ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับวัสดุเครื่องมือคาร์ไบด์

คาร์ไบด์เป็นวัสดุเครื่องมือตัดเฉือนความเร็วสูง (HSM) ประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งผลิตโดยกระบวนการโลหะวิทยาแบบผง และประกอบด้วยอนุภาคฮาร์ดคาร์ไบด์ (โดยปกติคือทังสเตนคาร์ไบด์ WC) และองค์ประกอบพันธะโลหะที่อ่อนกว่า ปัจจุบัน มีซีเมนต์คาร์ไบด์ที่ใช้ WC หลายร้อยชนิดซึ่งมีองค์ประกอบที่แตกต่างกัน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้โคบอลต์ (Co) เป็นสารยึดเกาะ นิกเกิล (Ni) และโครเมียม (Cr) ก็เป็นองค์ประกอบของสารยึดเกาะที่ใช้กันทั่วไปเช่นกัน และยังสามารถเติมองค์ประกอบอื่นๆ ได้อีกด้วย . องค์ประกอบการผสมบางอย่าง ทำไมเกรดคาร์ไบด์ถึงมีมากมาย? ผู้ผลิตเครื่องมือจะเลือกวัสดุเครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับการตัดเฉพาะด้านได้อย่างไร เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ ก่อนอื่นเรามาดูคุณสมบัติต่างๆ ที่ทำให้ซีเมนต์คาร์ไบด์เป็นวัสดุเครื่องมือในอุดมคติกันก่อน

ความแข็งและความเหนียว

ซีเมนต์คาร์ไบด์ WC-Co มีข้อดีเฉพาะตัวทั้งในด้านความแข็งและความเหนียว ทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) มีความแข็งมากโดยธรรมชาติ (มากกว่าคอรันดัมหรืออลูมินา) และความแข็งของมันแทบจะไม่ลดลงเมื่ออุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังขาดความเหนียวเพียงพอ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับเครื่องมือตัด เพื่อใช้ประโยชน์จากความแข็งสูงของทังสเตนคาร์ไบด์และปรับปรุงความเหนียว ผู้คนจึงใช้พันธะโลหะเพื่อยึดเหนี่ยวทังสเตนคาร์ไบด์เข้าด้วยกัน เพื่อให้วัสดุนี้มีความแข็งสูงกว่าเหล็กความเร็วสูงมาก ในขณะที่สามารถทนทานต่อการตัดส่วนใหญ่ได้ การดำเนินงาน แรงตัด นอกจากนี้ยังสามารถทนต่ออุณหภูมิการตัดสูงที่เกิดจากการตัดเฉือนด้วยความเร็วสูงได้อีกด้วย

ปัจจุบัน มีดและเม็ดมีดของ WC-Co เกือบทั้งหมดได้รับการเคลือบ ดังนั้นบทบาทของวัสดุฐานจึงดูมีความสำคัญน้อยลง แต่ในความเป็นจริงแล้ว วัสดุ WC-Co เป็นโมดูลัสยืดหยุ่นสูง (หน่วยวัดความแข็ง ซึ่งมีค่าประมาณสามเท่าของเหล็กความเร็วสูงที่อุณหภูมิห้อง) ที่ให้สารตั้งต้นที่ไม่เปลี่ยนรูปสำหรับการเคลือบ เมทริกซ์ WC-Co ยังให้ความเหนียวตามที่ต้องการอีกด้วย คุณสมบัติเหล่านี้เป็นคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุ WC-Co แต่คุณสมบัติของวัสดุยังสามารถปรับแต่งได้โดยการปรับองค์ประกอบของวัสดุและโครงสร้างจุลภาคเมื่อผลิตผงซีเมนต์คาร์ไบด์ ดังนั้นความเหมาะสมของประสิทธิภาพของเครื่องมือกับการตัดเฉือนเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการกัดเริ่มแรกเป็นส่วนใหญ่

กระบวนการกัด

ผงทังสเตนคาร์ไบด์ได้มาจากผงทังสเตนคาร์บูไรซิ่ง (W) ลักษณะของผงทังสเตนคาร์ไบด์ (โดยเฉพาะขนาดอนุภาค) ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของผงทังสเตนวัตถุดิบและอุณหภูมิและเวลาในการคาร์บูไรเซชัน การควบคุมสารเคมีก็มีความสำคัญเช่นกัน และต้องรักษาปริมาณคาร์บอนให้คงที่ (ใกล้เคียงกับค่าปริมาณสัมพันธ์ที่ 6.13% โดยน้ำหนัก) อาจเติมวานาเดียมและ/หรือโครเมียมจำนวนเล็กน้อยก่อนการบำบัดด้วยคาร์บูไรซิ่ง เพื่อควบคุมขนาดอนุภาคของผงผ่านกระบวนการที่ตามมา สภาวะกระบวนการปลายน้ำที่แตกต่างกันและการใช้งานขั้นสุดท้ายที่แตกต่างกันจำเป็นต้องใช้ขนาดอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ ปริมาณคาร์บอน ปริมาณวาเนเดียม และปริมาณโครเมียมร่วมกัน ซึ่งสามารถผลิตผงทังสเตนคาร์ไบด์ชนิดต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น ATI Alldyne ผู้ผลิตผงทังสเตนคาร์ไบด์ ผลิตผงทังสเตนคาร์ไบด์เกรดมาตรฐาน 23 เกรด และผงทังสเตนคาร์ไบด์หลากหลายแบบที่ปรับแต่งตามความต้องการของผู้ใช้สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 5 เท่าของเกรดมาตรฐานของผงทังสเตนคาร์ไบด์

เมื่อผสมและบดผงทังสเตนคาร์ไบด์และพันธะโลหะเพื่อผลิตผงซีเมนต์คาร์ไบด์เกรดหนึ่ง สามารถใช้การผสมต่างๆ ได้ ปริมาณโคบอลต์ที่ใช้กันมากที่สุดคือ 3% – 25% (อัตราส่วนน้ำหนัก) และในกรณีที่จำเป็นต้องเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเครื่องมือ จำเป็นต้องเติมนิกเกิลและโครเมียม นอกจากนี้ พันธะโลหะสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้อีกโดยการเพิ่มส่วนประกอบโลหะผสมอื่นๆ ตัวอย่างเช่น การเติมรูทีเนียมลงในซีเมนต์คาร์ไบด์ WC-Co สามารถปรับปรุงความเหนียวได้อย่างมากโดยไม่ลดความแข็งลง การเพิ่มปริมาณสารยึดเกาะยังสามารถปรับปรุงความเหนียวของซีเมนต์คาร์ไบด์ แต่จะลดความแข็งลง

การลดขนาดของอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์สามารถเพิ่มความแข็งของวัสดุได้ แต่ขนาดอนุภาคของทังสเตนคาร์ไบด์จะต้องยังคงเท่าเดิมในระหว่างกระบวนการเผาผนึก ในระหว่างการเผาผนึก อนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์จะรวมตัวกันและเติบโตผ่านกระบวนการละลายและการตกตะกอน ในกระบวนการเผาผนึกจริง เพื่อสร้างวัสดุที่มีความหนาแน่นเต็มที่ พันธะโลหะจะกลายเป็นของเหลว (เรียกว่าการเผาผนึกเฟสของเหลว) อัตราการเติบโตของอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์สามารถควบคุมได้โดยการเติมคาร์ไบด์โลหะทรานซิชันอื่นๆ รวมถึงวานาเดียมคาร์ไบด์ (VC) โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr3C2) ไทเทเนียมคาร์ไบด์ (TiC) แทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC) และไนโอเบียมคาร์ไบด์ (NbC) โลหะคาร์ไบด์เหล่านี้มักจะถูกเติมเข้าไปเมื่อมีการผสมผงทังสเตนคาร์ไบด์และบดด้วยพันธะโลหะ แม้ว่าวาเนเดียมคาร์ไบด์และโครเมียมคาร์ไบด์ก็สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อผงทังสเตนคาร์ไบด์ถูกคาร์บูไรซ์

ผงทังสเตนคาร์ไบด์สามารถผลิตได้โดยใช้วัสดุซีเมนต์คาร์ไบด์ขยะรีไซเคิล การรีไซเคิลและการนำเศษคาร์ไบด์กลับมาใช้ใหม่มีประวัติอันยาวนานในอุตสาหกรรมซีเมนต์คาร์ไบด์ และเป็นส่วนสำคัญของห่วงโซ่เศรษฐกิจทั้งหมดของอุตสาหกรรม ซึ่งช่วยลดต้นทุนวัสดุ ประหยัดทรัพยากรธรรมชาติ และหลีกเลี่ยงวัสดุเหลือทิ้ง การกำจัดที่เป็นอันตราย เศษซีเมนต์คาร์ไบด์โดยทั่วไปสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยกระบวนการ APT (แอมโมเนียม paratungstate) กระบวนการนำสังกะสีกลับคืนมา หรือโดยการบด ผงทังสเตนคาร์ไบด์ที่ "รีไซเคิล" เหล่านี้โดยทั่วไปมีความหนาแน่นที่ดีกว่าและคาดเดาได้ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวน้อยกว่าผงทังสเตนคาร์ไบด์ที่ผลิตโดยตรงผ่านกระบวนการคาร์บูไรซิ่งของทังสเตน

สภาวะการประมวลผลของการบดแบบผสมของผงทังสเตนคาร์ไบด์และพันธะโลหะก็เป็นพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญเช่นกัน เทคนิคการกัดที่ใช้บ่อยที่สุดสองเทคนิคคือการกัดลูกบอลและการกัดไมโคร กระบวนการทั้งสองช่วยให้สามารถผสมผงที่บดได้สม่ำเสมอและลดขนาดอนุภาค เพื่อให้ชิ้นงานที่กดในภายหลังมีความแข็งแรงเพียงพอ รักษารูปร่างของชิ้นงาน และทำให้ผู้ปฏิบัติงานหรือผู้ควบคุมหยิบชิ้นงานเพื่อดำเนินการได้ โดยปกติจำเป็นต้องเพิ่มสารยึดเกาะอินทรีย์ในระหว่างการเจียร องค์ประกอบทางเคมีของพันธะนี้อาจส่งผลต่อความหนาแน่นและความแข็งแรงของชิ้นงานอัดขึ้นรูป เพื่ออำนวยความสะดวกในการจัดการ ขอแนะนำให้เพิ่มสารยึดเกาะที่มีความแข็งแรงสูง แต่จะส่งผลให้ความหนาแน่นของการบดอัดลดลง และอาจทำให้เกิดก้อนที่อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้

หลังจากการโม่ ผงมักจะถูกพ่นแห้งเพื่อผลิตมวลรวมที่ไหลอย่างอิสระซึ่งยึดไว้ด้วยกันโดยสารยึดเกาะอินทรีย์ โดยการปรับองค์ประกอบของสารยึดเกาะอินทรีย์ ความสามารถในการไหลและความหนาแน่นประจุของการจับกลุ่มเหล่านี้สามารถปรับให้เหมาะสมได้ตามต้องการ ด้วยการคัดกรองอนุภาคหยาบหรือละเอียดกว่า การกระจายขนาดอนุภาคของการจับกลุ่มสามารถปรับแต่งเพิ่มเติมได้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการไหลที่ดีเมื่อบรรจุเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์

การผลิตชิ้นงาน

ชิ้นงานคาร์ไบด์สามารถขึ้นรูปได้ด้วยวิธีกระบวนการที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นงาน ระดับความซับซ้อนของรูปทรง และชุดการผลิต เม็ดมีดตัดส่วนใหญ่จะถูกขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แข็งที่มีแรงดันด้านบนและด้านล่าง เพื่อรักษาความสม่ำเสมอของน้ำหนักและขนาดของชิ้นงานในระหว่างการกดแต่ละครั้ง จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าปริมาณของผง (มวลและปริมาตร) ที่ไหลเข้าไปในคาวิตี้เท่ากันทุกประการ ความสามารถในการไหลของผงส่วนใหญ่จะถูกควบคุมโดยการกระจายขนาดของมวลรวมและคุณสมบัติของสารยึดเกาะอินทรีย์ ชิ้นงานขึ้นรูป (หรือ "ช่องว่าง") ถูกสร้างขึ้นโดยการใช้แรงดันในการขึ้นรูป 10-80 ksi (กิโลกรัมปอนด์ต่อตารางฟุต) กับผงที่ใส่เข้าไปในโพรงแม่พิมพ์

แม้ภายใต้แรงกดดันในการขึ้นรูปที่สูงมาก อนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ที่แข็งจะไม่เปลี่ยนรูปหรือแตกหัก แต่สารยึดเกาะอินทรีย์จะถูกกดลงในช่องว่างระหว่างอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ ดังนั้นจึงกำหนดตำแหน่งของอนุภาค ยิ่งความดันสูงเท่าไร การยึดเกาะของอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ก็จะยิ่งแน่นขึ้น และความหนาแน่นของการบดอัดของชิ้นงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติการขึ้นรูปของเกรดของผงซีเมนต์คาร์ไบด์อาจแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับเนื้อหาของสารยึดเกาะโลหะ ขนาดและรูปร่างของอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ ระดับของการรวมตัวกัน และองค์ประกอบและการเติมสารยึดเกาะอินทรีย์ เพื่อให้ข้อมูลเชิงปริมาณเกี่ยวกับคุณสมบัติการบดอัดของเกรดของผงซีเมนต์คาร์ไบด์ ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของการขึ้นรูปและแรงกดในการขึ้นรูปมักจะได้รับการออกแบบและสร้างโดยผู้ผลิตผง ข้อมูลนี้ช่วยให้แน่ใจว่าผงที่ให้มานั้นเข้ากันได้กับกระบวนการขึ้นรูปของผู้ผลิตเครื่องมือ

ชิ้นงานคาร์ไบด์ขนาดใหญ่หรือชิ้นงานคาร์ไบด์ที่มีอัตราส่วนกว้างยาวสูง (เช่น ด้ามสำหรับดอกเอ็นมิลล์และดอกสว่าน) โดยทั่วไปแล้วจะผลิตจากผงคาร์ไบด์เกรดอัดสม่ำเสมอในถุงที่มีความยืดหยุ่น แม้ว่าวงจรการผลิตของวิธีการกดแบบสมดุลจะยาวนานกว่าวิธีการขึ้นรูป แต่ต้นทุนการผลิตของเครื่องมือก็ต่ำกว่า ดังนั้นวิธีนี้จึงเหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณน้อย

วิธีกระบวนการนี้คือการใส่ผงลงในถุง และปิดผนึกปากถุง จากนั้นใส่ถุงที่เต็มไปด้วยผงในห้อง และใช้แรงดัน 30-60ksi ผ่านอุปกรณ์ไฮดรอลิกเพื่อกด ชิ้นงานอัดมักจะถูกตัดเฉือนตามรูปทรงเฉพาะก่อนการเผาผนึก ขนาดของกระสอบจะขยายใหญ่ขึ้นเพื่อรองรับการหดตัวของชิ้นงานในระหว่างการบดอัด และเพื่อให้ระยะขอบเพียงพอสำหรับการเจียร เนื่องจากชิ้นงานจำเป็นต้องได้รับการประมวลผลหลังจากการกด ข้อกำหนดสำหรับความสม่ำเสมอในการชาร์จจึงไม่เข้มงวดเท่ากับวิธีการขึ้นรูป แต่ก็ยังต้องการให้แน่ใจว่ามีการใส่ผงในปริมาณเท่ากันลงในถุงในแต่ละครั้ง หากความหนาแน่นในการชาร์จของผงน้อยเกินไปอาจทำให้ผงในถุงไม่เพียงพอส่งผลให้ชิ้นงานมีขนาดเล็กเกินไปและต้องถูกทิ้ง หากความหนาแน่นในการโหลดของผงสูงเกินไป และผงที่ใส่ลงในถุงมากเกินไป ชิ้นงานจะต้องได้รับการประมวลผลเพื่อเอาผงออกมากขึ้นหลังจากกดแล้ว แม้ว่าผงส่วนเกินที่ถูกเอาออกและชิ้นงานที่เป็นเศษสามารถรีไซเคิลได้ แต่การทำเช่นนี้จะลดประสิทธิภาพการผลิต

ชิ้นงานคาร์ไบด์สามารถขึ้นรูปได้โดยใช้แม่พิมพ์อัดขึ้นรูปหรือแม่พิมพ์ฉีด กระบวนการขึ้นรูปแบบอัดขึ้นรูปเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นงานรูปร่างแกนสมมาตรเป็นจำนวนมาก ในขณะที่กระบวนการฉีดขึ้นรูปมักจะใช้สำหรับการผลิตชิ้นงานรูปร่างที่ซับซ้อนเป็นจำนวนมาก ในกระบวนการขึ้นรูปทั้งสอง เกรดของผงซีเมนต์คาร์ไบด์จะถูกแขวนไว้ในสารยึดเกาะอินทรีย์ที่ให้ส่วนผสมของซีเมนต์คาร์ไบด์มีความคงตัวเหมือนยาสีฟัน จากนั้นสารประกอบจะถูกอัดผ่านรูหรือฉีดเข้าไปในโพรงเพื่อสร้างรูปร่าง ลักษณะของเกรดของผงซีเมนต์คาร์ไบด์จะเป็นตัวกำหนดอัตราส่วนที่เหมาะสมของผงต่อสารยึดเกาะในส่วนผสม และมีอิทธิพลสำคัญต่อความสามารถในการไหลของส่วนผสมผ่านรูอัดขึ้นรูปหรือการฉีดเข้าไปในคาวิตี้

หลังจากที่ชิ้นงานถูกสร้างขึ้นโดยการขึ้นรูป การกดแบบคงที่ การอัดขึ้นรูป หรือการฉีดขึ้นรูป จะต้องถอดสารยึดเกาะอินทรีย์ออกจากชิ้นงานก่อนถึงขั้นตอนการเผาผนึกขั้นสุดท้าย การเผาผนึกจะขจัดความพรุนออกจากชิ้นงาน ทำให้ชิ้นงานมีความหนาแน่นเต็มที่ (หรือมาก) ในระหว่างการเผาผนึก พันธะโลหะในชิ้นงานที่ขึ้นรูปด้วยการกดจะกลายเป็นของเหลว แต่ชิ้นงานจะคงรูปร่างไว้ภายใต้การกระทำร่วมกันของแรงคาปิลลารีและการเชื่อมโยงของอนุภาค

หลังจากการเผาผนึก รูปทรงของชิ้นงานจะยังคงเหมือนเดิม แต่ขนาดจะลดลง เพื่อให้ได้ขนาดชิ้นงานที่ต้องการหลังจากการเผาผนึก จะต้องพิจารณาอัตราการหดตัวเมื่อออกแบบเครื่องมือ เกรดของผงคาร์ไบด์ที่ใช้ทำเครื่องมือแต่ละชิ้นต้องได้รับการออกแบบให้มีการหดตัวที่ถูกต้องเมื่อบดอัดด้วยแรงดันที่เหมาะสม

ในเกือบทุกกรณี จำเป็นต้องมีการบำบัดหลังการเผาผนึกชิ้นงานที่มีการเผาผนึก การรักษาเครื่องมือตัดขั้นพื้นฐานที่สุดคือการลับคมตัด เครื่องมือจำนวนมากจำเป็นต้องเจียรรูปทรงและขนาดหลังจากการเผาผนึก เครื่องมือบางอย่างจำเป็นต้องมีการเจียรด้านบนและด้านล่าง ส่วนอื่นๆ ต้องใช้การเจียรบริเวณขอบ (ไม่ว่าจะมีหรือไม่มีการลับคมตัดก็ตาม) เศษคาร์ไบด์ทั้งหมดจากการเจียรสามารถรีไซเคิลได้

การเคลือบชิ้นงาน

ในหลายกรณี ชิ้นงานที่เสร็จแล้วจำเป็นต้องได้รับการเคลือบ การเคลือบให้การหล่อลื่นและเพิ่มความแข็ง เช่นเดียวกับอุปสรรคการแพร่กระจายไปยังซับสเตรต ป้องกันการเกิดออกซิเดชันเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูง สารตั้งต้นซีเมนต์คาร์ไบด์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพของสารเคลือบ นอกเหนือจากการปรับแต่งคุณสมบัติหลักของผงเมทริกซ์แล้ว ยังสามารถปรับแต่งคุณสมบัติพื้นผิวของเมทริกซ์ได้โดยการเลือกทางเคมีและการเปลี่ยนวิธีการเผาผนึก ผ่านการโยกย้ายของโคบอลต์ สามารถเพิ่มโคบอลต์ได้มากขึ้นในชั้นนอกสุดของพื้นผิวใบมีดภายในความหนา 20-30 μm เมื่อเทียบกับส่วนที่เหลือของชิ้นงาน จึงทำให้พื้นผิวของซับสเตรตมีความแข็งแรงและความเหนียวดีขึ้น ทำให้มีมากขึ้น ทนต่อการเสียรูป

ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตของตนเอง (เช่น วิธีการล้างขี้ผึ้ง อัตราการให้ความร้อน เวลาเผาผนึก อุณหภูมิ และแรงดันคาร์บูไรซิ่ง) ผู้ผลิตเครื่องมืออาจมีข้อกำหนดพิเศษสำหรับเกรดของผงซีเมนต์คาร์ไบด์ที่ใช้ ผู้ผลิตเครื่องมือบางรายอาจเผาชิ้นงานในเตาสุญญากาศ ในขณะที่บางรายอาจใช้เตาเผาผนึกแบบกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) (ซึ่งจะเพิ่มแรงดันชิ้นงานเมื่อใกล้สิ้นสุดรอบกระบวนการเพื่อขจัดสิ่งตกค้าง) ในรูพรุน) ชิ้นงานที่ถูกเผาในเตาสุญญากาศอาจต้องถูกกดด้วยไอโซสแตติกด้วยความร้อนผ่านกระบวนการเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของชิ้นงาน ผู้ผลิตเครื่องมือบางรายอาจใช้อุณหภูมิการเผาผนึกสุญญากาศที่สูงขึ้นเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของการเผาผนึกของส่วนผสมที่มีปริมาณโคบอลต์ต่ำ แต่วิธีการนี้อาจทำให้โครงสร้างจุลภาคของพวกมันหยาบลง เพื่อรักษาขนาดเกรนที่ละเอียด สามารถเลือกผงที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่าของทังสเตนคาร์ไบด์ได้ เพื่อให้สอดคล้องกับอุปกรณ์การผลิตเฉพาะ สภาวะการดีแว็กซ์และแรงดันคาร์บูไรซิ่ง จึงมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับปริมาณคาร์บอนในผงซีเมนต์คาร์ไบด์

การจำแนกเกรด

การเปลี่ยนแปลงการรวมกันของผงทังสเตนคาร์ไบด์ประเภทต่างๆ องค์ประกอบของส่วนผสมและปริมาณสารยึดเกาะโลหะ ประเภทและปริมาณของตัวยับยั้งการเจริญเติบโตของเมล็ดข้าว ฯลฯ ทำให้เกิดเกรดซีเมนต์คาร์ไบด์ที่หลากหลาย พารามิเตอร์เหล่านี้จะกำหนดโครงสร้างจุลภาคของซีเมนต์คาร์ไบด์และคุณสมบัติของมัน การผสมผสานคุณสมบัติเฉพาะบางอย่างกลายมาเป็นประเด็นสำคัญสำหรับการใช้งานในการประมวลผลเฉพาะบางประเภท ทำให้การจำแนกเกรดซีเมนต์คาร์ไบด์ต่างๆ มีความสำคัญ

ระบบการจำแนกประเภทคาร์ไบด์ที่ใช้กันมากที่สุดสองระบบสำหรับงานตัดเฉือนคือระบบการกำหนด C และระบบการกำหนด ISO แม้ว่าจะไม่มีระบบใดที่สะท้อนถึงคุณสมบัติของวัสดุที่มีอิทธิพลต่อการเลือกเกรดซีเมนต์คาร์ไบด์ได้ครบถ้วน แต่ก็ถือเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการอภิปราย สำหรับการจำแนกแต่ละประเภท ผู้ผลิตหลายรายมีเกรดพิเศษของตนเอง ส่งผลให้มีเกรดคาร์ไบด์ที่หลากหลาย

เกรดคาร์ไบด์สามารถจำแนกตามองค์ประกอบได้ เกรดทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) สามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภทพื้นฐาน: แบบเรียบง่าย ไมโครคริสตัลไลน์ และอัลลอยด์ เกรด Simplex ประกอบด้วยทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโคบอลต์เป็นหลัก แต่อาจมีสารยับยั้งการเจริญเติบโตของเกรนจำนวนเล็กน้อย เกรดไมโครคริสตัลไลน์ประกอบด้วยทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโคบอลต์ที่เติมด้วยวาเนเดียมคาร์ไบด์ (VC) และ (หรือ) โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr3C2) หลายพันส่วน และขนาดเกรนของมันสามารถสูงถึง 1 μm หรือน้อยกว่า เกรดโลหะผสมประกอบด้วยทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโคบอลต์ที่มีไททาเนียมคาร์ไบด์ (TiC) อยู่สองสามเปอร์เซ็นต์ แทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC) และไนโอเบียมคาร์ไบด์ (NbC) การเติมเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าลูกบาศก์คาร์ไบด์เนื่องจากมีคุณสมบัติในการเผาผนึก โครงสร้างจุลภาคที่เกิดขึ้นจะแสดงโครงสร้างสามเฟสที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

1) เกรดคาร์ไบด์ธรรมดา

เกรดสำหรับการตัดโลหะเหล่านี้มักจะมีโคบอลต์ 3% ถึง 12% (โดยน้ำหนัก) ช่วงขนาดของเมล็ดทังสเตนคาร์ไบด์มักจะอยู่ระหว่าง 1-8 μm เช่นเดียวกับเกรดอื่นๆ การลดขนาดอนุภาคของทังสเตนคาร์ไบด์จะเพิ่มความแข็งและความต้านการแตกร้าวตามขวาง (TRS) แต่ลดความเหนียวลง ความแข็งของชนิดบริสุทธิ์มักจะอยู่ระหว่าง HRA89-93.5; ความแข็งแรงของการแตกตามขวางมักจะอยู่ระหว่าง 175-350ksi ผงของเกรดเหล่านี้อาจมีวัสดุรีไซเคิลจำนวนมาก

เกรดแบบธรรมดาสามารถแบ่งออกเป็น C1-C4 ในระบบเกรด C และสามารถจำแนกตามซีรีส์เกรด K, N, S และ H ในระบบเกรด ISO เกรด Simplex ที่มีคุณสมบัติขั้นกลางสามารถจัดเป็นเกรดสำหรับงานทั่วไปได้ (เช่น C2 หรือ K20) และสามารถใช้ในการกลึง การกัด การไส และคว้านได้ เกรดที่มีเกรนเล็กกว่าหรือมีปริมาณโคบอลต์ต่ำกว่าและมีความแข็งสูงกว่าสามารถจัดเป็นเกรดการเก็บผิวละเอียดได้ (เช่น C4 หรือ K01) เกรดที่มีขนาดเกรนใหญ่ขึ้นหรือมีปริมาณโคบอลต์สูงกว่าและความเหนียวที่ดีกว่าสามารถจัดเป็นเกรดหยาบได้ (เช่น C1 หรือ K30)

เครื่องมือที่ผลิตในเกรด Simplex สามารถใช้กับการตัดเฉือนเหล็กหล่อ เหล็กสเตนเลสซีรีส์ 200 และ 300 อลูมิเนียมและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กอื่นๆ ซูเปอร์อัลลอย และเหล็กชุบแข็ง เกรดเหล่านี้ยังสามารถนำไปใช้ในงานตัดที่ไม่ใช่โลหะได้ (เช่น เครื่องมือเจาะหินและธรณีวิทยา) และเกรดเหล่านี้มีช่วงขนาดเกรน 1.5-10μm (หรือใหญ่กว่า) และมีปริมาณโคบอลต์ 6%-16% การใช้เกรดคาร์ไบด์อย่างง่ายในการตัดที่ไม่ใช่โลหะอีกประการหนึ่งคือการผลิตแม่พิมพ์และการเจาะ โดยทั่วไปเกรดเหล่านี้จะมีขนาดเกรนปานกลางและมีโคบอลต์อยู่ที่ 16%-30%

(2) เกรดซีเมนต์คาร์ไบด์ไมโครคริสตัลไลน์

เกรดดังกล่าวมักจะมีโคบอลต์ 6%-15% ในระหว่างการเผาผนึกในเฟสของเหลว การเติมวาเนเดียมคาร์ไบด์และ/หรือโครเมียมคาร์ไบด์สามารถควบคุมการเจริญเติบโตของเกรนเพื่อให้ได้โครงสร้างเกรนละเอียดที่มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 μm เกรดเนื้อละเอียดนี้มีความแข็งสูงมากและมีความแข็งแรงในการแตกร้าวตามขวางมากกว่า 500ksi การผสมผสานระหว่างความแข็งแรงสูงและความเหนียวที่เพียงพอทำให้เกรดเหล่านี้ใช้มุมคายเชิงบวกที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งช่วยลดแรงตัดและสร้างเศษที่บางลงโดยการตัดแทนที่จะดันวัสดุโลหะ

ด้วยการระบุคุณภาพอย่างเข้มงวดของวัตถุดิบต่างๆ ในการผลิตเกรดของผงซีเมนต์คาร์ไบด์ และการควบคุมสภาวะกระบวนการเผาอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันการก่อตัวของเมล็ดที่มีขนาดใหญ่ผิดปกติในโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับคุณสมบัติของวัสดุที่เหมาะสม เพื่อให้เมล็ดข้าวมีขนาดเล็กและสม่ำเสมอ ควรใช้ผงรีไซเคิลที่รีไซเคิลเฉพาะในกรณีที่มีการควบคุมวัตถุดิบและกระบวนการนำกลับคืนอย่างสมบูรณ์ และการทดสอบคุณภาพที่ครอบคลุม

เกรดไมโครคริสตัลไลน์สามารถจำแนกตามซีรีส์เกรด M ในระบบเกรด ISO นอกจากนี้ วิธีการจำแนกประเภทอื่นๆ ในระบบเกรด C และระบบเกรด ISO ก็เหมือนกับเกรดบริสุทธิ์ เกรดไมโครคริสตัลไลน์สามารถนำมาใช้สร้างเครื่องมือที่ตัดวัสดุชิ้นงานที่อ่อนกว่าได้ เนื่องจากพื้นผิวของเครื่องมือสามารถตัดเฉือนได้เรียบมากและสามารถรักษาคมตัดที่คมมากได้

เกรดไมโครคริสตัลไลน์ยังสามารถนำไปใช้กับการตัดเฉือนซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักได้ เนื่องจากสามารถทนต่ออุณหภูมิในการตัดได้สูงถึง 1200°C สำหรับการแปรรูปซูเปอร์อัลลอยและวัสดุพิเศษอื่นๆ การใช้เครื่องมือเกรดไมโครคริสตัลไลน์และเครื่องมือเกรดบริสุทธิ์ที่มีรูทีเนียมสามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการเสียรูป และความเหนียวได้ไปพร้อมๆ กัน เกรดไมโครคริสตัลไลน์ยังเหมาะสำหรับการผลิตเครื่องมือแบบหมุน เช่น ดอกสว่านที่ทำให้เกิดความเค้นเฉือน มีดอกสว่านทำจากซีเมนต์คาร์ไบด์เกรดคอมโพสิต ในส่วนเฉพาะของดอกสว่านเดียวกัน ปริมาณโคบอลต์ในวัสดุจะแตกต่างกันไป ดังนั้นความแข็งและความเหนียวของดอกสว่านจึงได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมตามความต้องการในการประมวลผล

(3) เกรดซีเมนต์คาร์ไบด์ชนิดโลหะผสม

เกรดเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการตัดชิ้นส่วนเหล็ก และมีปริมาณโคบอลต์อยู่ที่ 5%-10% และขนาดเกรนอยู่ระหว่าง 0.8-2μm ด้วยการเติมไทเทเนียมคาร์ไบด์ (TiC) 4%-25% แนวโน้มของทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) ที่จะแพร่กระจายไปยังพื้นผิวของเศษเหล็กจะลดลง สามารถปรับปรุงความแข็งแรงของเครื่องมือ ความต้านทานการสึกหรอเป็นหลุม และความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ โดยการเพิ่มแทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC) และไนโอเบียมคาร์ไบด์ (NbC) สูงสุดถึง 25% การเติมลูกบาศก์คาร์ไบด์ดังกล่าวยังเพิ่มความแข็งสีแดงของเครื่องมือ ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงการเสียรูปเนื่องจากความร้อนของเครื่องมือในการตัดหนักหรือการทำงานอื่น ๆ ที่คมตัดจะสร้างอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ไททาเนียม คาร์ไบด์ยังทำให้เกิดจุดเกิดนิวเคลียสในระหว่างการเผาผนึก ซึ่งช่วยปรับปรุงการกระจายตัวของคิวบิกคาร์ไบด์ในชิ้นงานให้สม่ำเสมอยิ่งขึ้น

โดยทั่วไป ช่วงความแข็งของเกรดซีเมนต์คาร์ไบด์ประเภทอัลลอยด์คือ HRA91-94 และความต้านทานการแตกหักตามขวางอยู่ที่ 150-300ksi เมื่อเปรียบเทียบกับเกรดบริสุทธิ์ เกรดโลหะผสมมีความต้านทานการสึกหรอต่ำและมีความแข็งแรงต่ำกว่า แต่มีความต้านทานต่อการสึกหรอของกาวได้ดีกว่า เกรดโลหะผสมสามารถแบ่งออกเป็น C5-C8 ในระบบเกรด C และสามารถจำแนกตามซีรีส์เกรด P และ M ในระบบเกรด ISO เกรดโลหะผสมที่มีคุณสมบัติขั้นกลางสามารถจัดเป็นเกรดสำหรับงานทั่วไปได้ (เช่น C6 หรือ P30) และสามารถใช้ในการกลึง การต๊าป การไส และการกัดได้ เกรดที่แข็งที่สุดสามารถจัดเป็นเกรดการเก็บผิวละเอียด (เช่น C8 และ P01) สำหรับการกลึงเก็บผิวละเอียดและการคว้าน โดยทั่วไปเกรดเหล่านี้จะมีขนาดเม็ดเล็กกว่าและมีปริมาณโคบอลต์ต่ำกว่าเพื่อให้ได้ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอตามที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม สามารถรับคุณสมบัติของวัสดุที่คล้ายกันได้โดยการเติมลูกบาศก์คาร์ไบด์เพิ่มเติม เกรดที่มีความเหนียวสูงสุดสามารถจัดเป็นเกรดหยาบได้ (เช่น C5 หรือ P50) โดยทั่วไปเกรดเหล่านี้จะมีขนาดเกรนปานกลางและมีปริมาณโคบอลต์สูง โดยมีการเติมคิวบิกคาร์ไบด์ต่ำเพื่อให้ได้ความเหนียวที่ต้องการโดยยับยั้งการเติบโตของรอยแตกร้าว ในการกลึงกระแทก สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดเพิ่มเติมได้โดยใช้เกรดที่มีโคบอลต์เข้มข้นดังที่กล่าวข้างต้นซึ่งมีปริมาณโคบอลต์สูงกว่าบนพื้นผิวเครื่องมือ

เกรดโลหะผสมที่มีปริมาณไททาเนียมคาร์ไบด์ต่ำกว่าจะใช้สำหรับการตัดเฉือนสเตนเลสและเหล็กดัดอ่อน แต่ยังใช้กับการตัดเฉือนโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น ซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักได้ด้วย ขนาดเกรนของเกรดเหล่านี้มักจะน้อยกว่า 1 μm และมีปริมาณโคบอลต์อยู่ที่ 8%-12% เกรดที่แข็งกว่า เช่น M10 สามารถใช้สำหรับการกลึงเหล็กอ่อนได้ เกรดที่มีความเหนียวกว่า เช่น M40 สามารถใช้กับการกัดและการไสเหล็ก หรือการกลึงเหล็กสเตนเลสหรือซูเปอร์อัลลอยได้

เกรดซีเมนต์คาร์ไบด์ประเภทโลหะผสมยังสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการตัดที่ไม่ใช่โลหะได้ โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ทนทานต่อการสึกหรอ ขนาดอนุภาคของเกรดเหล่านี้มักจะอยู่ที่ 1.2-2 μm และปริมาณโคบอลต์อยู่ที่ 7%-10% เมื่อผลิตเกรดเหล่านี้ มักจะเติมวัตถุดิบรีไซเคิลในเปอร์เซ็นต์ที่สูง ส่งผลให้มีความคุ้มค่าสูงในการใช้งานชิ้นส่วนที่สึกหรอ ชิ้นส่วนที่สึกหรอต้องมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและมีความแข็งสูง ซึ่งสามารถรับได้โดยการเติมนิกเกิลและโครเมียมคาร์ไบด์ในการผลิตเกรดเหล่านี้

เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดทางเทคนิคและความประหยัดของผู้ผลิตเครื่องมือ ผงคาร์ไบด์จึงเป็นองค์ประกอบสำคัญ ผงที่ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ตัดเฉือนของผู้ผลิตเครื่องมือและพารามิเตอร์กระบวนการ ช่วยให้มั่นใจในประสิทธิภาพของชิ้นงานที่เสร็จแล้ว และส่งผลให้ได้เกรดคาร์ไบด์หลายร้อยเกรด ธรรมชาติของวัสดุคาร์ไบด์ที่สามารถรีไซเคิลได้และความสามารถในการทำงานโดยตรงกับซัพพลายเออร์ผงช่วยให้ผู้ผลิตเครื่องมือสามารถควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์และต้นทุนวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ