ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับวัสดุเครื่องมือคาร์ไบด์

คาร์ไบด์เป็นวัสดุเครื่องมือตัดเฉือนความเร็วสูง (HSM) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งผลิตโดยกระบวนการโลหะวิทยาผง และประกอบด้วยอนุภาคคาร์ไบด์แข็ง (โดยทั่วไปคือทังสเตนคาร์ไบด์ WC) และส่วนประกอบของโลหะที่อ่อนกว่า ปัจจุบันมีคาร์ไบด์ซีเมนต์ที่ใช้ WC เป็นส่วนประกอบหลักหลายร้อยชนิดที่มีองค์ประกอบแตกต่างกัน โดยส่วนใหญ่ใช้โคบอลต์ (Co) เป็นสารยึดเกาะ นิกเกล (Ni) และโครเมียม (Cr) ก็เป็นธาตุยึดเกาะที่ใช้กันทั่วไปเช่นกัน และอาจมีการเพิ่มธาตุผสมอื่นๆ เข้าไปด้วย ทำไมจึงมีคาร์ไบด์หลายเกรดเช่นนี้? ผู้ผลิตเครื่องมือเลือกวัสดุเครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับการตัดเฉือนเฉพาะอย่างไร? เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ เรามาดูคุณสมบัติต่างๆ ที่ทำให้คาร์ไบด์ซีเมนต์เป็นวัสดุเครื่องมือที่เหมาะสมกันก่อน

ความแข็งและความเหนียว

คาร์ไบด์ซีเมนต์ WC-Co มีข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์ทั้งในด้านความแข็งและความเหนียว ทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) มีความแข็งสูงมากโดยธรรมชาติ (แข็งกว่าคอรันดัมหรืออะลูมินา) และความแข็งของมันแทบจะไม่ลดลงเมื่ออุณหภูมิในการใช้งานเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม มันขาดความเหนียวที่เพียงพอ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับเครื่องมือตัด เพื่อใช้ประโยชน์จากความแข็งสูงของทังสเตนคาร์ไบด์และปรับปรุงความเหนียว จึงมีการใช้พันธะโลหะในการเชื่อมทังสเตนคาร์ไบด์เข้าด้วยกัน ทำให้วัสดุนี้มีความแข็งมากกว่าเหล็กกล้าความเร็วสูงมาก ในขณะเดียวกันก็สามารถทนต่อแรงตัดส่วนใหญ่ได้ นอกจากนี้ยังสามารถทนต่ออุณหภูมิการตัดสูงที่เกิดจากการตัดเฉือนด้วยความเร็วสูงได้อีกด้วย

ปัจจุบัน มีดและเม็ดมีด WC-Co เกือบทั้งหมดได้รับการเคลือบผิวแล้ว ดังนั้นบทบาทของวัสดุพื้นฐานจึงดูเหมือนมีความสำคัญน้อยลง แต่ในความเป็นจริง ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงของวัสดุ WC-Co (ซึ่งเป็นตัววัดความแข็งแกร่ง ประมาณสามเท่าของเหล็กกล้าความเร็วสูงที่อุณหภูมิห้อง) เป็นตัวที่ทำให้วัสดุเป็นพื้นผิวที่ไม่เสียรูปสำหรับการเคลือบผิว เมทริกซ์ WC-Co ยังให้ความเหนียวที่จำเป็นอีกด้วย คุณสมบัติเหล่านี้เป็นคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุ WC-Co แต่คุณสมบัติของวัสดุยังสามารถปรับแต่งได้โดยการปรับองค์ประกอบและโครงสร้างจุลภาคของวัสดุเมื่อผลิตผงคาร์ไบด์ซีเมนต์ ดังนั้น ความเหมาะสมของประสิทธิภาพของเครื่องมือสำหรับการตัดเฉือนเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการกัดเริ่มต้นเป็นอย่างมาก

กระบวนการกัด

ผงทังสเตนคาร์ไบด์ได้มาจากการคาร์บอนไนซ์ผงทังสเตน (W) คุณลักษณะของผงทังสเตนคาร์ไบด์ (โดยเฉพาะขนาดอนุภาค) ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของผงทังสเตนที่เป็นวัตถุดิบ อุณหภูมิ และระยะเวลาในการคาร์บอนไนซ์ การควบคุมทางเคมีก็มีความสำคัญเช่นกัน และปริมาณคาร์บอนต้องคงที่ (ใกล้เคียงกับค่าสัดส่วนทางเคมีที่ 6.13% โดยน้ำหนัก) อาจมีการเติมวาเนเดียมและ/หรือโครเมียมในปริมาณเล็กน้อยก่อนการคาร์บอนไนซ์เพื่อควบคุมขนาดอนุภาคของผงในกระบวนการผลิตขั้นต่อไป สภาวะกระบวนการผลิตขั้นต่อไปที่แตกต่างกันและการใช้งานขั้นสุดท้ายที่แตกต่างกันนั้นต้องการส่วนผสมที่เฉพาะเจาะจงของขนาดอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ ปริมาณคาร์บอน ปริมาณวาเนเดียม และปริมาณโครเมียม ซึ่งจะทำให้สามารถผลิตผงทังสเตนคาร์ไบด์ที่แตกต่างกันได้หลากหลายชนิด ตัวอย่างเช่น บริษัท ATI Alldyne ผู้ผลิตผงทังสเตนคาร์ไบด์ ผลิตผงทังสเตนคาร์ไบด์เกรดมาตรฐาน 23 เกรด และผงทังสเตนคาร์ไบด์ที่ผลิตตามความต้องการของผู้ใช้นั้น มีให้เลือกมากกว่าเกรดมาตรฐานถึง 5 เท่า

ในการผสมและบดผงทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโลหะเพื่อผลิตผงซีเมนต์คาร์ไบด์เกรดต่างๆ สามารถใช้ส่วนผสมได้หลากหลาย โดยทั่วไปแล้วปริมาณโคบอลต์ที่ใช้กันมากที่สุดคือ 3% – 25% (อัตราส่วนน้ำหนัก) และในกรณีที่ต้องการเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเครื่องมือ จำเป็นต้องเติมนิกเกลและโครเมียม นอกจากนี้ สารยึดเกาะโลหะยังสามารถปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นได้โดยการเพิ่มส่วนประกอบโลหะผสมอื่นๆ ตัวอย่างเช่น การเติมรูทีเนียมลงในซีเมนต์คาร์ไบด์ WC-Co สามารถเพิ่มความเหนียวได้อย่างมากโดยไม่ลดความแข็ง การเพิ่มปริมาณสารยึดเกาะยังสามารถเพิ่มความเหนียวของซีเมนต์คาร์ไบด์ได้ แต่จะลดความแข็งลง

การลดขนาดอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์สามารถเพิ่มความแข็งของวัสดุได้ แต่ขนาดอนุภาคของทังสเตนคาร์ไบด์ต้องคงที่ในระหว่างกระบวนการเผาผนึก ในระหว่างการเผาผนึก อนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์จะรวมตัวและเติบโตผ่านกระบวนการละลายและการตกผลึกใหม่ ในกระบวนการเผาผนึกจริง เพื่อให้ได้วัสดุที่มีความหนาแน่นเต็มที่ พันธะโลหะจะกลายเป็นของเหลว (เรียกว่าการเผาผนึกแบบเฟสของเหลว) อัตราการเติบโตของอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์สามารถควบคุมได้โดยการเติมคาร์ไบด์ของโลหะทรานซิชันอื่นๆ ได้แก่ วานาเดียมคาร์ไบด์ (VC) โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr3C2) ไทเทเนียมคาร์ไบด์ (TiC) แทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC) และไนโอเบียมคาร์ไบด์ (NbC) โดยปกติจะเติมคาร์ไบด์ของโลหะเหล่านี้เมื่อผสมและบดผงทังสเตนคาร์ไบด์ด้วยพันธะโลหะ แม้ว่าวานาเดียมคาร์ไบด์และโครเมียมคาร์ไบด์ก็สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อผงทังสเตนคาร์ไบด์ผ่านกระบวนการคาร์บอนไนเซชันเช่นกัน

ผงทังสเตนคาร์ไบด์สามารถผลิตได้โดยการนำวัสดุซีเมนต์คาร์ไบด์เหลือใช้กลับมาใช้ใหม่ การรีไซเคิลและการนำเศษคาร์ไบด์กลับมาใช้ใหม่มีประวัติยาวนานในอุตสาหกรรมซีเมนต์คาร์ไบด์ และเป็นส่วนสำคัญของห่วงโซ่เศรษฐกิจทั้งหมดของอุตสาหกรรม ช่วยลดต้นทุนวัสดุ ประหยัดทรัพยากรธรรมชาติ และหลีกเลี่ยงการกำจัดของเสียที่เป็นอันตราย โดยทั่วไปแล้ว เศษซีเมนต์คาร์ไบด์สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยกระบวนการ APT (แอมโมเนียมพาราตังสเตต) กระบวนการกู้คืนสังกะสี หรือโดยการบด ผงทังสเตนคาร์ไบด์ที่ "รีไซเคิล" เหล่านี้โดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติการอัดแน่นที่ดีกว่าและคาดการณ์ได้ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวที่เล็กกว่าผงทังสเตนคาร์ไบด์ที่ผลิตโดยตรงผ่านกระบวนการคาร์บอนไนซ์ทังสเตน

สภาวะการประมวลผลของการบดผสมผงทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโลหะก็เป็นพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญเช่นกัน เทคนิคการบดที่ใช้กันทั่วไปสองวิธีคือ การบดด้วยลูกบอลและการบดละเอียด ทั้งสองกระบวนการนี้ช่วยให้ผงที่บดแล้วผสมกันอย่างสม่ำเสมอและลดขนาดอนุภาค เพื่อให้ชิ้นงานที่ขึ้นรูปในภายหลังมีความแข็งแรงเพียงพอ รักษารูปทรงของชิ้นงาน และช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานหรือผู้ควบคุมสามารถหยิบชิ้นงานไปใช้งานได้ โดยปกติแล้วจำเป็นต้องเติมสารยึดเกาะอินทรีย์ในระหว่างการบด องค์ประกอบทางเคมีของสารยึดเกาะนี้อาจส่งผลต่อความหนาแน่นและความแข็งแรงของชิ้นงานที่ขึ้นรูป เพื่อให้ง่ายต่อการจัดการ จึงควรเติมสารยึดเกาะที่มีความแข็งแรงสูง แต่จะส่งผลให้ความหนาแน่นของการอัดลดลงและอาจทำให้เกิดก้อนที่อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้

หลังจากบดแล้ว ผงจะถูกทำให้แห้งด้วยการพ่นสเปรย์เพื่อสร้างกลุ่มอนุภาคที่ไหลได้ดีซึ่งยึดติดกันด้วยสารยึดเกาะอินทรีย์ การปรับองค์ประกอบของสารยึดเกาะอินทรีย์จะช่วยปรับความสามารถในการไหลและความหนาแน่นของกลุ่มอนุภาคเหล่านี้ได้ตามต้องการ การคัดกรองอนุภาคที่หยาบหรือละเอียดเกินไปจะช่วยปรับการกระจายขนาดอนุภาคของกลุ่มอนุภาคให้เหมาะสมยิ่งขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่ามีการไหลที่ดีเมื่อบรรจุลงในแม่พิมพ์

การผลิตชิ้นงาน

ชิ้นงานคาร์ไบด์สามารถขึ้นรูปได้ด้วยวิธีการต่างๆ ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นงาน ระดับความซับซ้อนของรูปทรง และล็อตการผลิต โดยส่วนใหญ่แล้วเม็ดมีดตัดจะถูกขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แข็งแบบกดจากด้านบนและด้านล่าง เพื่อรักษาความสม่ำเสมอของน้ำหนักและขนาดของชิ้นงานในแต่ละครั้งของการกด จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าปริมาณผง (มวลและปริมาตร) ที่ไหลเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์นั้นเท่ากันทุกประการ ความลื่นไหลของผงส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยการกระจายขนาดของกลุ่มอนุภาคและคุณสมบัติของสารยึดเกาะอินทรีย์ ชิ้นงานที่ขึ้นรูปแล้ว (หรือ "แผ่นเปล่า") จะถูกขึ้นรูปโดยการใช้แรงดันการขึ้นรูป 10-80 กิโลปอนด์ต่อตารางฟุต (ksi) กับผงที่บรรจุอยู่ในโพรงแม่พิมพ์

แม้ภายใต้แรงดันการขึ้นรูปที่สูงมาก อนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ที่แข็งจะไม่เสียรูปหรือแตกหัก แต่สารยึดเกาะอินทรีย์จะถูกอัดเข้าไปในช่องว่างระหว่างอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ ทำให้ตำแหน่งของอนุภาคคงที่ แรงดันยิ่งสูง การยึดเกาะของอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ก็จะยิ่งแน่นขึ้น และความหนาแน่นของการอัดขึ้นรูปของชิ้นงานก็จะยิ่งมากขึ้น คุณสมบัติการขึ้นรูปของผงคาร์ไบด์ซีเมนต์แต่ละเกรดอาจแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับปริมาณของสารยึดเกาะโลหะ ขนาดและรูปร่างของอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์ ระดับการจับตัวเป็นก้อน และองค์ประกอบและการเติมสารยึดเกาะอินทรีย์ เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงปริมาณเกี่ยวกับคุณสมบัติการอัดขึ้นรูปของผงคาร์ไบด์ซีเมนต์แต่ละเกรด ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของการขึ้นรูปและแรงดันการขึ้นรูปมักถูกออกแบบและสร้างโดยผู้ผลิตผง ข้อมูลนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าผงที่จัดส่งนั้นเข้ากันได้กับกระบวนการขึ้นรูปของผู้ผลิตเครื่องมือ

ชิ้นงานคาร์ไบด์ขนาดใหญ่หรือชิ้นงานคาร์ไบด์ที่มีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง (เช่น ก้านสำหรับดอกกัดและดอกสว่าน) โดยทั่วไปจะผลิตจากผงคาร์ไบด์ที่อัดขึ้นรูปอย่างสม่ำเสมอในถุงแบบยืดหยุ่น แม้ว่าวงจรการผลิตของวิธีการอัดขึ้นรูปจะยาวนานกว่าวิธีการหล่อ แต่ต้นทุนการผลิตของเครื่องมือจะต่ำกว่า ดังนั้นวิธีนี้จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการผลิตในปริมาณน้อย

วิธีการผลิตแบบนี้คือการใส่ผงลงในถุง ปิดผนึกปากถุง แล้วนำถุงที่บรรจุผงแล้วไปใส่ในห้องอัด และใช้แรงดัน 30-60 กิโลไซเคิล (ksi) ผ่านอุปกรณ์ไฮดรอลิกเพื่ออัดชิ้นงาน ชิ้นงานที่อัดแล้วมักจะถูกกลึงให้ได้รูปทรงที่ต้องการก่อนการเผาผนึก ขนาดของถุงจะใหญ่ขึ้นเพื่อรองรับการหดตัวของชิ้นงานระหว่างการอัด และเพื่อให้มีระยะเผื่อเพียงพอสำหรับการเจียร เนื่องจากชิ้นงานต้องได้รับการแปรรูปหลังจากอัดแล้ว ข้อกำหนดเกี่ยวกับความสม่ำเสมอในการบรรจุผงจึงไม่เข้มงวดเท่ากับวิธีการขึ้นรูป แต่ก็ยังควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้บรรจุผงในปริมาณเท่ากันทุกครั้ง หากความหนาแน่นของการบรรจุผงน้อยเกินไป อาจทำให้มีผงในถุงไม่เพียงพอ ส่งผลให้ชิ้นงานมีขนาดเล็กเกินไปและต้องทิ้ง หากความหนาแน่นของการบรรจุผงสูงเกินไป และผงที่บรรจุในถุงมากเกินไป ชิ้นงานจะต้องได้รับการแปรรูปเพื่อเอาผงออกเพิ่มเติมหลังจากอัดแล้ว แม้ว่าผงส่วนเกินที่ถูกกำจัดออกและเศษชิ้นงานจะสามารถนำไปรีไซเคิลได้ แต่การทำเช่นนั้นจะลดประสิทธิภาพการผลิตลง

ชิ้นงานคาร์ไบด์สามารถขึ้นรูปได้โดยใช้แม่พิมพ์อัดรีดหรือแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูป กระบวนการอัดรีดเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นงานรูปทรงสมมาตรจำนวนมาก ในขณะที่กระบวนการฉีดขึ้นรูปมักใช้สำหรับการผลิตชิ้นงานรูปทรงซับซ้อนจำนวนมาก ในทั้งสองกระบวนการขึ้นรูป ผงคาร์ไบด์ซีเมนต์เกรดต่างๆ จะถูกแขวนลอยในสารยึดเกาะอินทรีย์ที่ทำให้ส่วนผสมคาร์ไบด์ซีเมนต์มีลักษณะคล้ายยาสีฟัน จากนั้นสารประกอบจะถูกอัดรีดผ่านรูหรือฉีดเข้าไปในโพรงเพื่อขึ้นรูป คุณลักษณะของเกรดผงคาร์ไบด์ซีเมนต์จะเป็นตัวกำหนดอัตราส่วนที่เหมาะสมของผงต่อสารยึดเกาะในส่วนผสม และมีอิทธิพลสำคัญต่อความสามารถในการไหลของส่วนผสมผ่านรูอัดรีดหรือการฉีดเข้าไปในโพรง

หลังจากขึ้นรูปชิ้นงานด้วยวิธีการหล่อ การอัดขึ้นรูปด้วยความดันไอโซสแตติก การอัดรีด หรือการฉีดขึ้นรูปแล้ว จำเป็นต้องกำจัดสารยึดเกาะอินทรีย์ออกจากชิ้นงานก่อนขั้นตอนการเผาผนึกขั้นสุดท้าย การเผาผนึกจะกำจัดรูพรุนออกจากชิ้นงาน ทำให้ชิ้นงานมีความหนาแน่นเต็มที่ (หรือเกือบเต็มที่) ในระหว่างการเผาผนึก พันธะโลหะในชิ้นงานที่ขึ้นรูปด้วยการอัดจะกลายเป็นของเหลว แต่ชิ้นงานยังคงรักษารูปทรงไว้ได้ด้วยการทำงานร่วมกันของแรงดึงดูดของเหลวและพันธะของอนุภาค

หลังจากกระบวนการเผาผนึกแล้ว รูปทรงของชิ้นงานจะยังคงเหมือนเดิม แต่ขนาดจะลดลง เพื่อให้ได้ขนาดชิ้นงานที่ต้องการหลังการเผาผนึก จำเป็นต้องพิจารณาอัตราการหดตัวเมื่อออกแบบเครื่องมือ เกรดของผงคาร์ไบด์ที่ใช้ทำเครื่องมือแต่ละชิ้นต้องได้รับการออกแบบให้มีการหดตัวที่ถูกต้องเมื่ออัดแน่นภายใต้แรงดันที่เหมาะสม

ในเกือบทุกกรณี จำเป็นต้องมีการปรับปรุงชิ้นงานหลังการเผาผนึก การปรับปรุงเครื่องมือตัดขั้นพื้นฐานที่สุดคือการลับคมคมตัด เครื่องมือหลายชนิดจำเป็นต้องมีการเจียรแต่งรูปทรงและขนาดหลังจากเผาผนึก เครื่องมือบางชนิดจำเป็นต้องมีการเจียรทั้งด้านบนและด้านล่าง ส่วนเครื่องมือบางชนิดจำเป็นต้องมีการเจียรแต่งเฉพาะขอบ (โดยอาจมีการลับคมคมตัดหรือไม่ก็ได้) เศษคาร์ไบด์ที่ได้จากการเจียรสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ทั้งหมด

การเคลือบชิ้นงาน

ในหลายกรณี ชิ้นงานที่เสร็จแล้วจำเป็นต้องมีการเคลือบผิว การเคลือบผิวจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติการหล่อลื่นและความแข็ง รวมถึงเป็นเกราะป้องกันการแพร่กระจายของสารตั้งต้น ป้องกันการเกิดออกซิเดชันเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูง วัสดุตั้งต้นที่เป็นคาร์ไบด์ซีเมนต์มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของการเคลือบผิว นอกจากการปรับแต่งคุณสมบัติหลักของผงเมทริกซ์แล้ว คุณสมบัติพื้นผิวของเมทริกซ์ยังสามารถปรับแต่งได้โดยการเลือกองค์ประกอบทางเคมีและการเปลี่ยนวิธีการเผาผนึก ผ่านการเคลื่อนย้ายของโคบอลต์ สามารถเพิ่มปริมาณโคบอลต์ในชั้นนอกสุดของพื้นผิวใบมีดภายในความหนา 20-30 ไมโครเมตรได้มากกว่าส่วนอื่นๆ ของชิ้นงาน ทำให้พื้นผิวของวัสดุตั้งต้นมีความแข็งแรงและความเหนียวที่ดีขึ้น ทนต่อการเสียรูปได้มากขึ้น

ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตของตนเอง (เช่น วิธีการกำจัดแวกซ์ อัตราการให้ความร้อน เวลาการเผาผนึก อุณหภูมิ และแรงดันไฟฟ้าในการคาร์บูไรซิ่ง) ผู้ผลิตเครื่องมืออาจมีข้อกำหนดพิเศษสำหรับเกรดของผงคาร์ไบด์ซีเมนต์ที่ใช้ ผู้ผลิตเครื่องมือบางรายอาจเผาผนึกชิ้นงานในเตาสุญญากาศ ในขณะที่บางรายอาจใช้เตาเผาผนึกแบบอัดความดันไอโซสแตติกสูง (HIP) (ซึ่งอัดความดันชิ้นงานในช่วงท้ายของกระบวนการเพื่อกำจัดสิ่งตกค้างและรูพรุน) ชิ้นงานที่เผาผนึกในเตาสุญญากาศอาจต้องผ่านกระบวนการอัดความดันไอโซสแตติกสูงเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของชิ้นงาน ผู้ผลิตเครื่องมือบางรายอาจใช้อุณหภูมิการเผาผนึกในสุญญากาศที่สูงขึ้นเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของการเผาผนึกของส่วนผสมที่มีปริมาณโคบอลต์ต่ำ แต่แนวทางนี้อาจทำให้โครงสร้างจุลภาคหยาบขึ้น เพื่อรักษาขนาดเกรนที่ละเอียด สามารถเลือกใช้ผงทังสเตนคาร์ไบด์ที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่าได้ เพื่อให้สอดคล้องกับอุปกรณ์การผลิตเฉพาะ เงื่อนไขการกำจัดแว็กซ์และแรงดันไฟฟ้าในการอบชุบคาร์บอนจึงมีความต้องการที่แตกต่างกันสำหรับปริมาณคาร์บอนในผงคาร์ไบด์ซีเมนต์

การจำแนกเกรด

การเปลี่ยนแปลงส่วนผสมของผงทังสเตนคาร์ไบด์ชนิดต่างๆ องค์ประกอบของส่วนผสม ปริมาณสารยึดเกาะโลหะ ชนิดและปริมาณของสารยับยั้งการเจริญเติบโตของเกรน ฯลฯ ทำให้เกิดเกรดของซีเมนต์คาร์ไบด์ที่หลากหลาย พารามิเตอร์เหล่านี้จะกำหนดโครงสร้างจุลภาคของซีเมนต์คาร์ไบด์และคุณสมบัติของมัน การผสมผสานคุณสมบัติเฉพาะบางอย่างกลายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับงานแปรรูปเฉพาะบางประเภท ทำให้การจำแนกเกรดของซีเมนต์คาร์ไบด์ต่างๆ มีความหมาย

ระบบการจำแนกประเภทคาร์ไบด์ที่ใช้กันทั่วไปสองระบบสำหรับการใช้งานในการกลึงคือ ระบบการกำหนดชื่อ C และระบบการกำหนดชื่อ ISO แม้ว่าทั้งสองระบบจะไม่สะท้อนคุณสมบัติของวัสดุที่มีอิทธิพลต่อการเลือกเกรดคาร์ไบด์ซีเมนต์อย่างครบถ้วน แต่ก็เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการอภิปราย สำหรับแต่ละระบบการจำแนกประเภท ผู้ผลิตหลายรายมีเกรดพิเศษของตนเอง ส่งผลให้มีเกรดคาร์ไบด์ที่หลากหลาย

เกรดของคาร์ไบด์ยังสามารถจำแนกได้ตามองค์ประกอบ เกรดของทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทพื้นฐาน ได้แก่ แบบธรรมดา แบบไมโครคริสตัลไลน์ และแบบผสม เกรดแบบธรรมดาประกอบด้วยทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโคบอลต์เป็นหลัก แต่อาจมีสารยับยั้งการเจริญเติบโตของเกรนในปริมาณเล็กน้อย เกรดแบบไมโครคริสตัลไลน์ประกอบด้วยทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโคบอลต์ที่เติมด้วยวาเนเดียมคาร์ไบด์ (VC) และ/หรือโครเมียมคาร์ไบด์ (Cr3C2) ในปริมาณหลายพันส่วน และขนาดเกรนอาจมีขนาดเล็กกว่า 1 ไมโครเมตร เกรดแบบผสมประกอบด้วยทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโคบอลต์ที่มีไทเทเนียมคาร์ไบด์ (TiC) แทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC) และไนโอเบียมคาร์ไบด์ (NbC) ในปริมาณเล็กน้อย สารเติมแต่งเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าคาร์ไบด์ทรงลูกบาศก์เนื่องจากคุณสมบัติการเผาผนึก โครงสร้างจุลภาคที่ได้จะมีโครงสร้างสามเฟสที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

1) เกรดคาร์ไบด์แบบธรรมดา

เกรดสำหรับงานตัดโลหะเหล่านี้มักมีโคบอลต์ 3% ถึง 12% (โดยน้ำหนัก) ขนาดของเม็ดทังสเตนคาร์ไบด์โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1-8 ไมโครเมตร เช่นเดียวกับเกรดอื่นๆ การลดขนาดอนุภาคของทังสเตนคาร์ไบด์จะเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงในการแตกหักตามขวาง (TRS) แต่จะลดความเหนียวลง ความแข็งของชนิดบริสุทธิ์โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง HRA89-93.5 ความแข็งแรงในการแตกหักตามขวางโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 175-350 ksi ผงของเกรดเหล่านี้อาจมีวัสดุรีไซเคิลในปริมาณมาก

เกรดเหล็กประเภทธรรมดาสามารถแบ่งออกเป็น C1-C4 ในระบบเกรด C และสามารถจำแนกตามชุดเกรด K, N, S และ H ในระบบเกรด ISO ได้ เกรดเหล็กประเภทธรรมดาที่มีคุณสมบัติปานกลางสามารถจัดเป็นเกรดใช้งานทั่วไป (เช่น C2 หรือ K20) และสามารถใช้สำหรับการกลึง การกัด การไส และการเจาะ เกรดที่มีขนาดเกรนเล็กกว่าหรือมีปริมาณโคบอลต์ต่ำกว่าและมีความแข็งสูงกว่าสามารถจัดเป็นเกรดสำหรับงานตกแต่ง (เช่น C4 หรือ K01) เกรดที่มีขนาดเกรนใหญ่กว่าหรือมีปริมาณโคบอลต์สูงกว่าและมีความเหนียวดีกว่าสามารถจัดเป็นเกรดสำหรับงานหยาบ (เช่น C1 หรือ K30)

เครื่องมือที่ทำจากเกรด Simplex สามารถใช้สำหรับการกลึงเหล็กหล่อ เหล็กกล้าไร้สนิมซีรีส์ 200 และ 300 อลูมิเนียม และโลหะที่ไม่ใช่เหล็กอื่นๆ โลหะผสมพิเศษ และเหล็กกล้าชุบแข็ง เกรดเหล่านี้ยังสามารถใช้ในงานตัดวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ (เช่น เครื่องมือเจาะหินและธรณีวิทยา) และเกรดเหล่านี้มีขนาดเกรนอยู่ในช่วง 1.5-10 ไมโครเมตร (หรือใหญ่กว่า) และมีปริมาณโคบอลต์ 6%-16% การใช้งานตัดวัสดุที่ไม่ใช่โลหะอีกอย่างหนึ่งของเกรดคาร์ไบด์แบบง่ายคือการผลิตแม่พิมพ์และหมัดเจาะ เกรดเหล่านี้โดยทั่วไปมีขนาดเกรนปานกลางและมีปริมาณโคบอลต์ 16%-30%

(2) เกรดคาร์ไบด์ซีเมนต์ไมโครคริสตัลไลน์

เหล็กกล้าเกรดดังกล่าวโดยทั่วไปมีโคบอลต์ 6%-15% ในระหว่างกระบวนการเผาผนึกในเฟสของเหลว การเติมวาเนเดียมคาร์ไบด์และ/หรือโครเมียมคาร์ไบด์สามารถควบคุมการเจริญเติบโตของเกรนเพื่อให้ได้โครงสร้างเกรนละเอียดที่มีขนาดอนุภาคต่ำกว่า 1 ไมโครเมตร เหล็กกล้าเกรดที่มีเกรนละเอียดนี้มีความแข็งสูงมากและมีความแข็งแรงต่อการแตกหักตามขวางสูงกว่า 500 กิโลไซเคิล การผสมผสานระหว่างความแข็งแรงสูงและความเหนียวที่เพียงพอทำให้เหล็กกล้าเกรดเหล่านี้สามารถใช้มุมคายเศษบวกที่มากขึ้น ซึ่งช่วยลดแรงตัดและสร้างเศษที่บางกว่าโดยการตัดแทนการผลักวัสดุโลหะ

ด้วยการตรวจสอบคุณภาพอย่างเข้มงวดของวัตถุดิบต่างๆ ในการผลิตผงคาร์ไบด์ซีเมนต์เกรดต่างๆ และการควบคุมสภาวะกระบวนการเผาผนึกอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันการเกิดเม็ดขนาดใหญ่ผิดปกติในโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ ทำให้สามารถได้คุณสมบัติของวัสดุที่เหมาะสม เพื่อรักษขนาดเม็ดให้เล็กและสม่ำเสมอ ควรใช้ผงรีไซเคิลเฉพาะเมื่อมีการควบคุมวัตถุดิบและกระบวนการรีไซเคิลอย่างครบถ้วน และผ่านการทดสอบคุณภาพอย่างละเอียดถี่ถ้วนเท่านั้น

เกรดไมโครคริสตัลไลน์สามารถจำแนกได้ตามชุดเกรด M ในระบบการจัดเกรด ISO นอกจากนี้ วิธีการจำแนกประเภทอื่นๆ ในระบบการจัดเกรด C และระบบการจัดเกรด ISO ก็เหมือนกับเกรดบริสุทธิ์ เกรดไมโครคริสตัลไลน์สามารถใช้ในการผลิตเครื่องมือตัดวัสดุชิ้นงานที่อ่อนกว่าได้ เนื่องจากพื้นผิวของเครื่องมือสามารถกลึงให้เรียบเนียนมากและรักษาความคมของคมตัดได้อย่างดีเยี่ยม

เกรดไมโครคริสตัลไลน์ยังสามารถใช้ในการกลึงโลหะผสมพิเศษที่มีส่วนประกอบของนิกเกิลได้ เนื่องจากสามารถทนต่ออุณหภูมิการตัดได้สูงถึง 1200°C สำหรับการแปรรูปโลหะผสมพิเศษและวัสดุพิเศษอื่นๆ การใช้เครื่องมือเกรดไมโครคริสตัลไลน์และเครื่องมือเกรดบริสุทธิ์ที่มีรูทีเนียมสามารถช่วยเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่อการเสียรูป และความเหนียวได้พร้อมกัน เกรดไมโครคริสตัลไลน์ยังเหมาะสำหรับการผลิตเครื่องมือหมุน เช่น ดอกสว่านที่สร้างแรงเฉือน มีดอกสว่านที่ทำจากเกรดคอมโพสิตของซีเมนต์คาร์ไบด์ ในบางส่วนของดอกสว่านเดียวกัน ปริมาณโคบอลต์ในวัสดุจะแตกต่างกัน เพื่อให้ความแข็งและความเหนียวของดอกสว่านได้รับการปรับให้เหมาะสมตามความต้องการในการแปรรูป

(3) เกรดคาร์ไบด์ซีเมนต์ประเภทโลหะผสม

เกรดเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับตัดชิ้นส่วนเหล็ก โดยมีปริมาณโคบอลต์ประมาณ 5%-10% และขนาดเกรนอยู่ในช่วง 0.8-2 ไมโครเมตร การเติมไทเทเนียมคาร์ไบด์ (TiC) 4%-25% จะช่วยลดแนวโน้มการแพร่กระจายของทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) ไปยังพื้นผิวของเศษเหล็กได้ การเติมแทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC) และไนโอเบียมคาร์ไบด์ (NbC) สูงสุด 25% สามารถปรับปรุงความแข็งแรงของเครื่องมือ ความต้านทานการสึกหรอแบบหลุม และความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ การเติมคาร์ไบด์ทรงลูกบาศก์เหล่านี้ยังช่วยเพิ่มความแข็งที่อุณหภูมิสูงของเครื่องมือ ช่วยป้องกันการเสียรูปจากความร้อนของเครื่องมือในการตัดหนักหรือการทำงานอื่นๆ ที่คมตัดจะสร้างอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ไทเทเนียมคาร์ไบด์ยังสามารถเป็นจุดเริ่มต้นของการหลอมรวม ทำให้การกระจายตัวของคาร์ไบด์ทรงลูกบาศก์ในชิ้นงานมีความสม่ำเสมอมากขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว ความแข็งของโลหะผสมคาร์ไบด์เกรดต่างๆ จะอยู่ในช่วง HRA91-94 และความแข็งแรงในการแตกหักตามขวางจะอยู่ที่ 150-300 ksi เมื่อเทียบกับเกรดบริสุทธิ์ เกรดโลหะผสมจะมีคุณสมบัติทนต่อการสึกหรอและความแข็งแรงต่ำกว่า แต่ทนต่อการสึกหรอแบบยึดติดได้ดีกว่า เกรดโลหะผสมสามารถแบ่งออกเป็น C5-C8 ในระบบเกรด C และสามารถจำแนกตามซีรี่ส์เกรด P และ M ในระบบเกรด ISO ได้ เกรดโลหะผสมที่มีคุณสมบัติระดับกลางสามารถจัดเป็นเกรดใช้งานทั่วไป (เช่น C6 หรือ P30) และสามารถใช้สำหรับการกลึง การตอก การไส และการกัด เกรดที่แข็งที่สุดสามารถจัดเป็นเกรดสำหรับการตกแต่งขั้นสุดท้าย (เช่น C8 และ P01) สำหรับการกลึงและการเจาะขั้นสุดท้าย เกรดเหล่านี้มักจะมีขนาดเกรนเล็กกว่าและปริมาณโคบอลต์ต่ำกว่าเพื่อให้ได้ความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติของวัสดุที่คล้ายกันสามารถทำได้โดยการเพิ่มคาร์ไบด์ทรงลูกบาศก์มากขึ้น เกรดที่มีความเหนียวสูงสุดสามารถจัดเป็นเกรดสำหรับงานหยาบ (เช่น C5 หรือ P50) โดยทั่วไปแล้ว เกรดเหล่านี้จะมีขนาดเกรนปานกลางและมีปริมาณโคบอลต์สูง พร้อมด้วยการเติมคาร์ไบด์ทรงลูกบาศก์ในปริมาณน้อย เพื่อให้ได้ความเหนียวที่ต้องการโดยการยับยั้งการเติบโตของรอยแตก ในการกลึงแบบไม่ต่อเนื่อง ประสิทธิภาพการตัดสามารถปรับปรุงได้ดียิ่งขึ้นโดยใช้เกรดที่มีโคบอลต์สูงดังกล่าวข้างต้น โดยมีปริมาณโคบอลต์บนพื้นผิวของเครื่องมือสูงขึ้น

เกรดโลหะผสมที่มีปริมาณไทเทเนียมคาร์ไบด์ต่ำกว่าจะใช้สำหรับการกลึงเหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กหล่อเหนียว แต่ก็สามารถใช้สำหรับการกลึงโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น ซูเปอร์อัลลอยที่มีส่วนประกอบของนิกเกลได้เช่นกัน ขนาดเกรนของเกรดเหล่านี้มักจะน้อยกว่า 1 ไมโครเมตร และมีปริมาณโคบอลต์อยู่ที่ 8%-12% เกรดที่แข็งกว่า เช่น M10 สามารถใช้สำหรับการกลึงเหล็กหล่อเหนียวได้ ส่วนเกรดที่เหนียวกว่า เช่น M40 สามารถใช้สำหรับการกัดและไสเหล็ก หรือสำหรับการกลึงเหล็กกล้าไร้สนิมหรือซูเปอร์อัลลอยได้

เกรดคาร์ไบด์ซีเมนต์ชนิดโลหะผสมยังสามารถใช้สำหรับการตัดวัสดุที่ไม่ใช่โลหะได้ โดยส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ทนต่อการสึกหรอ ขนาดอนุภาคของเกรดเหล่านี้โดยทั่วไปอยู่ที่ 1.2-2 ไมโครเมตร และมีปริมาณโคบอลต์ 7%-10% ในการผลิตเกรดเหล่านี้ มักมีการเติมวัตถุดิบรีไซเคิลในปริมาณสูง ส่งผลให้มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนสูงในการใช้งานชิ้นส่วนที่ทนต่อการสึกหรอ ชิ้นส่วนที่ทนต่อการสึกหรอต้องการความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและความแข็งสูง ซึ่งสามารถทำได้โดยการเติมคาร์ไบด์นิกเกิลและโครเมียมเมื่อผลิตเกรดเหล่านี้

เพื่อตอบสนองความต้องการทางเทคนิคและเศรษฐกิจของผู้ผลิตเครื่องมือ ผงคาร์ไบด์เป็นองค์ประกอบสำคัญ ผงที่ออกแบบมาสำหรับเครื่องจักรและพารามิเตอร์กระบวนการของผู้ผลิตเครื่องมือช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของชิ้นงานสำเร็จรูป และส่งผลให้มีเกรดคาร์ไบด์หลายร้อยเกรด คุณสมบัติที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ของวัสดุคาร์ไบด์และความสามารถในการทำงานโดยตรงกับซัพพลายเออร์ผงช่วยให้ผู้ผลิตเครื่องมือสามารถควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์และต้นทุนวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ