızlı takım çeliklerinin yerini almaktadır. Aletler yapın. 2017 yılında, sadece tornalarda, planyalarda, delme bıçaklarında, üç bıçaklı kesiciler, kalıp kesiciler ve parmak frezelerde değil, aynı zamanda akıllı üretim ve endüstriyel 4.0'ın sürekli tanıtımı ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha geniş, geleceğe bakmak Takım malzemesi şüphesiz sert alaşımların dünyasıdır.
(2) Kalıplar alanında, çeşitli tel çekme kalıbı ve tel çekme kalıbı temel olarak çimentolu karbürden yapılır. Fermuar dişleri yapmak için aşamalı kalıp, büyük çaplı çekme kalıpları ve YG20C sert kalıpları yapmak için YG8 ve YG15 sert alaşımlarını kullanır. Çok konumlu progresif kalıp için alaşımlar. Manyetik olmayan mod genellikle YG15 ve YG20 çimentolu karbürden yapılır. YG8 azot iyon implante edilmiş tel çekme kalıbının hizmet ömrü iki kattan fazladır. Kısacası, çimentolu karbürün kalıplara uygulanması gittikçe yaygınlaşmaktadır. Ayrıca gage ve diğer alet endüstrilerinde kullanılır ve ayrıntılı olarak açıklanmayacaktır.
6. Sonuç
Sert alaşımın uygun ısıl işleminden sonra, biraz sertliği artırabilir, ancak daha uzun ısıl işlem süresini dikkate alarak ve bükülme mukavemetine zarar vererek, ısıl işlemin belirli bir özgüllük derecesi olmalıdır. Yüzey kaplaması, çimentolu karbür kullanımı için yeni yolu güçlendirir ve kaplama substratı, malzemesi, işlemi ve kalınlığı da kişiselleştirilmelidir.