Gli utensili in metallo duro dominano la lavorazione CNC. In alcuni paesi, oltre il 90% degli utensili di tornitura e più del 55% degli utensili di fresatura sono realizzati in metallo duro. Inoltre, il metallo duro è comunemente utilizzato per la produzione di utensili generici come punte e frese frontali. L'uso del metallo duro è in aumento anche in utensili complessi come alesatori, frese a candela, frese per ingranaggi a modulo medio e grande per la lavorazione di superfici di denti temprate e brocce. L'efficienza di taglio degli utensili in metallo duro è da 5 a 8 volte superiore a quella degli utensili in acciaio rapido (HSS). La quantità di metallo rimosso per unità di contenuto di tungsteno è circa 5 volte superiore a quella dell'HSS. Pertanto, l'utilizzo diffuso del metallo duro come materiale per utensili è uno dei modi più efficaci per utilizzare le risorse in modo efficiente, migliorare la produttività di taglio e aumentare i vantaggi economici.
Classificazione dei materiali degli utensili in metallo duro
In base alla composizione chimica principale, il carburo cementato può essere suddiviso in carburo cementato a base di carburo di tungsteno e carburo cementato a base di carbonitruro di titanio (Ti(C,N)), come mostrato nella Tabella 3-1.
Il carburo cementato a base di carburo di tungsteno comprende:
Tungsteno-cobalto (YG)
Tungsteno-cobalto-titanio (YT)
Con aggiunta di carburi rari (YW)
Ogni tipo presenta vantaggi e svantaggi. I carburi aggiunti includono carburo di tungsteno (WC), carburo di titanio (TiC), carburo di tantalio (TaC), carburo di niobio (NbC), ecc., mentre il cobalto (Co) è la fase legante metallica comunemente utilizzata.
Il carburo cementato a base di carbonitruro di titanio è costituito principalmente da TiC (alcuni con l'aggiunta di altri carburi o nitruri), con molibdeno (Mo) e nichel (Ni) come fasi leganti metalliche comunemente utilizzate.
In base alla granulometria, il carburo cementato può essere classificato in:
Carburo cementato ordinario
Carburo cementato a grana fine
Carburo cementato a grana ultrafine
Secondo GB/T 2075—2007, i simboli delle lettere sono i seguenti:
HW: Carburo cementato non rivestito contenente principalmente carburo di tungsteno (WC) con una granulometria ≥1μm
HF: Carburo cementato non rivestito contenente principalmente carburo di tungsteno (WC) con una granulometria <1μm
HT: Carburo cementato non rivestito contenente principalmente carburo di titanio (TiC) o nitruro di titanio (TiN) o entrambi (noto anche come cermet)
HC: I suddetti carburi cementati con rivestimento
L'Organizzazione internazionale per la normazione (ISO) classifica i carburi cementati da taglio in tre categorie:
Classe K (da K10 a K40):
Equivalente alla classe YG cinese (composta principalmente da WC-Co)
Classe P (da P01 a P50):
Equivalente alla classe YT della Cina (composta principalmente da WC-TiC-Co)
Classe M (da M10 a M40):
Equivalente alla classe YW della Cina (composta principalmente da WC-TiC-TaC(NbC)-Co)
I gradi di ciascuna categoria sono rappresentati da un numero compreso tra 01 e 50, che indica una serie di leghe dalla massima durezza alla massima tenacità, per la selezione in vari processi di taglio e condizioni di lavorazione per diversi materiali da lavorare. Se necessario, è possibile inserire un codice intermedio tra due codici di classificazione adiacenti, ad esempio P15 tra P10 e P20, o K25 tra K20 e K30, ma non più di uno. In casi particolari, il codice di classificazione P01 può essere ulteriormente suddiviso aggiungendo un'altra cifra separata da un punto decimale, ad esempio P01.1, P01.2, ecc., per distinguere ulteriormente la resistenza all'usura e la tenacità dei materiali per le operazioni di finitura.
Prestazioni dei materiali per utensili in metallo duro
1. Durezza: il carburo cementato contiene una grande quantità di carburi duri (come WC, TiC), il che rende la sua durezza molto più elevata rispetto a quella degli acciai rapidi. Maggiore è la durezza del carburo cementato, migliore è la sua resistenza all'usura, che è generalmente molto superiore a quella dell'acciaio rapido.
Maggiore è il contenuto di fase legante di cobalto, minore è la durezza della lega.
Poiché il TiC è più duro del WC, le leghe WC-TiC-Co hanno una durezza maggiore rispetto alle leghe WC-Co. Maggiore è il contenuto di TiC, maggiore è la durezza.
L'aggiunta di TaC alle leghe WC-Co aumenta la durezza di circa 40-100 HV; l'aggiunta di NbC la aumenta di 70-150 HV.
2. ResistenzaLa resistenza alla flessione del metallo duro è pari solo a circa 1/3 - 1/2 di quella dei materiali in acciaio rapido.
Maggiore è il contenuto di cobalto, maggiore è la resistenza della lega.
Le leghe contenenti TiC hanno una resistenza inferiore rispetto a quelle senza TiC; maggiore è il contenuto di TiC, minore è la resistenza.
L'aggiunta di TaC al carburo cementato WC-TiC-Co ne aumenta la resistenza alla flessione e aumenta significativamente la resistenza del tagliente a scheggiature e rotture. Con l'aumento del contenuto di TaC, migliora anche la resistenza alla fatica.
La resistenza alla compressione del carburo cementato è dal 30% al 50% superiore a quella dell'acciaio rapido.
3. TenacitàLa tenacità del metallo duro è molto inferiore a quella dell'acciaio rapido.
Le leghe contenenti TiC hanno una tenacità inferiore rispetto a quelle senza TiC; all'aumentare del contenuto di TiC, la tenacità diminuisce.
Nelle leghe WC-TiC-Co, l'aggiunta di una quantità appropriata di TaC può aumentare la tenacità di circa il 10%, mantenendo al contempo la resistenza al calore e all'usura.
A causa della sua minore tenacità, il metallo duro non è adatto a condizioni con forti impatti o vibrazioni, soprattutto a basse velocità di taglio dove l'adesione e la scheggiatura sono più gravi.
4. Proprietà fisiche termiche La conduttività termica del carburo cementato è circa 2 o 3 volte superiore a quella dell'acciaio rapido.
Poiché la conduttività termica del TiC è inferiore a quella del WC, le leghe WC-TiC-Co hanno una conduttività termica inferiore rispetto alle leghe WC-Co. Maggiore è il contenuto di TiC, minore è la conduttività termica.
5. Resistenza al calore Il carburo cementato ha una resistenza al calore molto più elevata rispetto all'acciaio rapido e può eseguire tagli a 800-1000 °C con una buona resistenza alla deformazione plastica ad alte temperature.
L'aggiunta di TiC aumenta la durezza ad alta temperatura. Poiché la temperatura di rammollimento del TiC è superiore a quella del WC, la durezza delle leghe WC-TiC-Co diminuisce più lentamente con la temperatura rispetto alle leghe WC-Co. Maggiore è la quantità di TiC e minore è la quantità di cobalto, minore è la diminuzione.
L'aggiunta di TaC o NbC (con temperature di rammollimento più elevate rispetto al TiC) aumenta ulteriormente la durezza e la resistenza alle alte temperature.
6. Proprietà anti-adesioneLa temperatura di adesione del carburo cementato è più alta di quella dell'acciaio rapido, il che gli conferisce una migliore resistenza all'usura per adesione.
La temperatura di adesione del cobalto all'acciaio è molto più bassa di quella del WC; all'aumentare del contenuto di cobalto, la temperatura di adesione diminuisce.
La temperatura di adesione del TiC è più alta di quella del WC, quindi le leghe WC-TiC-Co hanno una temperatura di adesione più alta (circa 100 °C in più) rispetto alle leghe WC-Co. Il TiO2 formato ad alte temperature durante il taglio riduce l'adesione.
TaC e NbC hanno temperature di adesione più elevate rispetto a TiC, migliorando le proprietà antiaderenti. L'affinità di TaC con i materiali del pezzo è solo da una frazione a qualche decimo di quella di WC.
7. Stabilità chimicaLa resistenza all'usura degli utensili in metallo duro è strettamente legata alla loro stabilità fisica e chimica alle temperature di lavoro.
La temperatura di ossidazione del carburo cementato è superiore a quella dell'acciaio rapido.
La temperatura di ossidazione del TiC è molto più alta di quella del WC, quindi le leghe WC-TiC-Co acquisiscono meno peso di ossidazione ad alte temperature rispetto alle leghe WC-Co; maggiore è la quantità di TiC, maggiore è la resistenza all'ossidazione.
Anche la temperatura di ossidazione del TaC è più alta di quella del WC, e le leghe con TaC e NbC hanno una migliore resistenza all'ossidazione ad alta temperatura. Tuttavia, il maggiore contenuto di cobalto facilita l'ossidazione.
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Data di pubblicazione: 23-lug-2025
