Войти
Пильный диск со вставками из карбида вольфрама Твердый сплав - твердый материал широко используется в качестве материала для режущего инструмента , а также для других промышленных применений. Он состоит из мелких частиц карбида, скрепленных в композит связующим металлом. В цементированных карбидах в качестве заполнителя обычно используются карбид вольфрама (WC), карбид титана (TiC) или карбид тантала (TaC). Упоминания «карбид» или «карбид вольфрама» в промышленном контексте обычно относятся к этим цементированным композитам.
В большинстве случаев твердосплавные фрезы обеспечивают лучшую чистоту поверхности на детали и позволяют обрабатывать быстрее, чем быстрорежущая сталь или другие инструментальные стали. Твердосплавные инструменты могут выдерживать более высокие температуры на стыке резца и заготовки, чем стандартные инструменты из быстрорежущей стали (что является основной причиной более быстрой обработки). Карбид обычно лучше подходит для резки вязких материалов, таких как углеродистая сталь или нержавеющая сталь, а также в ситуациях, когда другие режущие инструменты изнашиваются быстрее, например, при крупносерийном производстве. бежит.
Цементированные карбиды - это композиты с металлической матрицей, в которых частицы карбида действуют как агрегат, а металлическое связующее служит в качестве матрицы ( наподобие щебня заполнитель в матрице цемента делает бетон). Таким образом, его структура концептуально аналогична структуре шлифовального круга, за исключением того, что абразивные частицы намного меньше; Макроскопически материал твердосплавной фрезы выглядит однородным.
Процесс объединения частиц карбида со связующим называется спеканием или горячим изостатическим прессованием (HIP). Во время этого процесса связующее в конечном итоге перейдет в жидкую фазу, а зерна карбида (с гораздо более высокой точкой плавления) останутся в твердой фазе. В результате этого процесса связующее встраивает / скрепляет зерна карбида и, таким образом, создает композит с металлической матрицей с его отчетливыми свойствами материала. Пластичная металлическая связка от природы компенсирует характерную хрупкость карбидной керамики, тем самым повышая ее прочность и долговечность. Контролируя различные параметры, включая размер зерна, содержание кобальта, дотацию (например, карбиды сплава) и содержание углерода, производитель карбида может адаптировать характеристики карбида к конкретным применениям.
Первым разработанным цементированным карбидом был карбид вольфрама (представленный в 1927 году), в котором используются частицы карбида вольфрама, удерживаемые вместе металлическим кобальтом. С тех пор были разработаны другие твердые сплавы, такие как карбид титана, который лучше подходит для резки стали, и карбид тантала, который прочнее карбида вольфрама.
Было обнаружено, что коэффициент теплового расширения цементированного карбида вольфрама зависит от количества кобальта, используемого в качестве металлического связующего. Для 5,9% кобальта найден коэффициент 4,4 мкм · м · К, тогда как коэффициент составляет около 5,0 мкм · м · К для содержания кобальта 13%. Оба значения действительны только в диапазоне от 20 ° C (68 ° F) до 60 ° C (140 ° F), но дополнительные данные можно получить у Hidnert.
Пластины из карбида вольфрама Карбид на дороже на единицу, чем другие типичные инструментальные материалы, и он более хрупкий, что делает его склонным к сколам и поломкам. Чтобы решить эти проблемы, твердосплавный режущий наконечник часто представляет собой небольшую пластину для более крупного инструмента с наконечником , хвостовик которого изготовлен из другого материала, обычно из углерода . сталь. Это дает преимущество использования карбида на границе раздела резания без высокой стоимости и хрупкости изготовления всего инструмента из твердого сплава. В большинстве современных торцевых фрез используются твердосплавные пластины, а также многие токарные инструменты и концевые фрезы . Тем не менее, в последние десятилетия твердосплавные концевые фрезы также стали более широко использоваться везде, где характеристики применения делают их плюсы (например, более короткое время цикла) перевешивают минусы (упомянутые выше).
Для увеличения срока службы твердосплавных инструментов на них иногда наносят покрытие. Пять таких покрытий: TiN (нитрид титана ), TiC (карбид титана ), Ti (C) N (карбид-нитрид титана ), TiAlN (нитрид алюминия-титана ) и AlTiN (нитрид алюминия-титана ). (Новые покрытия, известные как DLC (алмазоподобный углерод ) начинают появляться на поверхности, обеспечивая режущую способность алмаза без нежелательной химической реакции между настоящим алмазом и железом.) Большинство покрытий обычно повышают твердость инструмента и / или смазывающая способность. Покрытие позволяет режущей кромке инструмента чисто проходить через материал, не прилипая к материалу галлюцинации. Покрытие также помогает снизить температуру, связанную с процессом резания, и увеличить срок службы инструмента. Покрытие обычно наносят термическим способом CVD, а в некоторых случаях - механическим методом PVD. Однако, если осаждение выполняется при слишком высокой температуре, эта-фаза третичного карбида Со 6W6С образуется на границе раздела между карбидом и кобальтовой фазой, что может привести к нарушению адгезии покрытия.
Горные и проходческие режущие инструменты чаще всего оснащены твердосплавными режущими пластинами, так называемыми «долотами». Искусственный алмаз может заменить пуговицы из цементированного карбида только в идеальных условиях, но поскольку бурение горных пород - сложная задача, долота из цементированного карбида остаются наиболее распространенным типом во всем мире.
С середины 1960-х годов сталелитейные заводы по всему миру применяли цементированный карбид для валков своих прокатных станов как для горячей, так и для холодной прокатки. труб, прутков и квартир.
Эта категория содержит бесчисленное количество приложений, но может быть разделена на три основные области:
Некоторые ключевые области, в которых используются детали из цементированного карбида:
Вращающееся полотно настольной пилы, режущее дерево под углом Карбид вольфрама стал популярным материалом в индустрии свадебных украшений из-за своей чрезвычайной твердости и высокая стойкость к царапинам. Учитывая его хрупкость, он склонен к сколам, трещинам или расколам в ювелирных изделиях. Однажды сломанная, не подлежит ремонту.
Первоначальная разработка цементированных и спеченных карбидов произошла в Германии в 1920-х годах. ThyssenKrupp говорит [в историческом настоящем tense], «Спеченный карбид вольфрама был разработан« Исследовательским обществом Osram для электрического освещения »для замены алмазов в качестве материала для обработки металла. Не имея оборудования для использования этого материала в промышленных масштабах, Osram продает лицензию Krupp в конце 1925 года. В 1926 году Krupp выводит на рынок спеченный карбид под названием WIDIA (аббревиатура от WIe DIAmant = как алмаз) ». Справочник по машинному оборудованию указывает дату коммерческого внедрения твердосплавных инструментов как 1927 год. Бургхардт и Аксельрод называют датой их коммерческого внедрения в США 1928 год. Последующие разработки происходили в различных странах.
Хотя маркетинговый ход был слегка гиперболическим (карбиды не совсем равны алмазу), твердосплавные инструменты g предложила улучшение скорости резания и подачи настолько замечательным, что, как быстрорежущая сталь двумя десятилетиями ранее, это заставило разработчиков станков переосмыслить каждый аспект существующих конструкций с прицелом на еще большую жесткость и еще более совершенные подшипники шпинделя .
Во время Второй мировой войны в Германии ощущалась нехватка вольфрама. Было обнаружено, что вольфрам в карбиде режет металл более эффективно, чем вольфрам в быстрорежущей стали, поэтому, чтобы сэкономить на использовании вольфрама, для резки металла в максимально возможной степени использовались карбиды.
Название [de ] стало обобщенным товарным знаком в различных странах и на разных языках, включая английский (widia, ), хотя обобщенное значение никогда не было особенно распространено в английском языке («карбид» - нормальный родовой термин). С 2009 года название было возрождено как торговая марка Kennametal, а торговая марка включает множество популярных марок режущих инструментов. В целях ясной коммуникации возрождение бренда Widia может, естественно, еще больше препятствовать использованию общего смысла.
Первой формой были наконечники без покрытия, припаянные к их стержням. Зажимные индексируемые пластины и широкий спектр современных покрытий - это успехи, достигнутые с тех пор. С каждым десятилетием использование карбида становится менее «особенным» и более повсеместным.
Что касается мелкозернистого твердого металла, была сделана попытка следовать научным и технологическим этапам, связанным с его производством; Однако эта задача не из легких из-за ограничений, налагаемых коммерческими, а в некоторых случаях исследовательскими организациями, не публиковать соответствующую информацию в течение длительного времени после даты первоначальной работы. Таким образом, разместить данные в историческом хронологическом порядке довольно сложно. Однако было возможно установить, что еще в 1929 году, примерно через 6 лет после выдачи первого патента, сотрудники Krupp / Osram выявили положительные стороны измельчения зерна карбида вольфрама. К 1939 году они также обнаружили положительные эффекты добавления небольшого количества ванадия и карбида тантала. Это эффективно контролировало прерывистый рост зерна.
То, что считалось «прекрасным» в одно десятилетие, в следующем считалось не таким хорошим. Таким образом, размер зерна в диапазоне 0,5–3,0 мкм считался прекрасным в первые годы, но к 1990-м годам наступила эра нанокристаллического материала с размером зерна 20–50 нм.
Победит (русский : победи́т) - это спеченный карбидный сплав с содержанием около 90% карбида вольфрама в качестве твердая фаза и около 10% кобальта (Co) в качестве фазы связующего с небольшим количеством дополнительного углерода. Он был разработан в Советском Союзе в 1929 году, описывается как материал, из которого изготавливаются режущие инструменты. Позже был разработан ряд аналогичных сплавов на основе вольфрама и кобальта, и за ними сохранилось название «победит».
Победит обычно получают порошковой металлургией в виде тарелок разных форм и размеров. Производственный процесс заключается в следующем: мелкий порошок карбида вольфрама (или другого тугоплавкого карбида) и мелкий порошок связующего материала, такого как кобальт или никель, смешиваются, а затем прессуются в соответствующие формы. Прессованные пластины спекаются при температуре, близкой к температуре плавления связующего металла, что дает очень плотное и твердое вещество.
Пластины из этого сверхтвердого сплава применяются для изготовления металлорежущего и сверлильного инструмента; они обычно припаиваются к наконечникам режущих инструментов. Последующая термообработка не требуется. Вставки победита на концах сверл по-прежнему очень распространены в России.
СМИ, связанные с твердыми сплавами на Wikimedia Commons