Vật liệu hợp kim được tạo ra từ hỗn hợp cứng của kim loại chịu nhiệt và kim loại liên kết thông qua quy trình luyện kim bột. Cacbua xi măng có một loạt các đặc tính tuyệt vời như độ cứng cao, khả năng chống mài mòn, độ bền và độ dẻo dai tốt, khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn, đặc biệt là độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, về cơ bản vẫn không thay đổi ngay cả ở nhiệt độ 500°C, vẫn giữ được độ cứng cao ở 1000℃. Cacbua được sử dụng rộng rãi làm vật liệu dụng cụ, chẳng hạn như dao tiện, dao phay, dao bào, mũi khoan, dụng cụ doa, v.v., để cắt gang, kim loại màu, nhựa, sợi hóa học, than chì, thủy tinh, đá và thép thông thường, và cũng có thể được sử dụng để cắt các vật liệu khó gia công như thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép mangan cao, thép dụng cụ, v.v. Tốc độ cắt của các dụng cụ cacbua mới hiện nay cao gấp hàng trăm lần so với thép cacbon.
Ứng dụng hợp kim cacbua xi măng
(1) Vật liệu dụng cụ
Cacbua là vật liệu chế tạo dụng cụ chiếm tỷ lệ lớn nhất, có thể được sử dụng để chế tạo các dụng cụ tiện, dao phay, bào, mũi khoan, v.v. Trong đó, cacbua vonfram-cobalt thích hợp cho gia công phoi ngắn đối với kim loại đen và kim loại màu, cũng như gia công các vật liệu phi kim loại như gang, đồng thau đúc, bakelite, v.v.; cacbua vonfram-titan-cobalt thích hợp cho gia công phoi dài hạn đối với kim loại đen như thép. Trong số các hợp kim tương tự, những hợp kim có hàm lượng cobalt cao hơn thích hợp cho gia công thô, và những hợp kim có hàm lượng cobalt thấp hơn thích hợp cho gia công tinh. Cacbua xi măng đa dụng có tuổi thọ gia công dài hơn nhiều so với các loại cacbua xi măng khác đối với các vật liệu khó gia công như thép không gỉ.
(2) Vật liệu khuôn
Hợp kim cacbua xi măng chủ yếu được sử dụng cho các khuôn gia công nguội như khuôn kéo nguội, khuôn đột nguội, khuôn ép đùn nguội và khuôn dập nguội.
Khuôn dập nguội bằng cacbua cần có độ bền va đập, độ bền gãy, độ bền mỏi, độ bền uốn và khả năng chống mài mòn tốt trong điều kiện làm việc chịu mài mòn như va đập hoặc va đập mạnh. Các loại hợp kim có hàm lượng coban trung bình và cao, cùng với các loại hợp kim có cấu trúc hạt trung bình và thô thường được sử dụng, ví dụ như YG15C.
Nhìn chung, mối quan hệ giữa khả năng chống mài mòn và độ dẻo dai của hợp kim cacbua xi măng là nghịch đảo: tăng khả năng chống mài mòn sẽ dẫn đến giảm độ dẻo dai, và tăng độ dẻo dai chắc chắn sẽ dẫn đến giảm khả năng chống mài mòn. Do đó, khi lựa chọn mác hợp kim, cần đáp ứng các yêu cầu sử dụng cụ thể tùy thuộc vào đối tượng gia công và điều kiện làm việc.
Nếu mác thép được chọn dễ bị nứt và hư hỏng sớm trong quá trình sử dụng, thì nên chọn mác thép có độ dẻo dai cao hơn; nếu mác thép được chọn dễ bị mài mòn và hư hỏng sớm trong quá trình sử dụng, thì nên chọn mác thép có độ cứng cao hơn và khả năng chống mài mòn tốt hơn. Các mác thép sau: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C. Từ trái sang phải, độ cứng giảm, khả năng chống mài mòn giảm, và độ dẻo dai tăng; ngược lại thì điều ngược lại là đúng.
(3) Dụng cụ đo lường và các bộ phận chống mài mòn
Cacbua được sử dụng cho các lớp phủ bề mặt chống mài mòn và các bộ phận của dụng cụ đo lường, ổ trục chính xác của máy mài, tấm dẫn hướng và thanh dẫn hướng của máy mài không tâm, mặt bàn máy tiện và các bộ phận chống mài mòn khác.
Các kim loại liên kết thường là các kim loại thuộc nhóm sắt, phổ biến nhất là coban và niken.
Trong sản xuất hợp kim cacbua xi măng, kích thước hạt của bột nguyên liệu được chọn nằm trong khoảng từ 1 đến 2 micron, và độ tinh khiết rất cao. Nguyên liệu được trộn theo tỷ lệ thành phần quy định, sau đó thêm cồn hoặc các chất trung gian khác vào máy nghiền bi ướt để nghiền ướt, đảm bảo hỗn hợp được trộn đều và mịn. Hỗn hợp được sàng lọc. Tiếp theo, hỗn hợp được tạo hạt, ép và nung nóng đến nhiệt độ gần điểm nóng chảy của kim loại liên kết (1300-1500 °C), pha cứng và kim loại liên kết sẽ tạo thành hợp kim eutectic. Sau khi làm nguội, các pha cứng được phân bố trong mạng lưới cấu tạo từ kim loại liên kết và liên kết chặt chẽ với nhau để tạo thành một khối rắn. Độ cứng của hợp kim cacbua xi măng phụ thuộc vào hàm lượng pha cứng và kích thước hạt, nghĩa là hàm lượng pha cứng càng cao và hạt càng mịn thì độ cứng càng lớn. Độ dẻo dai của hợp kim cacbua xi măng được xác định bởi kim loại liên kết. Hàm lượng kim loại liên kết càng cao thì độ bền uốn càng cao.
Năm 1923, Schlerter người Đức đã thêm 10% đến 20% coban vào bột cacbua vonfram làm chất kết dính, và phát minh ra hợp kim mới gồm cacbua vonfram và coban. Độ cứng của nó chỉ đứng sau kim cương. Đây là loại cacbua xi măng đầu tiên được chế tạo. Khi cắt thép bằng dụng cụ làm từ hợp kim này, lưỡi cắt sẽ nhanh chóng bị mòn, thậm chí bị nứt. Năm 1929, Schwarzkov ở Hoa Kỳ đã thêm một lượng nhất định cacbua vonfram và cacbua titan vào thành phần ban đầu, giúp cải thiện hiệu suất của dụng cụ khi cắt thép. Đây là một thành tựu khác trong lịch sử phát triển cacbua xi măng.
Hợp kim cacbua xi măng có một loạt các đặc tính tuyệt vời như độ cứng cao, khả năng chống mài mòn, độ bền và độ dẻo dai tốt, khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn, đặc biệt là độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, về cơ bản vẫn không thay đổi ngay cả ở nhiệt độ 500°C, và vẫn giữ được độ cứng cao ở 1000℃. Cacbua được sử dụng rộng rãi làm vật liệu dụng cụ, chẳng hạn như dao tiện, dao phay, dao bào, mũi khoan, dụng cụ doa, v.v., để gia công gang, kim loại màu, nhựa, sợi hóa học, than chì, thủy tinh, đá và thép thông thường, và cũng có thể được sử dụng để gia công các vật liệu khó gia công như thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép mangan cao, thép dụng cụ, v.v. Tốc độ cắt của các dụng cụ cacbua mới hiện nay cao gấp hàng trăm lần so với thép cacbon.
Cacbua cũng có thể được sử dụng để chế tạo dụng cụ khoan đá, dụng cụ khai thác mỏ, dụng cụ khoan, dụng cụ đo lường, các bộ phận chống mài mòn, vật liệu mài mòn kim loại, lớp lót xi lanh, vòng bi chính xác, vòi phun, khuôn kim loại (như khuôn kéo dây, khuôn bu lông, khuôn đai ốc và các loại khuôn buộc khác nhau, hiệu suất tuyệt vời của cacbua xi măng đã dần thay thế các khuôn thép trước đây).
Sau đó, hợp kim cacbua xi măng phủ cũng ra đời. Năm 1969, Thụy Điển đã phát triển thành công dụng cụ phủ cacbua titan. Vật liệu cơ bản của dụng cụ là cacbua vonfram-titan-cobalt hoặc cacbua vonfram-cobalt. Lớp phủ cacbua titan trên bề mặt chỉ dày vài micromet, nhưng so với các dụng cụ hợp kim cùng loại, tuổi thọ được kéo dài gấp 3 lần và tốc độ cắt tăng từ 25% đến 50%. Vào những năm 1970, thế hệ dụng cụ phủ thứ tư xuất hiện để gia công các vật liệu khó gia công.
Hợp kim cacbua xi măng được thiêu kết như thế nào?
Cacbua xi măng là một loại vật liệu kim loại được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột từ các cacbua và kim loại kết dính thuộc một hoặc nhiều kim loại chịu nhiệt.
Mcác quốc gia sản xuất chính
Trên thế giới có hơn 50 quốc gia sản xuất cacbua xi măng, với tổng sản lượng khoảng 27.000-28.000 tấn. Các nhà sản xuất chính là Hoa Kỳ, Nga, Thụy Điển, Trung Quốc, Đức, Nhật Bản, Anh, Pháp, v.v. Thị trường cacbua xi măng thế giới về cơ bản đã bão hòa, và sự cạnh tranh trên thị trường rất khốc liệt. Ngành công nghiệp cacbua xi măng của Trung Quốc bắt đầu hình thành vào cuối những năm 1950. Từ những năm 1960 đến những năm 1970, ngành công nghiệp cacbua xi măng của Trung Quốc phát triển nhanh chóng. Đầu những năm 1990, tổng năng lực sản xuất cacbua xi măng của Trung Quốc đạt 6000 tấn, và tổng sản lượng cacbua xi măng đạt 5000 tấn, chỉ đứng sau Nga và Hoa Kỳ, và xếp thứ ba trên thế giới.
Máy cắt WC
① Hợp kim cacbua vonfram và coban
Các thành phần chính là cacbua vonfram (WC) và chất kết dính coban (Co).
Cấp độ của nó được cấu thành từ ký hiệu “YG” (có nghĩa là “cứng và chứa coban” trong tiếng Trung Quốc) và tỷ lệ phần trăm hàm lượng coban trung bình.
Ví dụ, YG8 có nghĩa là WCo trung bình = 8%, phần còn lại là cacbua vonfram-cobalt của cacbua vonfram.
Dao TIC
②Cacbua vonfram-titan-cobalt
Các thành phần chính là cacbua vonfram, cacbua titan (TiC) và coban.
Thành phần của nó bao gồm “YT” (“cứng, titan” gồm hai chữ Hán trong bảng chữ cái tiếng Trung) và hàm lượng trung bình của cacbua titan.
Ví dụ, YT15 có nghĩa là WTi trung bình = 15%, phần còn lại là cacbua vonfram và cacbua vonfram-titan-cobalt có chứa cobalt.
Dụng cụ vonfram titan tantali
③Cacbua xi măng vonfram-titan-tantalum (niobi)
Các thành phần chính là cacbua vonfram, cacbua titan, cacbua tantali (hoặc cacbua niobi) và coban. Loại cacbua xi măng này còn được gọi là cacbua xi măng thông dụng hoặc cacbua xi măng phổ thông.
Cấp độ của nó được cấu thành từ “YW” (tiền tố ngữ âm tiếng Trung của “hard” và “wan”) cộng với một số thứ tự, ví dụ như YW1.
Đặc tính hiệu suất
Các mảnh ghép hàn cacbua
Độ cứng cao (86～93HRA, tương đương 69～81HRC);
Độ cứng nhiệt tốt (lên đến 900～1000℃, duy trì ở mức 60HRC);
Khả năng chống mài mòn tốt.
Dụng cụ cắt bằng cacbua có tốc độ nhanh hơn từ 4 đến 7 lần so với thép tốc độ cao, và tuổi thọ cao hơn từ 5 đến 80 lần. Đối với việc sản xuất khuôn mẫu và dụng cụ đo lường, tuổi thọ cao hơn từ 20 đến 150 lần so với thép hợp kim. Nó có thể cắt được các vật liệu cứng với độ cứng khoảng 50HRC.
Tuy nhiên, hợp kim cacbua cứng giòn và không thể gia công, và khó chế tạo các dụng cụ nguyên khối có hình dạng phức tạp. Do đó, người ta thường chế tạo các lưỡi dao có hình dạng khác nhau, sau đó lắp chúng vào thân dụng cụ hoặc thân khuôn bằng cách hàn, dán, kẹp cơ khí, v.v.
Thanh có hình dạng đặc biệt
Thiêu kết
Quá trình đúc thiêu kết hợp kim cacbua xi măng bao gồm việc ép bột thành phôi, sau đó đưa vào lò thiêu kết để nung nóng đến một nhiệt độ nhất định (nhiệt độ thiêu kết), giữ ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định (thời gian giữ nhiệt), rồi làm nguội để thu được vật liệu cacbua xi măng có các đặc tính yêu cầu.
Quá trình thiêu kết hợp kim cacbua xi măng có thể được chia thành bốn giai đoạn cơ bản:
1: Trong giai đoạn loại bỏ chất tạo hình và nung sơ bộ, vật liệu sau khi nung sẽ thay đổi như sau:
Trong quá trình loại bỏ chất tạo khuôn, khi nhiệt độ tăng lên ở giai đoạn đầu của quá trình thiêu kết, chất tạo khuôn dần dần bị phân hủy hoặc bay hơi, và vật thể thiêu kết bị loại bỏ. Loại, số lượng và quy trình thiêu kết là khác nhau.
Các oxit trên bề mặt bột bị khử. Ở nhiệt độ thiêu kết, hydro có thể khử các oxit coban và vonfram. Nếu chất tạo khuôn được loại bỏ trong chân không và tiến hành thiêu kết, phản ứng cacbon-oxy sẽ không mạnh. Ứng suất tiếp xúc giữa các hạt bột dần được loại bỏ, bột kim loại liên kết bắt đầu phục hồi và tái kết tinh, sự khuếch tán bề mặt bắt đầu xảy ra, và độ bền ép được cải thiện.
2: Giai đoạn thiêu kết pha rắn (800℃ – nhiệt độ eutectic)
Ở nhiệt độ trước khi xuất hiện pha lỏng, ngoài việc tiếp tục quá trình của giai đoạn trước, phản ứng pha rắn và khuếch tán được tăng cường, dòng chảy dẻo được thúc đẩy, và vật thể thiêu kết co lại đáng kể.
3: Giai đoạn thiêu kết pha lỏng (nhiệt độ eutectic – nhiệt độ thiêu kết)
Khi pha lỏng xuất hiện trong vật liệu thiêu kết, quá trình co ngót diễn ra nhanh chóng, tiếp theo là sự biến đổi tinh thể học để hình thành cấu trúc cơ bản và cấu trúc của hợp kim.
4: Giai đoạn làm nguội (nhiệt độ thiêu kết – nhiệt độ phòng)
Ở giai đoạn này, cấu trúc và thành phần pha của hợp kim có một số thay đổi tùy thuộc vào điều kiện làm nguội. Đặc điểm này có thể được sử dụng để nung nóng hợp kim cacbua xi măng nhằm cải thiện các tính chất vật lý và cơ học của nó.
Thời gian đăng bài: 11/04/2022
