Węglik spiekany to jeden z najtwardszych i najbardziej odpornych na ścieranie materiałów skrawających. Jest on używany do produkcji narzędzi, obrabiających części z w trudnych warunkach oraz dobrze radzących sobie z obróbką materiałów trudnoobrabialnych.
Węglik spiekany żargonowo jest nazywany również widia, a z niemieckiego VHM (Vollhartmetall).
Jest zdolny do wytrzymania dużego obciążenia, deformacji, wysokiej temperatury i ciśnienia. Jest on używany na narzędzia do pracy w najtwardszych i trudnoobrabialnych materiałach.
Ma on metaliczny połysk i dobrą przewodność cieplną oraz elektryczną.
W uproszczeniu VHM jest dwufazowym materiałem proszkowym, składającym się z fazy materiału twardego oraz fazy metalicznej.
Faza twarda zapewnia wysoką odporność na wycieranie, a część łącząca zapewnia odpowiednią wytrzymałość i ciągliwość.
Węglik spiekany i jego odmiany ze względu na mnogość możliwych kombinacji zawartości spoiwa oraz ziaren (procentowy udział) ma bardzo szerokie spektrum zastosowania. Materiał może zawierać Nikiel oraz inne metale zmieniające jego cechy. Zawartość VHM metali powinna być zawsze uwzględniona pod kątem zastosowań narzędziowych.
Najczęściej spotykanymi odmiana są w różnych proporcjach mieszanki węglika W oraz Co.
Fazę tworzy węglik wolframu (WC) i stanowi on 65-95 % składu. Spoiwem jest natomiast Co, który stanowi od 3 do 27% objętości. Dodatkowo materiał może zawierać małe ilości innych węglików takie jak węglik tytanu (TiC), tantalu (Tac), cyrkonu (Zr), chromu (Cr) czy niobu (NbC).
Jest on uniwersalny, tzn. poprzez spieczenie w odpowiedniej formie możliwe jest wykonanie praktycznie dowolnych kształtów, a jego zastosowanie to m. in. płytki wieloostrzowe wykonane z przeróżnymi domieszkami.
Spieki VHM są znacznie twardsze od stali szybkotnącej, ale wzrost twardości (i odporności na wytarcia) skutkuje spadkiem ciągliwości. Jest to zatem rozwiązanie pośrednie między stalą szybkotnąca konwencjonalną HSS lub proszkową HSS-PM, a ceramiką, CBN, PKD i diamentem naturalnym.
Jak przebiega produkcja węglika spiekanego? Jak należy wytwarzać węglik spiekany.
Proces produkcji ma niebagatelny wpływ na końcową jakość produktu. Jest on wykorzystywany m. in. na narzędzia skrawające i każda niedoskonałość występująca podczas produkcji będzie skutkowała niższą trwałością końcowego narzędzia (np. wiertła czy freza trzpieniowego) lub nawet takie narzędzi może ulec uszkodzeniu, przykładowo wykruszeniu.
Jest on produkowany tylko w oparciu o metalurgię proszków. Przed przystąpieniem do produkcji należy usunąć wszelkie zanieczyszczenia i perfekcyjnie przygotować proszek.
Jak przebiega przygotowanie proszku z węglika spiekanego?
- Wydobycie rudy W
- Rozdzielanie i przetwarzanie – powstanie czystego i skrystalizowanego APW (para wolframian amonu).
- Wyżarzanie w próżni – powstanie niebieskiego tlenku W2O5.
- Wyżarzanie w powietrzu – powstaje zielono-żółty trójtlenek WO3
- Redukcja w temperaturze od 800 do 1000 °C – powstaje czysty proch W.
- Nawęglanie – wymieszanie W z sadzą lub grafitem i podgrzanie do temperatury od 1500 do 2000 °C.
- Dalsze przetwarzanie – ze względu na nieróżnorodny skład, proszek jest mielony na mokro do pożądanej wielkości ziarna oraz granulowany przez suszenie rozpryskowe. Na tym etapie dodawane są również pozostałe pierwiastki i związki węglików metali trudno topliwych jak TiC, TaC, NbC, Cr3C2, VC czy MoC oraz Co (kobalt – spoiwo), Fe czy Ni.
- Materiał pod postacią granulatu jest gotowy do formowania.
Jak przebiega formowanie węglika spiekanego? Metoda metalurgii proszkowej z węglików.
Formowanie wykonuje się przy pomocy różnych metod prasowania i formownia:
- Prasowanie – w wyniku prasowania w matrycy proch w zostaje zagęszczony i uzyskuje określony kształt
- Prasowanie na mokro wraz z formowaniem (tzw. Wet Bag) – proch wypełnia gumowe rękawy znajdujące się w stalowych klatkach, które są następnie zamontowane na prasie, gdzie wykonywany jest proces CIP (Cold Isostaic Pressing). Poprzez prasowanie izostatyczne na zimno, proch zostaje uformowany w półfabrykat.
- Wyciskanie lub ekstruzja – tą metodą wytwarzane są pręty oraz listwy, proch z dodatkiem środka uplastyczniającego jest wyciskany przez odpowiednią matrycę, a następnie przycinany na określony, wymagany wymiar.
- Po etapie wyciskania lub ekstruzji może, ale nie musi wystąpić proces zgrubnego skrawania w celu poprawienia kształtu lub nadania mu specjalnych cech.
Pręty z dwoma kanałami chłodzącymi
Na czym polega spiekanie węglika pod wysokim ciśnienie HIP – hot isostatic pressing
Właściwości użytkowe VHM uzyskuje dopiero po procesie spiekania izostatycznego na gorąco w próżniowych piecach indukcyjnych lub oporowych.
- Uformowany materiał jest poddawany podgrzaniu w temperaturze ok 1500 °C, w tej temperaturze Co staje się płynny.
- Ziarna węgliku wolframu otaczane są przez kobalt tworząc trwałe spoiwo.
- Części podczas spiekania redukują swoją objętość nawet do 25%.Przy spiekaniu węglików należy bardzo dokładnie zaprojektować formę oraz oszacować stopień skurczu. Wymiary półfabrykatu węglikowego nie mogą odbiegać od założeń.
Przy próżniowym spiekaniu należy bardzo dokładnie zaprojektować formę oraz oszacować stopień skurczu. Wymiary półfabrykatu nie mogą odbiegać od założeń.
Proces spiekania pod wysokim ciśnieniem umożliwia również częściową eliminację resztki porowatości. Porowatość ma bardzo negatywny wpływ na cechy użytkowe materiałów VHM wykorzystywanych na narzędzia skrawające. Proces prasowania izostatycznego na gorąco HIP przy ciśnieniu 100 barów powoduje plastyczne odkształcenie materiału doprowadzając do jego rozszerzenia oraz zamknięcia porów.
Po wyprodukowaniu części należy przeprowadzić testy twardości, gęstości, pomiaru siły koercji oraz wykonać analizę struktury i porowatości. Jest odporny na działanie wysokich temperatur.
Obróbka wykańczająca surowych półfabrykatów z węglika spiekanego
Najpopularniejszymi metodami technologicznej zmiany wymiarów części VHM są:
- Szlifowanie
- Obróbka elektroerozyjna drutem
- Elektrodrążenie wgłębne
- Ewentualne polerowanie
Polerowane pręty / wałki bez kanałów chłodzących
Twardość jako najważniejsza właściwość, Widia i zastosowanie węglika spiekanego.
Zastosowanie oraz części wykonane z tego rodzaju materiału posiadają doskonałe właściwości fizyczne i skrawne, umożliwiając użycie wysokiej prędkości skrawania. VHM jest idealnym materiałem do wytwarzania tych samych części w powtarzalnym procesie produkcyjnym. Dodatki takie jak dodatek węglika tytanu zmieniają cechy materiału, dzięki czemu można go dostosować pod dane zadanie technologiczne. Proces produkcyjny i wysoka wytrzymałość węglików i narzędzi wykonanych z węglików spiekanych (narzędzia z węglików spiekanych wykorzystuje się m. in. w górnictwie do produkcji narzędzi górniczych), pozwala na wydajną produkcję. Różne właściwości i wysoka twardość węglików i odporność na ścieranie pozwalają na użycie do procesów obróbki skrawaniem. Narzędzia z widii znajdują szerokie zastosowanie w produkcji. Ostrze VHM, dzięki wysokiej twardości Vickersa, ma doskonałe właściwości skrawne. Żelazo, żeliwo, aluminium, stale miękkie i zahartowane, tytan czy inne materiały nie stanowią dla nich problemu. Przy korzystaniu z narzędzi należy opracować odpowiedni proces technologiczny. Spiek po stępieniu może pękać i narzędzie będzie nadawać się tylko na złom. Im drobniejsze jest ziarno tym różne cechy. Recykling pozostałości, jak zużyte wiertła, płytki oraz frezy i popularność skupu, minimalizuje negatywny wpływ na środowisko Skup węglika spiekanego jest m.in. popularną metodą jego utylizacji i ponownego wykorzystania.
Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą oraz pozostałymi artykułami w zakresie tego rodzaju materiałów, które charakteryzują się wysoką częstotliwością zastosowania w przemyśle.
Poniżej możesz sprawdzić co możemy zaoferować, materiał ten z dobrymi właściwościami skrawnymi i odpornością na wysoką temperaturę jest wykorzystywany do produkcji elementów tnących oraz wykorzystuje się do produkcji w przedmiotach codziennego użytku.
- Oferta:
- Artykuły:
o.o Nasze dane osobowe znajdziesz na dole strony, a adres poczty elektronicznej i numer telefonu znajdziesz po prawej stronie ekranu w ikonkach o zmieniających się kolorach. o.o
Źródła:
1. Cichosz P., Narzędzia skrawające, WNT, Warszawa, 2006, ISBN 83-204-3181-6
