ซีเมนต์คาร์ไบด์, ทังสเตนคาร์ไบด์, โลหะแข็ง, โลหะผสมแข็ง คืออะไร ??

วัสดุโลหะผสมที่ทำจากสารประกอบแข็งของโลหะทนไฟและโลหะยึดเกาะ ผ่านกระบวนการโลหะผง ซีเมนต์คาร์ไบด์มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ เช่น ความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอ มีความแข็งแรงและความเหนียวที่ดี ทนความร้อนและการกัดกร่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอที่สูง ซึ่งแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงแม้ที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส แต่ยังคงมีความแข็งสูงที่ 1,000 องศาเซลเซียส คาร์ไบด์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเป็นวัสดุเครื่องมือ เช่น เครื่องมือกลึง เครื่องกัด เครื่องไส สว่าน เครื่องมือคว้าน ฯลฯ สำหรับการตัดเหล็กหล่อ โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก พลาสติก เส้นใยเคมี กราไฟต์ แก้ว หิน และเหล็กกล้าทั่วไป และยังสามารถใช้ตัดวัสดุที่ตัดยาก เช่น เหล็กทนความร้อน สเตนเลส เหล็กแมงกานีสสูง เหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือ ฯลฯ ปัจจุบันเครื่องมือคาร์ไบด์รุ่นใหม่มีความเร็วในการตัดสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนหลายร้อยเท่า

การประยุกต์ใช้คาร์ไบด์ซีเมนต์

(1) วัสดุเครื่องมือ

คาร์ไบด์เป็นวัสดุเครื่องมือที่มีปริมาณมากที่สุด ซึ่งสามารถนำไปใช้ทำเครื่องมือกลึง เครื่องกัด เครื่องไส สว่าน และอื่นๆ คาร์ไบด์ทังสเตน-โคบอลต์เหมาะสำหรับการประมวลผลเศษโลหะที่มีธาตุเหล็กและอโลหะ และการประมวลผลวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น เหล็กหล่อ ทองเหลืองหล่อ เบกาไลต์ และอื่นๆ ส่วนคาร์ไบด์ทังสเตน-ไทเทเนียม-โคบอลต์เหมาะสำหรับการประมวลผลโลหะที่มีธาตุเหล็ก เช่น เหล็กกล้าในระยะยาว โลหะผสมที่คล้ายคลึงกัน โลหะผสมที่มีปริมาณโคบอลต์มากกว่าเหมาะสำหรับการกลึงหยาบ และโลหะผสมที่มีปริมาณโคบอลต์น้อยกว่าเหมาะสำหรับการกลึงละเอียด คาร์ไบด์ซีเมนต์สำหรับงานทั่วไปมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าคาร์ไบด์ซีเมนต์อื่นๆ มากสำหรับวัสดุที่ตัดเฉือนยาก เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม

(2) วัสดุแม่พิมพ์

คาร์ไบด์ซีเมนต์ส่วนใหญ่ใช้สำหรับแม่พิมพ์การทำงานเย็น เช่น แม่พิมพ์ดึงเย็น แม่พิมพ์เจาะเย็น แม่พิมพ์อัดรีดเย็น และแม่พิมพ์เสาเย็น

แม่พิมพ์หล่อเย็นคาร์ไบด์จำเป็นต้องมีความเหนียวต่อแรงกระแทก ความเหนียวแตกหัก ความแข็งแรงต่อความล้า ความแข็งแรงดัด และความทนทานต่อการสึกหรอที่ดีภายใต้สภาวะการทำงานที่ทนต่อการสึกหรอทั้งแรงกระแทกและแรงกระแทกสูง โดยทั่วไปจะใช้โลหะผสมที่มีโคบอลต์ปานกลางถึงสูง และเกรดที่มีเกรนปานกลางและหยาบ เช่น YG15C

โดยทั่วไปแล้ว ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานการสึกหรอและความเหนียวของคาร์ไบด์ซีเมนต์นั้นขัดแย้งกัน การเพิ่มขึ้นของความต้านทานการสึกหรอจะนำไปสู่การลดลงของความเหนียว และการเพิ่มขึ้นของความเหนียวจะนำไปสู่การลดลงของความต้านทานการสึกหรออย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น เมื่อเลือกเกรดโลหะผสม จำเป็นต้องตอบสนองความต้องการการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงตามวัตถุประสงค์และสภาพการทำงานของกระบวนการ

หากเกรดที่เลือกมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวและเสียหายเร็วระหว่างการใช้งาน ควรเลือกเกรดที่มีความเหนียวสูง หากเกรดที่เลือกมีแนวโน้มที่จะสึกหรอเร็วและเสียหายเร็วระหว่างการใช้งาน ควรเลือกเกรดที่มีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอดีกว่า เกรดต่อไปนี้: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C จากซ้ายไปขวา ความแข็งจะลดลง ความต้านทานการสึกหรอจะลดลง และความเหนียวจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ตรงกันข้าม

(3) เครื่องมือวัดและชิ้นส่วนที่ทนทานต่อการสึกหรอ

คาร์ไบด์ใช้สำหรับงานฝังพื้นผิวที่ทนทานต่อการสึกหรอและชิ้นส่วนของเครื่องมือวัด ตลับลูกปืนความแม่นยำของเครื่องเจียร แผ่นนำและแกนนำของเครื่องเจียรแบบไม่มีศูนย์กลาง ด้านบนของเครื่องกลึงและชิ้นส่วนทนทานต่อการสึกหรออื่นๆ

โลหะยึดเกาะโดยทั่วไปจะเป็นโลหะกลุ่มเหล็ก ได้แก่ โคบอลต์และนิกเกิล

ในการผลิตซีเมนต์คาร์ไบด์ ขนาดอนุภาคของผงวัตถุดิบที่เลือกจะอยู่ระหว่าง 1 ถึง 2 ไมครอน และมีความบริสุทธิ์สูงมาก วัตถุดิบจะถูกผสมตามอัตราส่วนส่วนผสมที่กำหนด และเติมแอลกอฮอล์หรือสารตัวกลางอื่นๆ ลงในการบดแบบเปียกในเครื่องบดแบบลูกบอลเปียกเพื่อให้ส่วนผสมเข้ากันและบดละเอียด ร่อนส่วนผสม จากนั้นนำส่วนผสมไปบดเป็นเม็ด อัด และให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับจุดหลอมเหลวของโลหะยึดเกาะ (1300-1500 องศาเซลเซียส) เฟสที่แข็งตัวและโลหะยึดเกาะจะก่อตัวเป็นโลหะผสมยูเทคติก หลังจากเย็นตัวลง เฟสที่แข็งตัวจะกระจายตัวอยู่ในกริดที่ประกอบด้วยโลหะยึดเกาะ และเชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิดจนเกิดเป็นชิ้นเดียว ความแข็งของซีเมนต์คาร์ไบด์ขึ้นอยู่กับปริมาณเฟสที่แข็งตัวและขนาดเกรน กล่าวคือ ยิ่งปริมาณเฟสที่แข็งตัวสูงและเกรนละเอียดมากเท่าใด ความแข็งก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ความเหนียวของซีเมนต์คาร์ไบด์ถูกกำหนดโดยโลหะยึดเกาะ ยิ่งปริมาณโลหะยึดเกาะสูงเท่าใด ความแข็งแรงในการดัดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ในปี ค.ศ. 1923 ชเลอร์เตอร์แห่งเยอรมนีได้เติมโคบอลต์ 10% ถึง 20% ลงในผงทังสเตนคาร์ไบด์เพื่อใช้เป็นสารยึดเกาะ และได้คิดค้นโลหะผสมชนิดใหม่จากทังสเตนคาร์ไบด์และโคบอลต์ ซึ่งมีความแข็งเป็นรองเพียงเพชรเท่านั้น นับเป็นคาร์ไบด์ซีเมนต์ชนิดแรกที่ผลิตขึ้น เมื่อตัดเหล็กด้วยเครื่องมือที่ทำจากโลหะผสมนี้ คมตัดจะสึกหรออย่างรวดเร็ว แม้แต่คมตัดก็ยังแตกร้าวได้ ในปี ค.ศ. 1929 ชวาร์สคอฟในสหรัฐอเมริกาได้เติมคาร์ไบด์ผสมทังสเตนคาร์ไบด์และไทเทเนียมคาร์ไบด์ในปริมาณหนึ่งลงในส่วนผสมเดิม ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการตัดเหล็กของเครื่องมือ นี่ถือเป็นอีกหนึ่งความสำเร็จในประวัติศาสตร์การพัฒนาคาร์ไบด์ซีเมนต์

ซีเมนต์คาร์ไบด์มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ เช่น ความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอ มีความแข็งแรงและความเหนียวที่ดี ทนความร้อนและการกัดกร่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอที่สูง ซึ่งแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงแม้ในอุณหภูมิ 500 °C แต่ยังคงมีความแข็งสูงที่ 1,000 °C คาร์ไบด์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเป็นวัสดุเครื่องมือ เช่น เครื่องมือกลึง เครื่องกัด เครื่องไส สว่าน เครื่องมือคว้าน ฯลฯ สำหรับการตัดเหล็กหล่อ โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก พลาสติก เส้นใยเคมี กราไฟต์ แก้ว หิน และเหล็กธรรมดา และยังสามารถใช้ตัดวัสดุที่ตัดยาก เช่น เหล็กทนความร้อน สเตนเลส เหล็กแมงกานีสสูง เหล็กกล้าเครื่องมือ ฯลฯ ความเร็วในการตัดของเครื่องมือคาร์ไบด์แบบใหม่ในปัจจุบันสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนหลายร้อยเท่า

คาร์ไบด์ยังสามารถนำไปใช้ทำเครื่องมือเจาะหิน เครื่องมือขุด เครื่องมือเจาะ เครื่องมือวัด ชิ้นส่วนที่ทนทานต่อการสึกหรอ สารกัดกร่อนโลหะ ปลอกกระบอกสูบ ตลับลูกปืนความแม่นยำ หัวฉีด แม่พิมพ์โลหะ (เช่น แม่พิมพ์ดึงลวด แม่พิมพ์สลัก แม่พิมพ์น็อต และแม่พิมพ์ยึดต่างๆ ซึ่งประสิทธิภาพอันยอดเยี่ยมของคาร์ไบด์ซีเมนต์ค่อยๆ เข้ามาแทนที่แม่พิมพ์เหล็กแบบเดิม)

ต่อมาได้มีการผลิตซีเมนต์คาร์ไบด์เคลือบขึ้น ในปี พ.ศ. 2512 สวีเดนประสบความสำเร็จในการพัฒนาเครื่องมือเคลือบไทเทเนียมคาร์ไบด์ ส่วนประกอบหลักของเครื่องมือคือทังสเตน-ไทเทเนียม-โคบอลต์คาร์ไบด์ หรือทังสเตน-โคบอลต์คาร์ไบด์ ความหนาของผิวเคลือบไทเทเนียมคาร์ไบด์มีเพียงไม่กี่ไมครอน แต่เมื่อเทียบกับเครื่องมือโลหะผสมยี่ห้อเดียวกัน อายุการใช้งานยาวนานขึ้น 3 เท่า และความเร็วในการตัดเพิ่มขึ้น 25% ถึง 50% ในช่วงทศวรรษ 1970 เครื่องมือเคลือบรุ่นที่สี่ได้ปรากฏขึ้นสำหรับการตัดวัสดุที่ตัดได้ยาก

ซีเมนต์คาร์ไบด์เผาผนึกได้อย่างไร?

คาร์ไบด์ซีเมนต์เป็นวัสดุโลหะที่ทำมาจากผงโลหะของคาร์ไบด์และโลหะยึดเกาะที่เป็นโลหะทนไฟหนึ่งชนิดหรือมากกว่า

Mประเทศผู้ผลิตหลัก

มีมากกว่า 50 ประเทศทั่วโลกที่ผลิตซีเมนต์คาร์ไบด์ โดยมีผลผลิตรวม 27,000-28,000 ตัน ผู้ผลิตหลัก ได้แก่ สหรัฐอเมริกา รัสเซีย สวีเดน จีน เยอรมนี ญี่ปุ่น สหราชอาณาจักร ฝรั่งเศส ฯลฯ ตลาดซีเมนต์คาร์ไบด์ทั่วโลกกำลังอิ่มตัว การแข่งขันในตลาดรุนแรงมาก อุตสาหกรรมซีเมนต์คาร์ไบด์ของจีนเริ่มก่อตัวขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1950 ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ถึง 1970 อุตสาหกรรมซีเมนต์คาร์ไบด์ของจีนพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 กำลังการผลิตซีเมนต์คาร์ไบด์ทั้งหมดของจีนสูงถึง 6,000 ตัน และผลผลิตซีเมนต์คาร์ไบด์ทั้งหมดสูงถึง 5,000 ตัน เป็นอันดับสองรองจากรัสเซียและสหรัฐอเมริกา ซึ่งอยู่ในอันดับสามของโลก

เครื่องตัด WC

①คาร์ไบด์ซีเมนต์ทังสเตนและโคบอลต์
ส่วนประกอบหลักคือทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) และโคบอลต์สารยึดเกาะ (Co)
เกรดของแร่นี้ประกอบด้วย “YG” (“แข็งและโคบอลต์” ในพินอินภาษาจีน) และเปอร์เซ็นต์ของปริมาณโคบอลต์โดยเฉลี่ย
ตัวอย่างเช่น YG8 หมายถึงค่าเฉลี่ย WCo=8% และส่วนที่เหลือเป็นคาร์ไบด์ทังสเตน-โคบอลต์ของคาร์ไบด์ทังสเตน
มีด TIC

②ทังสเตน-ไทเทเนียม-โคบอลต์คาร์ไบด์
ส่วนประกอบหลักได้แก่ ทังสเตนคาร์ไบด์ ไททาเนียมคาร์ไบด์ (TiC) และโคบอลต์
เกรดนี้ประกอบด้วย “YT” (“แข็ง ไททาเนียม” สองตัวอักษรในคำนำหน้าพินอินของจีน) และปริมาณเฉลี่ยของคาร์ไบด์ไททาเนียม
ตัวอย่างเช่น YT15 หมายถึง WTi เฉลี่ย = 15% และส่วนที่เหลือเป็นทังสเตนคาร์ไบด์และทังสเตน-ไททาเนียม-โคบอลต์คาร์ไบด์ที่มีปริมาณโคบอลต์
เครื่องมือทังสเตนไททาเนียมแทนทาลัม

③คาร์ไบด์ซีเมนต์ทังสเตน-ไททาเนียม-แทนทาลัม (ไนโอเบียม)
ส่วนประกอบหลัก ได้แก่ ทังสเตนคาร์ไบด์ ไทเทเนียมคาร์ไบด์ แทนทาลัมคาร์ไบด์ (หรือไนโอเบียมคาร์ไบด์) และโคบอลต์ คาร์ไบด์ซีเมนต์ชนิดนี้เรียกอีกอย่างว่าคาร์ไบด์ซีเมนต์ทั่วไป หรือคาร์ไบด์ซีเมนต์สากล
เกรดของเกรดนี้ประกอบด้วย “YW” (คำนำหน้าภาษาจีนของคำว่า “hard” และ “wan”) บวกกับหมายเลขลำดับ เช่น YW1

ลักษณะการทำงาน

เม็ดมีดเชื่อมคาร์ไบด์

ความแข็งสูง (86～93HRA เทียบเท่า 69～81HRC)

มีความแข็งทางความร้อนที่ดี (สูงถึง 900～1000℃ รักษา 60HRC)

ทนทานต่อการสึกกร่อนได้ดี

เครื่องมือตัดคาร์ไบด์มีความเร็วตัดสูงกว่าเหล็กกล้าความเร็วสูง 4-7 เท่า และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 5-80 เท่า แม่พิมพ์และเครื่องมือวัดมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็กกล้าเครื่องมือผสม 20-150 เท่า สามารถตัดวัสดุแข็งได้ประมาณ 50HRC

อย่างไรก็ตาม ซีเมนต์คาร์ไบด์มีความเปราะและไม่สามารถกลึงได้ จึงยากที่จะผลิตเครื่องมือที่มีรูปทรงซับซ้อน ดังนั้น ใบมีดรูปทรงต่างๆ จึงมักถูกผลิตขึ้น โดยติดตั้งบนตัวเครื่องมือหรือตัวแม่พิมพ์ด้วยการเชื่อม การยึดติด การยึดด้วยกลไก ฯลฯ

บาร์รูปทรงพิเศษ

การเผาผนึก

การขึ้นรูปด้วยการเผาผนึกคาร์ไบด์ซีเมนต์คือการกดผงลงในแท่งโลหะ จากนั้นจึงเข้าสู่เตาเผาผนึกเพื่อให้ความร้อนถึงอุณหภูมิหนึ่ง (อุณหภูมิการเผาผนึก) คงไว้เป็นเวลาหนึ่ง (เวลาการยึด) จากนั้นจึงทำให้เย็นลงเพื่อให้ได้วัสดุคาร์ไบด์ซีเมนต์ที่มีคุณสมบัติตามต้องการ

กระบวนการเผาผนึกคาร์ไบด์ซีเมนต์สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ขั้นตอนพื้นฐาน:

1: ในขั้นตอนการกำจัดสารขึ้นรูปและการเผาเบื้องต้น ร่างกายที่เผาจะเปลี่ยนแปลงดังต่อไปนี้:
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นในขั้นตอนแรกของการเผาผนึก การกำจัดสารขึ้นรูปจะค่อยๆ สลายตัวหรือระเหย และแยกตัวเผาผนึกออก ชนิด ปริมาณ และกระบวนการเผาผนึกจะแตกต่างกัน
ออกไซด์บนพื้นผิวของผงจะถูกรีดิวซ์ ที่อุณหภูมิการเผา ไฮโดรเจนสามารถรีดิวซ์ออกไซด์ของโคบอลต์และทังสเตนได้ หากนำสารขึ้นรูปออกในสุญญากาศและเผา ปฏิกิริยาคาร์บอน-ออกซิเจนจะไม่รุนแรง แรงกดสัมผัสระหว่างอนุภาคผงจะค่อยๆ หายไป ผงโลหะที่ยึดเกาะจะเริ่มฟื้นตัวและตกผลึกใหม่ เริ่มเกิดการแพร่บนพื้นผิว และความแข็งแรงในการอัดก้อนจะดีขึ้น

2: ขั้นตอนการเผาผนึกเฟสแข็ง (800℃–อุณหภูมิยูเทกติก)
ที่อุณหภูมิก่อนการปรากฏของเฟสของเหลว นอกเหนือจากการดำเนินกระบวนการของขั้นตอนก่อนหน้าแล้ว ปฏิกิริยาของเฟสแข็งและการแพร่กระจายยังเข้มข้นขึ้น การไหลของพลาสติกดีขึ้น และวัตถุที่เผาผนึกหดตัวอย่างมีนัยสำคัญ

3: ขั้นตอนการเผาในเฟสของเหลว (อุณหภูมิยูเทคติก – อุณหภูมิการเผา)
เมื่อเฟสของเหลวปรากฏในวัตถุที่ผ่านการเผา การหดตัวจะเสร็จสมบูรณ์อย่างรวดเร็ว ตามด้วยการเปลี่ยนแปลงทางผลึกศาสตร์เพื่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานและโครงสร้างของโลหะผสม

4: ขั้นตอนการทำความเย็น (อุณหภูมิการเผา – อุณหภูมิห้อง)
ในขั้นตอนนี้ โครงสร้างและองค์ประกอบเฟสของโลหะผสมจะมีการเปลี่ยนแปลงบ้างตามสภาวะการหล่อเย็นที่แตกต่างกัน คุณสมบัตินี้สามารถใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ซีเมนต์คาร์ไบด์เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกล