Un materiale in lega costituito da un composto duro di un metallo refrattario e un legante metallico ottenuto tramite un processo di metallurgia delle polveri. Il carburo cementato presenta una serie di eccellenti proprietà, tra cui elevata durezza, resistenza all'usura, buona resistenza e tenacità, resistenza al calore e alla corrosione. In particolare, l'elevata durezza e resistenza all'usura, che rimangono sostanzialmente invariate anche a una temperatura di 500 °C, mantengono un'elevata durezza anche a 1000 °C. Il carburo è ampiamente utilizzato come materiale per utensili, come utensili da tornitura, frese, pialle, trapani, alesatrici, ecc., per il taglio di ghisa, metalli non ferrosi, materie plastiche, fibre chimiche, grafite, vetro, pietra e acciaio comune, e può essere utilizzato anche per il taglio di materiali difficili da lavorare come acciaio resistente al calore, acciaio inossidabile, acciaio ad alto tenore di manganese, acciaio per utensili, ecc. La velocità di taglio dei nuovi utensili in carburo è ora centinaia di volte superiore a quella dell'acciaio al carbonio.
Applicazione del carburo cementato
(1) Materiale dell'utensile
Il metallo duro è il materiale da utensile più diffuso, che può essere utilizzato per realizzare utensili da tornitura, frese, pialle, punte, ecc. Tra questi, il carburo di tungsteno-cobalto è adatto per la lavorazione a truciolo corto di metalli ferrosi e non ferrosi e per la lavorazione di materiali non metallici, come ghisa, ottone fuso, bachelite, ecc.; il carburo di tungsteno-titanio-cobalto è adatto per la lavorazione a lungo termine di metalli ferrosi come l'acciaio. Lavorazione a truciolo. Tra le leghe simili, quelle con un contenuto di cobalto più elevato sono adatte per la sgrossatura, mentre quelle con un contenuto di cobalto inferiore sono adatte per la finitura. I carburi cementati per uso generale hanno una durata di lavorazione molto più lunga rispetto ad altri carburi cementati per materiali difficili da lavorare come l'acciaio inossidabile.
(2) Materiale dello stampo
Il carburo cementato viene utilizzato principalmente per stampi per lavorazione a freddo, come stampi per trafilatura a freddo, stampi per punzonatura a freddo, stampi per estrusione a freddo e stampi per pilastri a freddo.
Le matrici per stampaggio a freddo in metallo duro devono avere buona tenacità all'impatto, tenacità alla frattura, resistenza alla fatica, resistenza alla flessione e buona resistenza all'usura in condizioni di lavoro soggette ad usura, come urti o impatti intensi. Di solito vengono utilizzati gradi di leghe a grana media e grossa e a medio e alto contenuto di cobalto, come YG15C.
In generale, la relazione tra resistenza all'usura e tenacità del metallo duro è contraddittoria: l'aumento della resistenza all'usura comporta una diminuzione della tenacità, e l'aumento della tenacità comporta inevitabilmente una diminuzione della resistenza all'usura. Pertanto, nella selezione dei gradi di lega, è necessario soddisfare requisiti di utilizzo specifici in base all'oggetto da lavorare e alle condizioni di lavorazione.
Se il grado selezionato è soggetto a cricche e danni precoci durante l'uso, si dovrebbe scegliere il grado con maggiore tenacità; se il grado selezionato è soggetto a usura e danni precoci durante l'uso, si dovrebbe scegliere il grado con maggiore durezza e migliore resistenza all'usura. I seguenti gradi: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C Da sinistra a destra, la durezza diminuisce, la resistenza all'usura diminuisce e la tenacità aumenta; al contrario, è vero il contrario.
(3) Strumenti di misura e parti resistenti all'usura
Il carburo viene utilizzato per inserti superficiali resistenti all'usura e parti di strumenti di misura, cuscinetti di precisione di rettificatrici, piastre di guida e aste di guida di rettificatrici senza centri, parti superiori di torni e altre parti resistenti all'usura.
I metalli leganti sono generalmente metalli del gruppo del ferro, comunemente cobalto e nichel.
Nella produzione di carburo cementato, la granulometria della polvere di materia prima selezionata è compresa tra 1 e 2 micron e la purezza è molto elevata. Le materie prime vengono dosate secondo il rapporto di composizione prescritto e, tramite l'aggiunta di alcol o altri mezzi, vengono sottoposte a macinazione a umido in un mulino a sfere per ottenere una miscelazione completa e una polvere. La miscela viene setacciata. Successivamente, la miscela viene granulata, pressata e riscaldata a una temperatura prossima al punto di fusione del legante (1300-1500 °C); la fase temprata e il legante formeranno una lega eutettica. Dopo il raffreddamento, le fasi temprate vengono distribuite nella griglia composta dal legante metallico e sono strettamente connesse tra loro per formare un insieme solido. La durezza del carburo cementato dipende dal contenuto di fase temprata e dalla granulometria, ovvero maggiore è il contenuto di fase temprata e più fini sono i grani, maggiore è la durezza. La tenacità del carburo cementato è determinata dal legante metallico. Maggiore è il contenuto di metallo legante, maggiore è la resistenza alla flessione.
Nel 1923, il tedesco Schlerter aggiunse dal 10% al 20% di cobalto alla polvere di carburo di tungsteno come legante e inventò una nuova lega di carburo di tungsteno e cobalto. La durezza è seconda solo a quella del diamante. Il primo carburo cementato realizzato. Quando si taglia l'acciaio con un utensile realizzato con questa lega, il tagliente si usura rapidamente e persino il tagliente stesso si crepa. Nel 1929, Schwarzkov negli Stati Uniti aggiunse una certa quantità di carburo di tungsteno e carburo di titanio alla composizione originale, migliorando le prestazioni dell'utensile nel taglio dell'acciaio. Questo è un altro traguardo nella storia dello sviluppo del carburo cementato.
Il carburo cementato presenta una serie di eccellenti proprietà, tra cui elevata durezza, resistenza all'usura, buona resistenza e tenacità, resistenza al calore e alla corrosione. In particolare, l'elevata durezza e resistenza all'usura, che rimangono sostanzialmente invariate anche a una temperatura di 500 °C, mantengono un'elevata durezza anche a 1000 °C. Il carburo è ampiamente utilizzato come materiale per utensili, come utensili da tornitura, frese, pialle, trapani, utensili per alesatura, ecc., per il taglio di ghisa, metalli non ferrosi, plastica, fibre chimiche, grafite, vetro, pietra e acciaio comune, e può essere utilizzato anche per il taglio di materiali difficili da lavorare come acciaio resistente al calore, acciaio inossidabile, acciaio ad alto tenore di manganese, acciaio per utensili, ecc. La velocità di taglio dei nuovi utensili in carburo è ora centinaia di volte superiore a quella dell'acciaio al carbonio.
Il carburo può essere utilizzato anche per realizzare utensili per la perforazione di rocce, utensili per l'industria mineraria, utensili per la perforazione, utensili di misurazione, parti resistenti all'usura, abrasivi metallici, rivestimenti per cilindri, cuscinetti di precisione, ugelli, stampi in metallo (come matrici per trafilatura, matrici per bulloni, matrici per dadi e vari stampi per elementi di fissaggio; le eccellenti prestazioni del carburo cementato hanno gradualmente sostituito i precedenti stampi in acciaio).
Successivamente, è stato introdotto anche il metallo duro rivestito. Nel 1969, la Svezia ha sviluppato con successo un utensile rivestito in carburo di titanio. La base dell'utensile è in carburo di tungsteno-titanio-cobalto o carburo di tungsteno-cobalto. Lo spessore del rivestimento in carburo di titanio sulla superficie è di pochi micron, ma rispetto agli utensili in lega della stessa marca, la durata utile è triplicata e la velocità di taglio è aumentata dal 25% al 50%. Negli anni '70, è apparsa una quarta generazione di utensili rivestiti per il taglio di materiali difficili da lavorare.
Come viene sinterizzato il carburo cementato?
Il carburo cementato è un materiale metallico ottenuto mediante metallurgia delle polveri di carburi e metalli leganti di uno o più metalli refrattari.
Mmaggiori paesi produttori
Ci sono più di 50 paesi al mondo che producono carburo cementato, con una produzione totale di 27.000-28.000 tonnellate. I principali produttori sono Stati Uniti, Russia, Svezia, Cina, Germania, Giappone, Regno Unito, Francia, ecc. Il mercato mondiale del carburo cementato è sostanzialmente saturo e la concorrenza è molto agguerrita. L'industria cinese del carburo cementato ha iniziato a prendere forma alla fine degli anni '50. Dagli anni '60 agli anni '70, l'industria cinese del carburo cementato si è sviluppata rapidamente. All'inizio degli anni '90, la capacità produttiva totale di carburo cementato in Cina ha raggiunto le 6.000 tonnellate e la produzione totale di carburo cementato ha raggiunto le 5.000 tonnellate, seconda solo a Russia e Stati Uniti, al terzo posto nel mondo.
taglierina per WC
①Carburo cementato di tungsteno e cobalto
I componenti principali sono il carburo di tungsteno (WC) e il legante cobalto (Co).
Il suo grado è composto da “YG” (“duro e cobalto” in cinese Pinyin) e dalla percentuale di contenuto medio di cobalto.
Ad esempio, YG8 significa WCo medio=8% e il resto è carburo di tungsteno-cobalto di carburo di tungsteno.
Coltelli TIC
②Carburo di tungsteno-titanio-cobalto
I componenti principali sono il carburo di tungsteno, il carburo di titanio (TiC) e il cobalto.
Il suo grado è composto da “YT” (due caratteri del prefisso cinese Pinyin che significa “duro, titanio”) e dal contenuto medio di carburo di titanio.
Ad esempio, YT15 significa WTi medio=15%, mentre il resto è carburo di tungsteno e carburo di tungsteno-titanio-cobalto con contenuto di cobalto.
Utensile in tungsteno, titanio e tantalio
③Carburo cementato di tungsteno-titanio-tantalio (niobio)
I componenti principali sono carburo di tungsteno, carburo di titanio, carburo di tantalio (o carburo di niobio) e cobalto. Questo tipo di carburo cementato è anche chiamato carburo cementato generale o carburo cementato universale.
Il suo grado è composto da “YW” (il prefisso fonetico cinese di “duro” e “wan”) più un numero di sequenza, come YW1.
Caratteristiche prestazionali
Inserti saldati in metallo duro
Elevata durezza (86～93HRA, equivalente a 69～81HRC);
Buona durezza termica (fino a 900～1000℃, mantenere 60HRC);
Buona resistenza all'abrasione.
Gli utensili da taglio in metallo duro sono da 4 a 7 volte più veloci dell'acciaio rapido e la loro durata è da 5 a 80 volte superiore. Nella produzione di stampi e strumenti di misura, la durata è da 20 a 150 volte superiore a quella dell'acciaio per utensili legato. Possono tagliare materiali duri fino a circa 50 HRC.
Tuttavia, il metallo duro è fragile e non può essere lavorato meccanicamente, ed è difficile realizzare utensili integrali con forme complesse. Pertanto, vengono spesso realizzate lame di forme diverse, che vengono installate sul corpo dell'utensile o dello stampo mediante saldatura, incollaggio, serraggio meccanico, ecc.
Barra dalla forma speciale
Sinterizzazione
Lo stampaggio per sinterizzazione del carburo cementato consiste nel pressare la polvere in un blocco, quindi inserirla nel forno di sinterizzazione per riscaldarla a una certa temperatura (temperatura di sinterizzazione), mantenerla per un certo periodo di tempo (tempo di mantenimento) e quindi raffreddarla per ottenere un materiale in carburo cementato con le proprietà richieste.
Il processo di sinterizzazione del carburo cementato può essere suddiviso in quattro fasi fondamentali:
1: Nella fase di rimozione dell'agente formante e di pre-sinterizzazione, il corpo sinterizzato cambia come segue:
La rimozione dell'agente di stampaggio, con l'aumento della temperatura nella fase iniziale di sinterizzazione, provoca la graduale decomposizione o vaporizzazione dell'agente di stampaggio, escludendo il corpo sinterizzato. Il tipo, la quantità e il processo di sinterizzazione variano.
Gli ossidi sulla superficie della polvere vengono ridotti. Alla temperatura di sinterizzazione, l'idrogeno può ridurre gli ossidi di cobalto e tungsteno. Se l'agente formante viene rimosso sotto vuoto e sinterizzato, la reazione carbonio-ossigeno non è forte. Lo stress da contatto tra le particelle di polvere viene gradualmente eliminato, la polvere metallica legante inizia a recuperare e ricristallizzare, inizia a verificarsi la diffusione superficiale e la resistenza alla bricchettatura migliora.
2: Fase di sinterizzazione in fase solida (800℃–temperatura eutettica)
Alla temperatura precedente alla comparsa della fase liquida, oltre a continuare il processo della fase precedente, la reazione e la diffusione in fase solida vengono intensificate, il flusso plastico viene migliorato e il corpo sinterizzato si restringe notevolmente.
3: Fase di sinterizzazione in fase liquida (temperatura eutettica – temperatura di sinterizzazione)
Quando la fase liquida appare nel corpo sinterizzato, il restringimento si completa rapidamente, seguito dalla trasformazione cristallografica per formare la struttura di base e la struttura della lega.
4: Fase di raffreddamento (temperatura di sinterizzazione – temperatura ambiente)
In questa fase, la struttura e la composizione di fase della lega subiscono alcune variazioni con diverse condizioni di raffreddamento. Questa caratteristica può essere sfruttata per riscaldare il carburo cementato e migliorarne le proprietà fisiche e meccaniche.
Data di pubblicazione: 11-04-2022
