Phân loại và hiệu năng của vật liệu dụng cụ hợp kim cacbua xi măng

1. Độ cứng: Hợp kim cacbua xi măng chứa một lượng lớn các cacbua cứng (như WC, TiC), làm cho độ cứng của nó cao hơn nhiều so với vật liệu thép tốc độ cao. Độ cứng của hợp kim cacbua xi măng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt, nói chung cao hơn nhiều so với thép tốc độ cao.

Hàm lượng pha liên kết coban càng cao thì độ cứng của hợp kim càng thấp.

Vì TiC cứng hơn WC, nên hợp kim WC-TiC-Co có độ cứng cao hơn hợp kim WC-Co. Hàm lượng TiC càng cao thì độ cứng càng cao.

Việc thêm TaC vào hợp kim WC-Co làm tăng độ cứng khoảng 40 đến 100 HV; thêm NbC làm tăng độ cứng từ 70 đến 150 HV.

2. Độ bền: Độ bền uốn của hợp kim cacbua xi măng chỉ bằng khoảng 1/3 đến 1/2 so với vật liệu thép tốc độ cao.

Hàm lượng coban càng cao thì độ bền của hợp kim càng cao.

Các hợp kim chứa TiC có độ bền thấp hơn so với các hợp kim không chứa TiC; hàm lượng TiC càng cao thì độ bền càng thấp.

Việc thêm TaC vào hợp kim cacbua xi măng WC-TiC-Co làm tăng độ bền uốn và cải thiện đáng kể khả năng chống sứt mẻ và gãy vỡ của lưỡi cắt. Khi hàm lượng TaC tăng lên, độ bền mỏi cũng được cải thiện.

Cường độ chịu nén của hợp kim cacbua xi măng cao hơn từ 30% đến 50% so với thép tốc độ cao.

3. Độ bền Độ bền của hợp kim cacbua xi măng thấp hơn nhiều so với thép tốc độ cao.

Các hợp kim chứa TiC có độ dẻo dai thấp hơn so với các hợp kim không chứa TiC; khi hàm lượng TiC tăng lên, độ dẻo dai giảm xuống.

Trong hợp kim WC-TiC-Co, việc thêm một lượng TaC thích hợp có thể làm tăng độ dẻo dai lên khoảng 10% trong khi vẫn duy trì khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn.

Do độ bền thấp hơn, hợp kim cacbua xi măng không phù hợp với các điều kiện có va đập hoặc rung động mạnh, đặc biệt là ở tốc độ cắt thấp, nơi hiện tượng bám dính và vỡ vụn xảy ra nghiêm trọng hơn.

4. Tính chất vật lý nhiệt: Độ dẫn nhiệt của hợp kim cacbua xi măng cao hơn khoảng 2 đến 3 lần so với thép tốc độ cao.

Do độ dẫn nhiệt của TiC thấp hơn so với WC, nên hợp kim WC-TiC-Co có độ dẫn nhiệt thấp hơn hợp kim WC-Co. Hàm lượng TiC càng cao thì độ dẫn nhiệt càng kém.

5. Khả năng chịu nhiệt: Hợp kim cacbua xi măng có khả năng chịu nhiệt cao hơn nhiều so với thép tốc độ cao và có thể thực hiện gia công ở nhiệt độ từ 800 đến 1000°C với khả năng chống biến dạng dẻo tốt ở nhiệt độ cao.

Việc thêm TiC làm tăng độ cứng ở nhiệt độ cao. Do nhiệt độ hóa mềm của TiC cao hơn WC, nên độ cứng của hợp kim WC-TiC-Co giảm chậm hơn theo nhiệt độ so với hợp kim WC-Co. Lượng TiC càng nhiều và lượng coban càng ít, độ giảm càng nhỏ.

Việc bổ sung TaC hoặc NbC (với nhiệt độ hóa mềm cao hơn TiC) sẽ làm tăng thêm độ cứng và độ bền ở nhiệt độ cao.

6. Tính chất chống bám dính: Nhiệt độ bám dính của hợp kim cacbua xi măng cao hơn so với thép tốc độ cao, giúp nó có khả năng chống mài mòn do bám dính tốt hơn.

Nhiệt độ bám dính của coban với thép thấp hơn nhiều so với WC; khi hàm lượng coban tăng lên, nhiệt độ bám dính giảm xuống.

Nhiệt độ bám dính của TiC cao hơn so với WC, do đó hợp kim WC-TiC-Co có nhiệt độ bám dính cao hơn (khoảng 100°C) so với hợp kim WC-Co. TiO2 hình thành ở nhiệt độ cao trong quá trình cắt gọt làm giảm độ bám dính.

TaC và NbC có nhiệt độ bám dính cao hơn TiC, giúp cải thiện tính chất chống bám dính. Độ bám dính của TaC với vật liệu phôi chỉ bằng một phần nhỏ đến vài phần mười so với WC.

7. Độ ổn định hóa học: Khả năng chống mài mòn của dụng cụ hợp kim cacbua gắn liền với độ ổn định vật lý và hóa học của chúng ở nhiệt độ làm việc.

Nhiệt độ oxy hóa của hợp kim cacbua xi măng cao hơn so với thép tốc độ cao.

Nhiệt độ oxy hóa của TiC cao hơn nhiều so với WC, do đó hợp kim WC-TiC-Co bị oxy hóa ít hơn ở nhiệt độ cao so với hợp kim WC-Co; hàm lượng TiC càng cao thì khả năng chống oxy hóa càng mạnh.

Nhiệt độ oxy hóa của TaC cũng cao hơn so với WC, và các hợp kim chứa TaC và NbC có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao tốt hơn. Tuy nhiên, hàm lượng coban cao hơn lại làm cho quá trình oxy hóa dễ xảy ra hơn.