Gatunki węglików spiekanych - metody wytwarzania, skład chemiczny, własności węglików.  DIN ISO 513.

Węglik spiekany można podzielić na wiele gatunków, między innymi poprzez wielkość ziarna.

• Submikronowe („nano”) <2 μm
• Drobne
• Średnie
• Duże (zgrubne, gruboziarniste) > 5 μm

Najczęściej używana nomenklatura do określenia rodzajów/gatunków to DIN ISO 513.

Właściwości VHM w funkcji zawartości kobaltu Co i wielkości ziarna WC

Podstawowe wartości określające właściwości materiału VHM:

• Twardość – zdolność materiału do deformacji pod wpływem działających sił, rośnie wraz ze zmniejszeniem zawartości kobaltu oraz wielkości ziarna węglika wolframu.
• Odporność na zginanie – odporność na zginanie rośnie wraz ze zwiększeniem zawartości kobaltu oraz zmniejszeniem wielkości ziarna węglika wolframu.
• Ciągliwość (wytrzymałość) – zdolność materiału do przyjęcia obciążenia bez deformacji, ciągliwość półfabrykatów z węglika spiekanego rośnie wraz ze zwiększeniem zawartości kobaltu oraz wielkości ziaren węglika wolframu

Ponadto dodatek tytanu pozwala na dodatkowe zwiększenie twardości (odporności na ścieranie) ale powoduje większą kruchość.

Zwiększenie fazy spoiwa kobaltu powoduje większą miękkości i ciągliwość, a zwiększenie rozmiaru ziarna WC powoduje większą skłonność do pękania.

Węglik spiekany charakteryzuje się wysoką odpornością na ścieranie i pozwala na obróbkę ze znacznie wyższymi parametrami skrawania, znacznie skracając czas produkcji. Ponadto twarde gatunki węglików mają podwyższoną udarność i są żaroodporne. Węgliki spiekane o małej ziarnistości wykorzystywane są ponadto do produkcji części o małych lub mikro wymiarach. Węglik spiekany cechuje się również znacznie większą gęstością od np. stali, stąd ciężar analogicznych wymiarowo narzędzi z węglika spiekanego jest znacznie większy.

Dobór odpowiedniego gatunku pozwala na zwiększenie twardości i odporności na ścieranie, wytrzymałości na zginanie, czy odporności na wysokie temperatury. 

Twardość – przykładowe zastosowanie:

Dysza do cięcia wody wykonana z VHM

• Dysze do cięcia strumienie wody
• Rodzaj obciążenia – ścieranie oraz korozja
• Zalecane gatunki widii:
  • Duża twardość powyżej 2000 HV30
  • Małe ziarno < 0,5um
  • Mała zawartość Co <0,4%
  • Zwiększenie odporności na korozję poprzez dodatek Cr₃C₂

Odporność na zginanie – przykładowe zastosowanie:

Mikrowiertła wykonane z prętów VHM - mikrowiertła z pokryciami

• Rodzaj obciążenia – ścieranie oraz zginanie
• Zalecane gatunki widii:
  • Wysoka odporność na zginanie > 4000 MPa (mała średnica i duża wiotkość, podatność na złamanie)
  • Małe ziarno: <0,5 um
  • Średnia zawartość Co 8-9%
  • Wysoka odporność na zużycie ścierne – 1900-2000 HV30

Ciągliwość (wytrzymałość) – przykładowe zastosowanie:

• Walcowanie na gorąco
• Rodzaj obciążenia – ścieranie, naprężenia udarowe
• Zalecane gatunki:
  • Wysoka odporność na wykruszenia
  • Średnia odporność na zużycie ścierne ok. 1000 HV30
  • Średnia zawartość kobaltu 20%
  • Duże lub bardzo duże ziarno WC

Narzędzia do walcowania wykonane z VHM

Twardość i właściwości węglika spiekanego

Twardość mierzona jest w skali Vickersa (w UE) oraz Rockwella (USA). Twardość wysoka i osiąga nawet 2000 HV. Twardość i wysoka odporność temperaturowa (zachowując swoje właściwości skrawne do 850 °C) są niebywałymi zaletami, ale minusem tego materiału jest jego zwiększona kruchość. Narzędzia z VHM mogą być w pełni monolityczne (jak np. wiertła, frezy trzpieniowe, frezy ślimakowe czy gwintowniki) lub być częścią narzędzia skrawającego. Jest ona wtedy łączona z korpusem poprzez lutowanie (połączenie trwałe) lub rozłącznie poprzez łączenia mechaniczne.

Ponadto płytki węglikowe lub narzędzia monolityczne pokrywa się dodatkowymi powłokami TiN, TiC, TiAlN i pozostałymi. Pozwala to na znacznie zwiększenie trwałości i minimalizuje ryzyko wykruszeń.

WC jest materiałem niemagnetycznym, jednak po połączeniu ze spoiwem kobaltowym będzie przyciągany przez magnes. Jest on również dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego, za przewodnictwo odpowiada wolfram.

Materiał VHM może ulegać korozji. Jest to spowodowane powierzchniowym utlenianiem kobaltu. Jednakże korozja ta nie ma negatywnego wpływu na właściwości skrawne narzędzi.

Zagrożenia skutkujące niższą trwałością węglików spiekanych

• Korozja - VHMy są podatne na korozję, szczególnie w zastosowaniach takich jak narzędzia do wykrawania lub tłoczenia. Głównie węglik wolframu WC posiada niejednorodną strukturę, co skutkuje korozją i oddzieleniem się kobaltowego spoiwa od jego struktury. Korozja może wystąpić między innymi podczas obróbki (np. elektroerozyjnej).
• Stabilność krawędzi – źle dobrany gatunek może mieć zbyt dużą twardość i jednocześnie zbyt małą odporność na pękanie. W wyniku dynamicznych obciążeń i zbyt dużej prędkości skrawania mogą powstawać wtedy odpryski (ukruszenia) krawędzi tnącej. Natomiast zbyt niska twardość będzie powodowała odkształcenia krawędzi tnącej. Ostatecznie nawet dobrze dobrane proporcje przy niejednorodnej strukturze mogą powodować ukruszenia podczas obróbki. 
• Adhezja – VHM jest skłonny do adhezji, aczkolwiek każdorazowo należy tutaj rozpatrywać nie tylko materiał narzędzia, ale również materiał obrabianej części oraz zastosowany środek smarujący.Zastosowanie węglików spiekanych wg przemysłu

Zastosowanie węglików spiekanych wg przemysłu

Pręty z kanałami chodzącymi

• Przemysł lotniczy –  na narzędzia do kalibracji, matryce i stemple do wyciskania
• Przemysł elektryczny, elektroniczny i budowlany –  na narzędzia ciągarskie i trzpienie
• Przemysł meblarski i farmaceutyczny –  na narzędzia do prasowania oraz produkcji stempli i matryc
• Przemysł medyczny –  na pręty i rurki wielokanałowe
• Przemysł samochodowy (automotive) – na pierścienie, sworznie, tuleje
• Przemysł obronny – na części do karabinów oraz pistoletów
• Przemysł górniczy –  na zbrojenie narzędzi górniczych (końcówki raczków) do wiercenia otworów strzałowych, na kilofki do maszyn wrębowych, wiertła obrotowo-udarowe lub słupki do koron wiertniczych
• Przemysł papierniczy i drukarski –  na noże do gilotyn i trymerów, obrotowe, okrągłe i poprzeczne
• Przemysł jubilerski – na obudowy zegarków i biżuteria
• Przemysł stalowy i walcowniczy – pierścienie oraz rolki prowadzące
• Przemysł narzędziowy – pręty i półfabrykaty na narzędzia skrawające, również narzędzia do prasowania oraz produkcji stempli i matryc

Ponadto VHM może zostać użyty do produkcji:

• Gwoździ, nitów, śrub, wkładek oraz oprawek zaciskowych do różnych profili.
• Pozostałych części – głowic wiertniczych, kłów tokarskich, ciągadeł, oczek przeciągarek, wierteł stomatologicznych itp.

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą oraz pozostałymi artykułami w zakresie prętów i półfabrykatów z widii.

• Oferta:
  • Pręty i półfabrykaty z węglika spiekanego bez kanałów chłodzących - tutaj.
  • Pręty z węglika spiekanego z kanałami chłodzącymi - tutaj.
  • Półfabrykaty i części z węglika spiekanego - tutaj. 
• Artykuły:
  • Co to jest węglik spiekany i jak powstaje? - tutaj.
  • Jakie są metody obróbki węglika spiekanego? - tutaj.  
  • Rodzaje połączeń stosowane w węglikach spiekanych - tutaj.
  • Tolerancje prętów z węglika spiekanego z firmy Gesac - tutaj.  

Podsumowując inny VHM jest stosowany do obróbki tworzyw sztucznych, żeliwa, metali nieżelaznych, stali czy metali trudnoobrabialnych i materiałów twardych. Odporność na zużycie spieku musi zostać dobrana pod obróbkę odpowiedniego materiału jak obróbka stali nierdzewnej, czy inne stopy z dodatkami. 

Obróbka zgrubna i obróbka wykańczająca - obróbki materiałów dających zarówno długi wiór i krótkie wióry, odpowiedni dobór proszku do spieczenia węglika o wysokich właściwościach skrawnych do materiału do obróbki skrawaniem.

Dodanie węglika tytanu lub domieszek niklu, niobu i materiału wiążącego, różne gatunki węglików z wysoką twardością mają inne zastosowanie przy obróbce. Chropowatość powierzchni, duże odporność na zużycie i większa odporność na temperaturę. Gatunki stosowane do obróbki, zawierające głównie WC nadają się na narzędzi do obróbki plastycznej, gdzie gatunek węglika o dużej wytrzymałości jest niezbędny.  

Odporność na ścieranie w wysokiej temperaturze zależy od ich składu chemicznego.

Materiały te dzięki wysokiej twardości i odporności nadają się do obróbki całej palety grup materiałów, w tych również materiałów narzędziowych. Końcowe właściwości zależą od ich składu chemicznego. 

Należy jeszcze zawsze rozważyć powłoki z fazy gazowej, osadzanie z fazy gazowej odpowiednich pokryć tylko zwiększa trwałość, twardość i wytrzymałość narzędzia, w tym m. in. płytek wieloostrzowych z węglików metali. 

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą oraz pozostałymi artykułami w zakresie prętów i półfabrykatów z widii.

Węglik spiekany Baildonit, schemat obróbki nożami tokarskim, oznaczenia noży tokarskich wg iso