Твердый сплав в инструменте и штампе

Aug 09, 2023

Благодаря многочисленным возможным комбинациям содержания металлического связующего и размера зерна карбиды используются в самых разных областях.

Слово «карбид» обычно описывает группу материалов, характеризующихся высокой твердостью и металлическими свойствами. Первые карбиды, разработанные в 1921 году, были чрезвычайно простыми и применялись главным образом при точении. Металлический блеск и относительно хорошая электро- и теплопроводность решительно отличают эти материалы от неметаллических твердых материалов, которые использовались в качестве абразивных материалов задолго до появления карбидов.

Карбид представляет собой двухфазный порошково-металлургический (ПМ) материал, состоящий из фазы твердого материала и фазы связующего металла. Твердый материал обеспечивает необходимую износостойкость, а связующий металл гарантирует соответствующую прочность. Благодаря многочисленным возможным комбинациям содержания металлической связки и размера зерна карбиды находят множество применений (см.изображение вверху).

Карбиды, наиболее часто используемые в производстве инструментов и штампов, изготовлены из карбида вольфрама (твердый материал) и кобальта (связующий металл).

Чтобы выбрать подходящий сплав для инструмента и штампа, важно иметь подробные знания о твердом сплаве и о том, как можно повлиять на его свойства. Есть две основные возможности:

По мере уменьшения среднего размера зерна карбид становится более твердым, более износостойким и более хрупким. По мере того как средний размер зерна становится крупнее, материал становится мягче и жестче.

Более высокое содержание связующего делает марку более мягкой и прочной, а более низкое содержание связующего делает ее более твердой, износостойкой и хрупкой (см.Рисунок 1).

Другой способ повлиять на свойства — использовать другие компоненты сплава, такие как карбид хрома (CrC), карбид ванадия (VC), карбид титана (TiC) и карбид тантала (TaC), также называемые g-фазами. Эти компоненты сплава используются в минимальных количествах, также называемых легированием, и улучшают такие свойства, как коррозионная стойкость, ударная вязкость и прочность при высоких температурах, или они могут действовать как ингибиторы роста зерна во время спекания.

Из-за хрупкости и твердости однородность материала чрезвычайно важна с точки зрения поперечной прочности материала на излом и равномерного изнашивания (см.фигура 2).

Несколько других свойств важны для твердого сплава, когда он используется для изготовления инструментов и штампов:

Несколько марок сравнивались при вырубке нержавеющей стали толщиной 0,065 дюйма с использованием пуансона для электроэрозионной обработки проволоки (EDM).

Рисунок 1. Щелкните изображение, чтобы увеличить его. Средний размер зерна и содержание кобальта влияют на некоторые характеристики карбида.

Первым выбранным сортом был 15-процентный субмикронный материал. Это показало откат после 500 попаданий (см.Рисунок 4 ). Тщательный анализ показал, что недостаточное качество поверхности, а также коррозия стали причиной истирания режущей кромки. При откате пуансон откололся и был разрушен.

Второй сорт представлял собой 15-процентное фуражное зерно. Этот материал показал чрезмерный износ после 5000 ударов (см.Рисунок 5).

Третий сорт представлял собой коррозионностойкий сорт со средним зерном на 12 процентов. Благодаря устойчивости к коррозии и качеству поверхности срок службы штамповочной матрицы составил 50 000 ударов. С улучшением смазки его хватило на 80 000 нажатий (см.Рисунок 6).

15-процентная субмикронная и 12-процентная среднезернистая были одинаковыми по твердости, но 12-процентная марка была изготовлена ​​из высококачественного первичного материала с правильным размером зерна, содержанием кобальта и улучшенным качеством поверхности из-за его коррозионной стойкости.

Марка материала должна выдерживать не только удары, но и отвечать всем требованиям применения. Например, качество поверхности, которое имеет решающее значение для срока службы инструмента, можно улучшить, если марка устойчива к истощению кобальта. Уменьшение содержания кобальта снижает вероятность истирания, которое способствует обратному сколам. Наконец, первичный карбид может выдерживать сильные удары, сохраняя при этом высокую твердость.