تجزیه و تحلیل ترکیب درج های کاربید سیمانی

مانند تمام محصولات ساخت بشر، ساخت تیغه های برش سنگین چدن باید ابتدا مشکل مواد اولیه را حل کند، یعنی ترکیب و فرمول مواد تیغه را مشخص کند. بیشتر تیغه های امروزی از کاربید سیمانی ساخته شده اند که عمدتاً از کاربید تنگستن (WC) و کبالت (Co) تشکیل شده است. WC یک ذره سخت در تیغه است و Co می تواند به عنوان یک چسب برای شکل دادن به تیغه استفاده شود.

یک راه ساده برای تغییر خواص کاربید سیمانی، تغییر اندازه دانه ذرات WC مورد استفاده است. اندازه ذرات بزرگ (3-5 μm) سختی مواد کاربید سیمانی تهیه شده توسط ذرات WC با C٪ کم است و به راحتی پوشیده می شود. اندازه ذرات کوچک (1μm) ذرات WC می توانند مواد آلیاژی سخت با سختی بالاتر، مقاومت در برابر سایش بهتر و همچنین شکنندگی بیشتر تولید کنند. هنگام ماشینکاری مواد فلزی با سختی بسیار بالا، استفاده از درج های کاربید سیمانی دانه ریز ممکن است به نتایج ماشینکاری ایده آل دست یابد. از طرف دیگر، ابزار کاربید سیمانی دانه درشت عملکرد بهتری در برش متناوب یا سایر ماشین‌کاری‌هایی دارد که به چقرمگی بالاتر ابزار نیاز دارد.

راه دیگر برای کنترل ویژگی های درج کاربید سیمانی، تغییر نسبت WC به محتوای Co است. در مقایسه با WC، سختی Co بسیار کمتر است، اما چقرمگی آن بهتر است. بنابراین، کاهش محتوای Co منجر به سختی بالاتر تیغه می شود. البته، این یک بار دیگر مشکل تعادل جامع را مطرح می کند - تیغه های با سختی بالاتر مقاومت سایشی بهتری دارند، اما شکنندگی آنها نیز بیشتر است. با توجه به نوع پردازش خاص، انتخاب اندازه دانه WC مناسب و نسبت محتوای Co نیاز به دانش علمی مرتبط و تجربه پردازش غنی دارد.

با استفاده از فناوری مواد گرادیان، می توان تا حدی از سازش بین استحکام و چقرمگی تیغه جلوگیری کرد. این فناوری که به طور گسترده توسط سازندگان بزرگ ابزار در جهان مورد استفاده قرار گرفته است، شامل استفاده از نسبت محتوای Co بالاتر در لایه بیرونی تیغه نسبت به لایه داخلی است. به طور خاص، لایه بیرونی تیغه (ضخامت 15-25 میکرومتر) محتوای Co را افزایش می دهد تا عملکردی شبیه به "منطقه بافر" ارائه دهد، به طوری که تیغه بتواند ضربه خاصی را بدون ترک تحمل کند. این امر بدنه ابزار تیغه را قادر می سازد تا خواص بسیار خوبی را بدست آورد که تنها با استفاده از کاربید سیمانی با استحکام بالاتر قابل دستیابی است.

هنگامی که اندازه ذرات، ترکیب و سایر پارامترهای فنی مواد خام مشخص شد، می توان فرآیند ساخت واقعی درج های برش را آغاز کرد. ابتدا پودر تنگستن، پودر کربن و پودر کبالت را در آسیابی به اندازه ماشین لباسشویی بریزید و پودر را به اندازه ذرات مورد نیاز آسیاب کنید و انواع مواد را به طور مساوی مخلوط کنید. در طول فرآیند آسیاب، الکل و آب اضافه می شود تا دوغاب سیاه غلیظی تهیه شود. سپس دوغاب را در یک خشک کن سیکلون قرار می دهند و مایع موجود در دوغاب را تبخیر می کنند تا پودر گلوله ای به دست آید و ذخیره شود.

در فرآیند آماده سازی بعدی می توان نمونه اولیه تیغه را بدست آورد. ابتدا پودر آماده شده با پلی اتیلن گلیکول (PEG) مخلوط می شود. به عنوان یک نرم کننده، PEG می تواند به طور موقت پودر را مانند خمیر به هم بچسباند. سپس این ماده به شکل تیغه در قالب فشرده می شود. با توجه به روش های مختلف پرس تیغه، می توان از پرس تک محور برای پرس استفاده کرد یا از پرس چند محوره می توان برای فشار دادن شکل تیغه از زوایای مختلف استفاده کرد.

پس از به دست آوردن بلنک فشرده، آن را در یک کوره پخت بزرگ قرار داده و در دمای بالا تف جوشی می کنند. در فرآیند پخت، PEG ذوب شده و از مخلوط بیلت تخلیه می شود و یک تیغه کاربید سیمانی نیمه تمام باقی می ماند. هنگامی که PEG ذوب می شود، تیغه به اندازه * نهایی خود کوچک می شود. این مرحله فرآیند نیاز به محاسبه دقیق ریاضی دارد، زیرا انقباض تیغه با توجه به ترکیبات و نسبت‌های مختلف مواد متفاوت است و تحمل ابعادی محصول نهایی باید در چند میکرون کنترل شود.