Cacbua là loại vật liệu dụng cụ gia công tốc độ cao (HSM) được sử dụng rộng rãi nhất, được sản xuất bằng quy trình luyện kim bột và bao gồm các hạt cacbua cứng (thường là cacbua vonfram WC) và thành phần liên kết kim loại mềm hơn. Hiện nay, có hàng trăm loại cacbua xi măng gốc WC với thành phần khác nhau, hầu hết sử dụng coban (Co) làm chất kết dính, niken (Ni) và crom (Cr) cũng là các nguyên tố kết dính thường được sử dụng, và các nguyên tố hợp kim khác cũng có thể được thêm vào. Tại sao lại có nhiều loại cacbua như vậy? Làm thế nào các nhà sản xuất dụng cụ lựa chọn vật liệu dụng cụ phù hợp cho một thao tác cắt cụ thể? Để trả lời những câu hỏi này, trước tiên chúng ta hãy xem xét các đặc tính khác nhau làm cho cacbua xi măng trở thành một vật liệu dụng cụ lý tưởng.
độ cứng và độ bền
Hợp kim cacbua vonfram-cacbua (WC-Co) có những ưu điểm độc đáo về cả độ cứng và độ dẻo dai. Vonfram cacbua (WC) vốn rất cứng (cứng hơn cả corundum hay alumina), và độ cứng của nó hiếm khi giảm khi nhiệt độ hoạt động tăng. Tuy nhiên, nó thiếu độ dẻo dai cần thiết, một đặc tính thiết yếu đối với dụng cụ cắt gọt. Để tận dụng độ cứng cao của vonfram cacbua và cải thiện độ dẻo dai của nó, người ta sử dụng chất kết dính kim loại để liên kết vonfram cacbua với nhau, nhờ đó vật liệu này có độ cứng vượt xa thép tốc độ cao, đồng thời có thể chịu được hầu hết các lực cắt trong quá trình gia công. Ngoài ra, nó còn có thể chịu được nhiệt độ cắt cao do gia công tốc độ cao gây ra.
Ngày nay, hầu hết các dao và mảnh dao WC-Co đều được phủ lớp bảo vệ, do đó vai trò của vật liệu nền dường như ít quan trọng hơn. Nhưng trên thực tế, chính mô đun đàn hồi cao của vật liệu WC-Co (một thước đo độ cứng, gấp khoảng ba lần so với thép tốc độ cao ở nhiệt độ phòng) đã tạo nên lớp nền không biến dạng cho lớp phủ. Ma trận WC-Co cũng cung cấp độ dẻo dai cần thiết. Những đặc tính này là các đặc tính cơ bản của vật liệu WC-Co, nhưng các đặc tính vật liệu cũng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi thành phần và cấu trúc vi mô khi sản xuất bột cacbua xi măng. Do đó, sự phù hợp của hiệu suất dụng cụ với một quá trình gia công cụ thể phụ thuộc phần lớn vào quá trình phay ban đầu.
Quá trình nghiền
Bột cacbua vonfram được điều chế bằng cách cacbon hóa bột vonfram (W). Các đặc tính của bột cacbua vonfram (đặc biệt là kích thước hạt) chủ yếu phụ thuộc vào kích thước hạt của bột vonfram nguyên liệu, nhiệt độ và thời gian cacbon hóa. Kiểm soát hóa học cũng rất quan trọng, và hàm lượng cacbon phải được giữ ổn định (gần với giá trị lý thuyết là 6,13% theo trọng lượng). Một lượng nhỏ vanadi và/hoặc crom có thể được thêm vào trước khi xử lý cacbon hóa để kiểm soát kích thước hạt bột trong các quá trình tiếp theo. Các điều kiện xử lý tiếp theo khác nhau và các ứng dụng cuối cùng khác nhau đòi hỏi sự kết hợp cụ thể giữa kích thước hạt cacbua vonfram, hàm lượng cacbon, hàm lượng vanadi và hàm lượng crom, từ đó có thể sản xuất nhiều loại bột cacbua vonfram khác nhau. Ví dụ, ATI Alldyne, một nhà sản xuất bột cacbua vonfram, sản xuất 23 loại bột cacbua vonfram tiêu chuẩn, và số lượng các loại bột cacbua vonfram được tùy chỉnh theo yêu cầu của người dùng có thể gấp hơn 5 lần so với các loại bột cacbua vonfram tiêu chuẩn.
Khi trộn và nghiền bột cacbua vonfram và chất kết dính kim loại để sản xuất bột cacbua xi măng đạt một cấp độ nhất định, có thể sử dụng nhiều sự kết hợp khác nhau. Hàm lượng coban được sử dụng phổ biến nhất là 3% – 25% (tỷ lệ trọng lượng), và trong trường hợp cần tăng cường khả năng chống ăn mòn của dụng cụ, cần phải thêm niken và crom. Ngoài ra, chất kết dính kim loại có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách thêm các thành phần hợp kim khác. Ví dụ, thêm rutheni vào cacbua xi măng WC-Co có thể cải thiện đáng kể độ dẻo dai mà không làm giảm độ cứng. Tăng hàm lượng chất kết dính cũng có thể cải thiện độ dẻo dai của cacbua xi măng, nhưng sẽ làm giảm độ cứng.
Việc giảm kích thước các hạt cacbua vonfram có thể làm tăng độ cứng của vật liệu, nhưng kích thước hạt cacbua vonfram phải được giữ nguyên trong quá trình thiêu kết. Trong quá trình thiêu kết, các hạt cacbua vonfram kết hợp và phát triển thông qua quá trình hòa tan và kết tủa lại. Trong quá trình thiêu kết thực tế, để tạo thành vật liệu đặc chắc hoàn toàn, chất kết dính kim loại trở thành dạng lỏng (gọi là thiêu kết pha lỏng). Tốc độ phát triển của các hạt cacbua vonfram có thể được kiểm soát bằng cách thêm các cacbua kim loại chuyển tiếp khác, bao gồm cacbua vanadi (VC), cacbua crom (Cr3C2), cacbua titan (TiC), cacbua tantali (TaC) và cacbua niobi (NbC). Các cacbua kim loại này thường được thêm vào khi bột cacbua vonfram được trộn và nghiền với chất kết dính kim loại, mặc dù cacbua vanadi và cacbua crom cũng có thể được hình thành khi bột cacbua vonfram được cacbon hóa.
Bột cacbua vonfram cũng có thể được sản xuất bằng cách sử dụng vật liệu cacbua xi măng phế thải tái chế. Việc tái chế và tái sử dụng cacbua phế liệu có lịch sử lâu đời trong ngành công nghiệp cacbua xi măng và là một phần quan trọng của toàn bộ chuỗi kinh tế của ngành, giúp giảm chi phí vật liệu, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và tránh việc thải bỏ vật liệu gây hại. Cacbua xi măng phế liệu nói chung có thể được tái sử dụng bằng quy trình APT (amoni paratungstat), quy trình thu hồi kẽm hoặc bằng cách nghiền. Các loại bột cacbua vonfram "tái chế" này thường có độ đặc chắc tốt hơn và có thể dự đoán được vì chúng có diện tích bề mặt nhỏ hơn so với bột cacbua vonfram được sản xuất trực tiếp thông qua quy trình cacbon hóa vonfram.
Các điều kiện xử lý trong quá trình nghiền hỗn hợp bột cacbua vonfram và chất kết dính kim loại cũng là những thông số quy trình quan trọng. Hai kỹ thuật nghiền được sử dụng phổ biến nhất là nghiền bi và nghiền siêu mịn. Cả hai quy trình đều cho phép trộn đều bột nghiền và giảm kích thước hạt. Để phôi ép sau này có đủ độ bền, giữ được hình dạng và giúp người vận hành hoặc người điều khiển dễ dàng cầm nắm phôi để gia công, thường cần phải thêm chất kết dính hữu cơ trong quá trình nghiền. Thành phần hóa học của chất kết dính này có thể ảnh hưởng đến mật độ và độ bền của phôi ép. Để dễ dàng thao tác, nên thêm chất kết dính có độ bền cao, nhưng điều này dẫn đến mật độ nén thấp hơn và có thể tạo ra các cục vón gây ra khuyết tật trong sản phẩm cuối cùng.
Sau khi nghiền, bột thường được sấy phun để tạo ra các khối kết tụ dễ chảy được giữ lại với nhau bằng chất kết dính hữu cơ. Bằng cách điều chỉnh thành phần của chất kết dính hữu cơ, khả năng chảy và mật độ điện tích của các khối kết tụ này có thể được điều chỉnh theo ý muốn. Bằng cách sàng lọc các hạt thô hơn hoặc mịn hơn, sự phân bố kích thước hạt của khối kết tụ có thể được điều chỉnh thêm để đảm bảo khả năng chảy tốt khi được nạp vào khoang khuôn.
Sản xuất phôi
Các chi tiết gia công bằng carbide có thể được tạo hình bằng nhiều phương pháp khác nhau. Tùy thuộc vào kích thước của chi tiết, độ phức tạp của hình dạng và lô sản xuất, hầu hết các mảnh cắt được đúc bằng khuôn cứng có áp suất trên và dưới. Để duy trì tính nhất quán về trọng lượng và kích thước của chi tiết trong mỗi lần ép, cần đảm bảo lượng bột (khối lượng và thể tích) chảy vào khoang khuôn là hoàn toàn giống nhau. Độ lưu động của bột chủ yếu được kiểm soát bởi sự phân bố kích thước của các cụm hạt và các đặc tính của chất kết dính hữu cơ. Các chi tiết được đúc (hoặc "phôi") được tạo hình bằng cách áp dụng áp suất đúc từ 10-80 ksi (kilo pound trên mỗi foot vuông) lên bột được nạp vào khoang khuôn.
Ngay cả dưới áp suất ép cực cao, các hạt cacbua vonfram cứng sẽ không bị biến dạng hoặc vỡ, mà chất kết dính hữu cơ sẽ được ép vào các khe hở giữa các hạt cacbua vonfram, do đó cố định vị trí của các hạt. Áp suất càng cao, liên kết giữa các hạt cacbua vonfram càng chặt và mật độ nén của phôi càng lớn. Tính chất tạo hình của các loại bột cacbua xi măng có thể khác nhau, tùy thuộc vào hàm lượng chất kết dính kim loại, kích thước và hình dạng của các hạt cacbua vonfram, mức độ kết tụ, và thành phần cũng như lượng chất kết dính hữu cơ được thêm vào. Để cung cấp thông tin định lượng về tính chất nén của các loại bột cacbua xi măng, mối quan hệ giữa mật độ tạo hình và áp suất tạo hình thường được nhà sản xuất bột thiết kế và xây dựng. Thông tin này đảm bảo rằng bột được cung cấp tương thích với quy trình tạo hình của nhà sản xuất dụng cụ.
Các chi tiết gia công cacbua kích thước lớn hoặc chi tiết gia công cacbua có tỷ lệ chiều dài/đường kính cao (như chuôi dao phay và mũi khoan) thường được chế tạo từ bột cacbua được ép đều trong túi mềm. Mặc dù chu kỳ sản xuất của phương pháp ép cân bằng dài hơn so với phương pháp đúc, nhưng chi phí sản xuất dụng cụ thấp hơn, do đó phương pháp này phù hợp hơn cho sản xuất theo lô nhỏ.
Phương pháp này bao gồm việc cho bột vào bao, bịt kín miệng bao, sau đó đặt bao đầy bột vào buồng ép và dùng thiết bị thủy lực tạo áp suất 30-60 ksi để ép. Các phôi được ép thường được gia công theo hình dạng cụ thể trước khi thiêu kết. Kích thước của bao được mở rộng để bù lại sự co ngót của phôi trong quá trình nén và để có đủ khoảng trống cho các thao tác mài. Vì phôi cần được gia công sau khi ép, nên yêu cầu về tính nhất quán của lượng bột nạp vào không nghiêm ngặt như phương pháp đúc, nhưng vẫn cần đảm bảo lượng bột nạp vào bao luôn như nhau mỗi lần. Nếu mật độ bột nạp quá thấp, có thể dẫn đến thiếu bột trong bao, khiến phôi quá nhỏ và phải bỏ đi. Nếu mật độ bột nạp quá cao, và lượng bột nạp vào bao quá nhiều, phôi cần được gia công để loại bỏ thêm bột sau khi ép. Mặc dù lượng bột thừa được loại bỏ và các phôi bị loại bỏ có thể được tái chế, nhưng việc này làm giảm năng suất.
Các chi tiết gia công bằng cacbua cũng có thể được tạo hình bằng khuôn ép đùn hoặc khuôn ép phun. Quá trình ép đùn phù hợp hơn cho sản xuất hàng loạt các chi tiết có hình dạng đối xứng trục, trong khi quá trình ép phun thường được sử dụng cho sản xuất hàng loạt các chi tiết có hình dạng phức tạp. Trong cả hai quy trình tạo hình, các loại bột cacbua xi măng được trộn đều trong chất kết dính hữu cơ tạo nên độ sệt như kem đánh răng cho hỗn hợp cacbua xi măng. Sau đó, hỗn hợp được ép đùn qua một lỗ hoặc bơm vào một khoang để tạo hình. Đặc tính của loại bột cacbua xi măng quyết định tỷ lệ tối ưu giữa bột và chất kết dính trong hỗn hợp, và có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng chảy của hỗn hợp qua lỗ ép đùn hoặc bơm vào khoang.
Sau khi phôi được tạo hình bằng phương pháp đúc, ép đẳng tĩnh, đùn hoặc ép phun, chất kết dính hữu cơ cần được loại bỏ khỏi phôi trước giai đoạn thiêu kết cuối cùng. Quá trình thiêu kết loại bỏ độ xốp khỏi phôi, làm cho nó trở nên đặc chắc hoàn toàn (hoặc gần như hoàn toàn). Trong quá trình thiêu kết, liên kết kim loại trong phôi được tạo hình bằng phương pháp ép sẽ trở nên lỏng, nhưng phôi vẫn giữ được hình dạng của nó dưới tác động kết hợp của lực mao dẫn và liên kết hạt.
Sau quá trình thiêu kết, hình dạng hình học của phôi vẫn giữ nguyên, nhưng kích thước bị giảm đi. Để đạt được kích thước phôi yêu cầu sau khi thiêu kết, cần phải xem xét tỷ lệ co ngót khi thiết kế dụng cụ. Loại bột cacbua được sử dụng để chế tạo mỗi dụng cụ phải được thiết kế sao cho có độ co ngót chính xác khi được nén dưới áp suất thích hợp.
Trong hầu hết các trường hợp, cần phải xử lý sau khi nung kết phôi. Xử lý cơ bản nhất đối với dụng cụ cắt là mài sắc lưỡi cắt. Nhiều dụng cụ cần mài lại hình dạng và kích thước sau khi nung kết. Một số dụng cụ cần mài mặt trên và mặt dưới; một số khác cần mài chu vi (có hoặc không mài sắc lưỡi cắt). Tất cả các mảnh vụn cacbua từ quá trình mài đều có thể được tái chế.
Lớp phủ phôi
Trong nhiều trường hợp, phôi gia công hoàn thiện cần được phủ một lớp bảo vệ. Lớp phủ này cung cấp độ bôi trơn và tăng độ cứng, cũng như tạo ra một lớp chắn khuếch tán cho chất nền, ngăn ngừa quá trình oxy hóa khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Chất nền cacbua xi măng rất quan trọng đối với hiệu suất của lớp phủ. Ngoài việc điều chỉnh các đặc tính chính của bột nền, các đặc tính bề mặt của chất nền cũng có thể được điều chỉnh bằng cách lựa chọn thành phần hóa học và thay đổi phương pháp thiêu kết. Thông qua sự di chuyển của coban, lượng coban được làm giàu nhiều hơn có thể tập trung ở lớp ngoài cùng của bề mặt lưỡi dao trong phạm vi độ dày 20-30 μm so với phần còn lại của phôi, nhờ đó giúp bề mặt chất nền có độ bền và độ dẻo dai tốt hơn, giúp nó chống biến dạng tốt hơn.
Dựa trên quy trình sản xuất riêng của họ (như phương pháp khử sáp, tốc độ gia nhiệt, thời gian thiêu kết, nhiệt độ và điện áp thấm cacbon), nhà sản xuất dụng cụ có thể có một số yêu cầu đặc biệt đối với loại bột cacbua xi măng được sử dụng. Một số nhà sản xuất dụng cụ có thể thiêu kết phôi trong lò chân không, trong khi những nhà khác có thể sử dụng lò thiêu kết ép đẳng nhiệt nóng (HIP) (tạo áp suất cho phôi gần cuối chu kỳ xử lý để loại bỏ cặn và lỗ rỗng). Phôi được thiêu kết trong lò chân không cũng có thể cần được ép đẳng nhiệt nóng thông qua một quy trình bổ sung để tăng mật độ của phôi. Một số nhà sản xuất dụng cụ có thể sử dụng nhiệt độ thiêu kết chân không cao hơn để tăng mật độ thiêu kết của hỗn hợp có hàm lượng coban thấp hơn, nhưng cách tiếp cận này có thể làm thô cấu trúc vi mô của chúng. Để duy trì kích thước hạt mịn, có thể chọn bột cacbua vonfram có kích thước hạt nhỏ hơn. Để phù hợp với thiết bị sản xuất cụ thể, điều kiện khử sáp và điện áp thấm cacbon cũng có các yêu cầu khác nhau đối với hàm lượng cacbon trong bột cacbua xi măng.
Phân loại cấp bậc
Sự kết hợp các loại bột cacbua vonfram khác nhau, thành phần hỗn hợp và hàm lượng chất kết dính kim loại, loại và lượng chất ức chế tăng trưởng hạt, v.v., tạo nên nhiều loại hợp kim cacbua xi măng khác nhau. Các thông số này sẽ quyết định cấu trúc vi mô và tính chất của hợp kim cacbua xi măng. Một số sự kết hợp tính chất cụ thể trở thành ưu tiên cho một số ứng dụng gia công cụ thể, làm cho việc phân loại các loại hợp kim cacbua xi măng khác nhau trở nên có ý nghĩa.
Hai hệ thống phân loại cacbua được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng gia công cơ khí là hệ thống ký hiệu C và hệ thống ký hiệu ISO. Mặc dù cả hai hệ thống đều không phản ánh đầy đủ các đặc tính vật liệu ảnh hưởng đến việc lựa chọn mác cacbua xi măng, nhưng chúng cung cấp điểm khởi đầu cho cuộc thảo luận. Đối với mỗi hệ thống phân loại, nhiều nhà sản xuất có các mác đặc biệt riêng của họ, dẫn đến sự đa dạng rộng rãi về mác cacbua.
Các loại cacbua cũng có thể được phân loại theo thành phần. Các loại cacbua vonfram (WC) có thể được chia thành ba loại cơ bản: đơn giản, vi tinh thể và hợp kim. Loại đơn giản chủ yếu bao gồm cacbua vonfram và chất kết dính coban, nhưng cũng có thể chứa một lượng nhỏ chất ức chế tăng trưởng hạt. Loại vi tinh thể bao gồm cacbua vonfram và chất kết dính coban được thêm vào vài phần nghìn cacbua vanadi (VC) và/hoặc cacbua crom (Cr3C2), và kích thước hạt của nó có thể đạt tới 1 μm hoặc nhỏ hơn. Loại hợp kim bao gồm cacbua vonfram và chất kết dính coban chứa một vài phần trăm cacbua titan (TiC), cacbua tantali (TaC) và cacbua niobi (NbC). Các chất phụ gia này cũng được gọi là cacbua lập phương do tính chất thiêu kết của chúng. Cấu trúc vi mô thu được thể hiện cấu trúc ba pha không đồng nhất.
1) Các loại cacbua đơn giản
Các loại hợp kim vonfram cacbua dùng trong gia công kim loại này thường chứa từ 3% đến 12% coban (theo trọng lượng). Kích thước hạt vonfram cacbua thường nằm trong khoảng 1-8 μm. Cũng như các loại khác, việc giảm kích thước hạt vonfram cacbua sẽ làm tăng độ cứng và độ bền kéo đứt ngang (TRS), nhưng lại làm giảm độ dẻo dai. Độ cứng của loại nguyên chất thường nằm trong khoảng HRA89-93,5; độ bền kéo đứt ngang thường nằm trong khoảng 175-350 ksi. Bột của các loại này có thể chứa một lượng lớn vật liệu tái chế.
Các loại thép đơn giản có thể được chia thành C1-C4 trong hệ thống cấp C, và có thể được phân loại theo các dãy cấp K, N, S và H trong hệ thống cấp ISO. Thép đơn giản với các đặc tính trung gian có thể được phân loại là thép đa dụng (như C2 hoặc K20) và có thể được sử dụng cho tiện, phay, bào và khoan; thép có kích thước hạt nhỏ hơn hoặc hàm lượng coban thấp hơn và độ cứng cao hơn có thể được phân loại là thép tinh (như C4 hoặc K01); thép có kích thước hạt lớn hơn hoặc hàm lượng coban cao hơn và độ dẻo dai tốt hơn có thể được phân loại là thép thô (như C1 hoặc K30).
Các dụng cụ làm từ hợp kim Simplex có thể được sử dụng để gia công gang, thép không gỉ серии 200 và 300, nhôm và các kim loại màu khác, siêu hợp kim và thép tôi cứng. Các hợp kim này cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng cắt phi kim loại (ví dụ: dụng cụ khoan đá và địa chất), và chúng có kích thước hạt từ 1,5-10μm (hoặc lớn hơn) và hàm lượng coban từ 6%-16%. Một ứng dụng khác của hợp kim cacbua đơn giản trong cắt phi kim loại là trong sản xuất khuôn và đột dập. Các hợp kim này thường có kích thước hạt trung bình với hàm lượng coban từ 16%-30%.
(2) Các loại cacbua xi măng vi tinh thể
Các loại thép này thường chứa từ 6% đến 15% coban. Trong quá trình thiêu kết pha lỏng, việc bổ sung cacbua vanadi và/hoặc cacbua crom có thể kiểm soát sự phát triển hạt để thu được cấu trúc hạt mịn với kích thước hạt nhỏ hơn 1 μm. Loại thép hạt mịn này có độ cứng rất cao và độ bền đứt ngang trên 500 ksi. Sự kết hợp giữa độ bền cao và độ dẻo dai đủ cho phép các loại thép này sử dụng góc thoát phôi dương lớn hơn, giúp giảm lực cắt và tạo ra phôi mỏng hơn bằng cách cắt thay vì đẩy vật liệu kim loại.
Thông qua việc xác định chất lượng nghiêm ngặt các nguyên liệu thô khác nhau trong sản xuất các loại bột cacbua xi măng, và kiểm soát chặt chẽ các điều kiện quá trình thiêu kết để ngăn ngừa sự hình thành các hạt có kích thước bất thường trong cấu trúc vi mô của vật liệu, có thể thu được các đặc tính vật liệu phù hợp. Để giữ cho kích thước hạt nhỏ và đồng đều, bột tái chế chỉ nên được sử dụng nếu có sự kiểm soát hoàn toàn về nguyên liệu thô và quy trình thu hồi, cùng với việc kiểm tra chất lượng toàn diện.
Các loại thép vi tinh thể có thể được phân loại theo hệ thống cấp M trong hệ thống cấp ISO. Ngoài ra, các phương pháp phân loại khác trong hệ thống cấp C và hệ thống cấp ISO cũng tương tự như các loại thép nguyên chất. Thép vi tinh thể có thể được sử dụng để chế tạo các dụng cụ cắt vật liệu mềm hơn, vì bề mặt của dụng cụ có thể được gia công rất nhẵn và duy trì được độ sắc bén cực cao.
Các loại vật liệu vi tinh thể cũng có thể được sử dụng để gia công các siêu hợp kim gốc niken, vì chúng có thể chịu được nhiệt độ cắt lên đến 1200°C. Đối với việc gia công các siêu hợp kim và các vật liệu đặc biệt khác, việc sử dụng các dụng cụ làm từ vật liệu vi tinh thể và vật liệu nguyên chất chứa ruthenium có thể đồng thời cải thiện khả năng chống mài mòn, chống biến dạng và độ dẻo dai của chúng. Vật liệu vi tinh thể cũng thích hợp cho việc chế tạo các dụng cụ quay như mũi khoan tạo ra ứng suất cắt. Có một loại mũi khoan được làm từ các loại vật liệu composite cacbua xi măng. Trong các bộ phận cụ thể của cùng một mũi khoan, hàm lượng coban trong vật liệu thay đổi, do đó độ cứng và độ dẻo dai của mũi khoan được tối ưu hóa theo nhu cầu gia công.
(3) Các loại hợp kim cacbua xi măng
Các mác thép này chủ yếu được sử dụng để cắt các chi tiết thép, hàm lượng coban thường từ 5% đến 10%, và kích thước hạt dao động từ 0,8 đến 2 μm. Bằng cách thêm 4% đến 25% cacbua titan (TiC), có thể giảm hiện tượng cacbua vonfram (WC) khuếch tán lên bề mặt phôi thép. Độ bền của dụng cụ, khả năng chống mài mòn miệng hố và khả năng chống sốc nhiệt có thể được cải thiện bằng cách thêm đến 25% cacbua tantan (TaC) và cacbua niobi (NbC). Việc bổ sung các cacbua lập phương này cũng làm tăng độ cứng khi nung nóng của dụng cụ, giúp tránh biến dạng nhiệt của dụng cụ trong quá trình cắt nặng hoặc các hoạt động khác mà lưỡi cắt sẽ tạo ra nhiệt độ cao. Ngoài ra, cacbua titan có thể cung cấp các điểm mầm trong quá trình thiêu kết, cải thiện tính đồng nhất của sự phân bố cacbua lập phương trong phôi.
Nhìn chung, độ cứng của các loại hợp kim cacbua xi măng nằm trong khoảng HRA91-94, và độ bền gãy ngang là 150-300ksi. So với các loại nguyên chất, các loại hợp kim có khả năng chống mài mòn và độ bền kém hơn, nhưng lại có khả năng chống mài mòn dính tốt hơn. Các loại hợp kim có thể được chia thành C5-C8 trong hệ thống cấp C, và có thể được phân loại theo dãy cấp P và M trong hệ thống cấp ISO. Các loại hợp kim có tính chất trung gian có thể được phân loại là các loại đa dụng (như C6 hoặc P30) và có thể được sử dụng cho các công đoạn tiện, taro, bào và phay. Các loại cứng nhất có thể được phân loại là các loại gia công tinh (như C8 và P01) dùng cho các công đoạn tiện và khoan tinh. Các loại này thường có kích thước hạt nhỏ hơn và hàm lượng coban thấp hơn để đạt được độ cứng và khả năng chống mài mòn cần thiết. Tuy nhiên, các đặc tính vật liệu tương tự có thể đạt được bằng cách thêm nhiều cacbua lập phương hơn. Các loại có độ dẻo dai cao nhất có thể được phân loại là các loại gia công thô (ví dụ: C5 hoặc P50). Các loại thép này thường có kích thước hạt trung bình và hàm lượng coban cao, với lượng nhỏ cacbua lập phương được thêm vào để đạt được độ dẻo dai mong muốn bằng cách ức chế sự phát triển vết nứt. Trong các hoạt động tiện gián đoạn, hiệu suất cắt có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng các loại thép giàu coban nói trên với hàm lượng coban cao hơn trên bề mặt dụng cụ.
Các loại hợp kim có hàm lượng cacbua titan thấp hơn được sử dụng để gia công thép không gỉ và gang dẻo, nhưng cũng có thể được sử dụng để gia công các kim loại màu như siêu hợp kim gốc niken. Kích thước hạt của các loại này thường nhỏ hơn 1 μm, và hàm lượng coban là 8%-12%. Các loại cứng hơn, chẳng hạn như M10, có thể được sử dụng để tiện gang dẻo; các loại dai hơn, chẳng hạn như M40, có thể được sử dụng để phay và bào thép, hoặc để tiện thép không gỉ hoặc siêu hợp kim.
Các loại hợp kim cacbua xi măng cũng có thể được sử dụng cho mục đích gia công phi kim loại, chủ yếu để sản xuất các bộ phận chịu mài mòn. Kích thước hạt của các loại này thường là 1,2-2 μm, và hàm lượng coban là 7%-10%. Khi sản xuất các loại này, người ta thường thêm một tỷ lệ cao nguyên liệu tái chế, dẫn đến hiệu quả chi phí cao trong các ứng dụng bộ phận chịu mài mòn. Các bộ phận chịu mài mòn cần có khả năng chống ăn mòn tốt và độ cứng cao, điều này có thể đạt được bằng cách thêm cacbua niken và crom khi sản xuất các loại này.
Để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của các nhà sản xuất dụng cụ, bột cacbua là yếu tố then chốt. Các loại bột được thiết kế phù hợp với thiết bị gia công và thông số quy trình của các nhà sản xuất dụng cụ đảm bảo hiệu suất của sản phẩm hoàn thiện và đã tạo ra hàng trăm loại cacbua khác nhau. Tính chất có thể tái chế của vật liệu cacbua và khả năng làm việc trực tiếp với các nhà cung cấp bột cho phép các nhà sản xuất dụng cụ kiểm soát hiệu quả chất lượng sản phẩm và chi phí vật liệu.
Thời gian đăng bài: 18/10/2022
