FAQ Węglik spiekany
Co to są węgliki spiekane?
Węgliki spiekane to materiał kompozytowy z osnową metaliczną zbrojony cząstkami spiekanych twardych metali wysokotopliwych.
Z czego zbudowane są węgliki spiekane?
W większości z węglika wolframu (WC), węglika tytanu (TiC), węglika tantalu (TaC), węglika chromu (CrC) oraz innych twardych węglików. Spoiwem jest kobalt (Co), nikiel (Ni), żelazo (Fe), chromo-nikiel (NiCr), oraz wanad (V). Najpopularniejszą kombinacją jest węglik wolframu z kobaltem.
Kto wynalazł węgliki spiekane?
Na początku XX wieku w Niemczech zostało wydanych kilka patentów dotyczących obszaru węglików spiekanych i ich zastosowań. Z powodu ciągłego rozwoju węgliki spiekane są stosowane w ekonomicznie dużym stopniu od 1925 roku. Pionierami stosującymi te technologię na szeroką skalę były firmy Krupp i Osram.
Co to jest węglik wolframu?
Węglik wolframu jest wytwarzany w procesie nawęglania tlenku wolframu. Wolfram jest uzyskiwany z rud wolframu, wolframitu i szelitu. Główne złoża mineralne znajdują się w Chinach, Rosji, Kanadzie, Austrii i Portugalii.
Jakie pierwiastki mogą być użyte jako spoiwo?
Jako spoiwo może być użyty kobalt (Co), nikiel (Ni), żelazo (Fe), chromo-nikle (NiCr) oraz wanad (V). Najpopularniejszym pierwiastkiem pełniącym rolę spoiwa jest kobalt, dlatego, że jego własności mają dobry wpływ na proces spiekania. Nikiel głównie jest używany w przypadku, kiedy wymagana jest wysoka odporność na korozję.
Jakie są zalety węglików spiekanych ?
Główną zaletą węglików spiekanych jest ich wysoka twardość oraz duża odporność na zużycie. Dlatego narzędzia i komponenty maszyn mają tak długie okresy pracy.
FAQ Wytwarzanie
Jak się wytwarza węgliki spiekane?
W ogólnym zarysie proces technologiczny przebiega następująco:
– wytworzenie w wyniku nawęglania tlenków metali proszków węglików metali wysokotopliwych
– wytworzenie mieszaniny proszków węglików metali wysokotopliwych w wyniku
długotrwałego (do 150 godzin) mieszania w młynach kulowych w celu homogenizacji i utworzenia na powierzchni cząstek węglików jednorodnej warstwy lepiszcza*,
− formowanie wyrobu w wyniku prasowania pod ciśnieniem około 100 MPa,
− spiekanie wstępne w temperaturze 800 – 1000 oC około 1h,
− wyjęcie z form,
− ostrzenie kształtek za pomocą szlifowania,
− spiekanie ostateczne w temperaturze 1400 – 1600 oC do 3h
*lepiszcze – materiał spajający
Co to jest spiekanie?
Spiekanie jest to proces łączenia w całość węglików razem ze spoiwem w wysokiej temperaturze. Mieszanina zostaje podgrzana do momentu płynięcia spoiwa. Szczeliny występujące pomiędzy ziarnami zostają wypełnione przez płynne spoiwo, tworząc metaliczną osnowę. Prasowanie jednokierunkowe posiada wadę niejednorodnego zagęszczenia ziaren. W celu rozwiązania tego problemu stosuje się proces spiekania HIP (Hot Isostatic Press). Półprodukty zostają spiekane w atmosferze ochronnej (argon) pod wysokim ciśnieniem. W ten sposób półprodukt zostaje skuteczniej zagęszczony, struktura ujednorodniona bez porów.
Co to jest półprodukt?
Półproduktem nazywamy produkt poddany spiekaniu, ale nie został poddany jeszcze obróbce wykańczającej takiej jak szlifowanie, polerowanie .
Jak długo trwa produkcja?
Czas produkcji zależy od wielkości elementu, wymaganej geometrii oraz składu. Dlatego nie możemy złożyć ogólnego oświadczenia, jak długo trwa produkcja. Czas produkcji jest ustalany indywidualnie dla każdego elementu.
FAQ Gatunki ( według Durit)
Jakie występują rodzaje węglików spiekanych?
GD – węgliki spiekane do kucia na zimno, odporne na zużycie ścierne i korozję
BD – węgliki spiekane do kucia na zimno i technologii górniczych
KD – węgliki spiekane do obróbki skrawaniem
Jaka jest różnica pomiędzy rodzajami ?
Różnice polegają na doborze składników, proporcji i ziarnistości węglików .
Jakie występują występują wielkości ziaren?
Nano ziarna < 0,2µm
ultra drobne ziarna 0,2 – 0,5 µm
bardzo drobne ziarno 0,5 – 0,8 µm
drobne ziarno 0,8 – 1,3 µm
średnie ziarna 1,3 – 2,5 µm
grube ziarna 2,5 – 6,0 µm
bardzo drobne ziarna > 6,0 µm
FAQ Obróbka
Jak mogą być obrabiane węgliki spiekane?
Gotowe węgliki spiekane obrabia się na elektrodrążarkach EDM (electrical discharge machining). Inne metody posiadają niską efektywność w porównaniu do poniesionych kosztów.
Obróbka wypraski
W ubitym proszku znajduje się już węglik wolframu, jako składnik odporny na ścieranie. Z ekonomicznego punktu widzenia w celu obróbki należy używać tylko narzędzi wyposażonych w diamenty spiekane. Inne materiały szybko się zużyją.
Z jaką dokładnością może być obrabiany węglik spiekany?
To ściśle zależy od pożądanej geometrii elementu. W niektórych sytuacjach produkt może być obrabiany tylko przed ostatecznym spiekaniem. Z powodu kurczenia się materiału podczas spiekania taki produkt może być wykonany z dokładnością do 1/10m. Natomiast elementy o regularnych kształtach o cechach współosiowych można wytwarzać z dokładnością do 2 mikrometrów.
FAQ Łączenie
Jakie materiały można łączyć z węglikami spiekanymi ?
Węgliki spiekane można łączyć z każdym metalicznym materiałem oraz odpowiednimi tworzywami.
Jakie wyróżniamy sposoby łączenia?
Węglik spiekany może być łączony z innym materiałem poprzez lutowanie, klejenie, obkurczanie, odlewanie czy mechaniczne mocowanie. Wszystko zależy od przeznaczenia, który sposób będzie najlepszy do zastosowania.
Lutowanie
Węgliki spiekane mogą być lutowane tylko z odpowiednimi stalowymi elementami. Należy zwrócić uwagę na to, aby składniki węglików były zdolne do lutowania. Powinno się również pamiętać o współczynniku rozszerzalności cieplnej. Stal posiada dwukrotnie większy współczynnik niż węgliki spiekane.
Klejenie
Z powodzeniem węgliki spiekane mogą być klejone z innym materiałem. Powierzchnie przed klejeniem powinny być odpowiednio przygotowane, łączone materiały musza się klinować. Klejenie jest dobrą alternatywą dla lutowania w temperaturze do 200oC. Jeśli temperatura pracy jest wyższa należy stosować lutowanie.
Obkurczanie
Cieplne obkurczanie jest idealne do koncentrycznego montażu narzędzi do tłoczenia i formowania na zimno. Stal w której mocuje sie element roboczy podgrzewa się do 450° C, następnie w odpowiednio przygotowane gniazdo wciska się komponent z węglika. Po ostygnięciu stal się kurczy i połączenie jest mocne.
Odlewanie
Proces polega na odlewaniu stali bezpośrednio do elementów z węglika spiekanego za pomocą specjalnego procesu odlewania. W tej procedurze duży udział bierze kobalt z osnowy węglika częściowo topiąc się na granicy. Połączenie tworzy mieszane strefy węglików spiekanych i staliwa, które gwarantuje znakomitą przyczepność.
Mechaniczne mocowanie
Elementy z węglika spiekanego mogą być z łatwością przykręcane, należy jednak unikać połączeń, w których gwint wykonany jest w węgliku.
Gwint w węgliku spiekanym
Gwint z węglika jest trudnym elementem do wykonania. Jeśli gwint ma być wykonany zgodnie z normami należy go wykonać metodą erozji wgłębnej. Natomiast jeśli ma służyć tylko celom pomocniczym np. demontażu, można go wykonać po wstępnym spiekaniu. Świetną alternatywą jest wlutowanie gwintowanej tulejki.
FAQ Własności materiałowe
Jak twardy jest węglik spiekany?
Ze względu na różne gatunki, węglik spiekany oferuje szereg twardości. Występują „miękkie” o twardości 750 HV30, jak również wysoce odporne na zużycie o twardości dochodzącej do 2000 HV30.
Gdzie stosowany jest węglik spiekany?
Węglik spiekany znajduje zastosowanie we wszystkich przemysłowych aplikacjach, w których wymagana jest najwyższa odporność na zużycie.
Czy węgliki spiekane się utleniają?
Tak, ale nie w ten sam sposób co stal. Stal utleniając się koroduje. Korozja niszczy całą strukturę materiału. Natomiast utlenianie węglików spiekanych przebiega tylko na powierzchni osnowy, pozostawiając ziarna węglika w stanie nienaruszonym. Struktura nie zostaje zniszczona.
Czy węgliki spiekane przewodzą prąd?
Tak, węgliki spiekane są dobrym przewodnikiem ze względu na udział wolframu w strukturze. Średnia oporność jest na poziomie ok. 20μΩ cm.
Czy węgliki spiekane są magnetykami?
Ze względu na stosowane spoiwa (kobalt i nikiel) węgliki spiekane są zwykle magnetykami. Węglik w osnowie kobaltowej wykazuje większe właściwości magnetyczne niż w osnowie niklowej. Dzięki zastosowaniu specjalnego procesu spiekania, magnetyczność niklu można obniżyć kilkukrotnie.
Czy węgliki spiekane mogą być pokrywane?
Węgliki spiekane mogą być pokrywane supertwardymi materiałami w procesie PVD lub CVD. Proces pokrywania PVD jest popularniejszy ze względu na temperaturę aplikowania około 450oC, natomiast w procesie CVD wymagana temperatura mieści się w przedziale 900-1100oC. Węglik spiekany jest doskonałą baza do stosowania supertwardych powłok ze względu na jego wysoką twardość, dzięki której nie występuje efekt „skorupy”.
