Az extrém tartósság globális törekvése
A gyártás, a bányászat és a repülés világában semmi sem értékesebb ennél tartósság . Minden alkalommal, amikvagy egy fúrószár elpattan, a turbinalapát erodálódik vagy a csapágy elhasználódik, időbe, pénzbe és hatékonyságba kerül. A mérnökök évtizedek óta egy olyan anyag álmát kergették, amelynek szilárdsága olyan, mint egy fém, de olyan keménységű, mint egy gyémánt.
Ez a törekvés vezetett a fejlesztéshez cementált karbidok , a kompozit anyagok forradalmi osztálya, amely a modern szuperszerszámok szívét alkotja. Ezen anyagok szinte mindegyikének kiindulópontja egy finoman hangolt összetevő: Keményfém kompozit por .
Mi is pontosan a karbid kompozit por?
Egy egyszerű fém vagy egy tiszta kerámia ritkán rendelkezik a nagy igénybevételű alkalmazásokhoz szükséges tulajdonságok tökéletes keverékével. A fémek szívósak és ellenállnak a törésnek, de gyakran puhák és gyorsan kopnak. A kerámiák, mint a tiszta karbidok, rendkívül kemények, de jellemzően törékenyek.
Keményfém kompozit por egy olyan megtervezett keverék, amely a két világ legjobbjait ötvözi, követve azt a „kompozit” elvet, hogy a végső anyag felülmúlja az alkotóelemeket.
A két lényeges fázis
A por két különálló komponens mikroszkopikus keveréke, amelyek mindegyike létfontosságú szerepet játszik:
1. A kemény fázis: A keményfém szemcse
Ez a fázis biztosítja az anyag legendásságát keménység és kopásállóság. Leggyakrabban fémkarbid mikroszkopikus részecskéiből áll Volfrámkarbid (WC) . A volfrámkarbid egy kerámiavegyület, amely a keménységi skálán a gyémánt alatt van. Ezek a merev, szögletes szemcsék a vágást, fúrást és köszörülést végző igáslovak. Más karbidokat, például titán-karbidot (TiC) vagy króm-karbidot (CrC) néha használnak bizonyos tulajdonságok, például a korrózióállóság javítására.
2. A kötőanyag fázis: A fémes ragasztó
A kemény karbid szemcséket jellemzően fémporral keverik össze Kobalt (Co) , de néha nikkel (Ni) vagy vas (Fe). Ez a kötőanyag -a „ragasztó”, amely a kerámia részecskéket összetartja. Enélkül a keményfém túl törékennyé válna, és az ütés hatására összetörne. A kötőanyag biztosítja a döntő fontosságot szívósság és a repedésekkel szembeni ellenállás.
A kemény karbid és a lágyabb, fémes kötőanyag közötti arányt pontosan szabályozzák, hogy különböző minőségű anyagokat hozzon létre. A több kötőanyag szívósabb anyagot jelent, amely jobban ellenáll az ütéseknek, míg a kevesebb kötőanyag és a kisebb keményfém szemcsék keményebb, kopásállóbb anyagot eredményeznek.
A portól a szerszámig: a szinterezési folyamat
Hogyan alakul át ez a laza por olyan szilárd tárggyá, amely képes átvágni az acélt? A folyamat az ún szinterezés , a porkohászat egyik formája.
1. Keverés és préselés (a „zöld” állapot)
Először is a Keményfém kompozit por alaposan összekeverjük, gyakran szerves préselési segédanyaggal, majd nagy nyomással a kívánt formára tömörítjük. Ez az előre szinterezett tárgy, amelyet „zöld tömörnek” neveznek, törékeny és krétaszerű.
2. Szinterezés és cementezés
A zöld kompaktot ezután egy magas hőmérsékletű, szabályozott légkörű kemencébe helyezik. A kötőanyag (kobalt) olvadáspontja fölé, de a keményfém olvadáspontja alá (volfrámkarbid) melegítik. A kötőanyag megolvad és átfolyik a szerkezeten, feloldja, majd újra kicsapja a keményfém szemcséket, majd lehűléskor összecementálja azokat. Ez egy sűrű, szilárd anyagot képez, ahol a kemény keményfém szemcséket a fémes kötőanyag veszi körül és támogatja – a végső, hihetetlenül erős cementált keményfém or keményfém .
A keményfém kompozitok nélkülözhetetlen alkalmazásai
Az így kapott anyagot a nagy keménység, a nagy nyomószilárdság és a jó szívósság kiemelkedő kombinációja jellemzi, így számtalan ipari munkához elengedhetetlen:
- Vágószerszámok: A nagysebességű megmunkálásnál (esztergák, marók) használt vágólapkák és csúcsok szinte kizárólag keményfémből készülnek. Lehetővé teszik a gyártók számára a keményfémek vágását, formázását és megmunkálását sokkal gyorsabban, mint a hagyományos acélszerszámok.
- Bányászat és fúrás: A kőzetfúrók, az alagútfúró gépbetétek, valamint az olaj- és gázfúró fúrófejek keményfém hegyekre támaszkodnak, hogy ellenálljanak a sziklán és a földön átvágott extrém kopásnak és ütéseknek.
- Kopó alkatrészek: Bárhol, ahol az alkatrészek nagy terhelés hatására egymáshoz dörzsölődnek, például csapágyak, tömítések, szivattyú alkatrészek és fúvókák, keményfém védi őket.
- Felületi bevonatok: A keményfém kompozit porokat fém alkatrészekre (pl. repülőgép futóműre, turbinalapátokra) is szórják olyan technikákkal, mint a nagy sebességű oxigénüzemanyag (HVOF) permetezés, hogy rendkívül kemény, védőbevonatot hozzanak létre, amelyek ellenállnak az eróziónak és a korróziónak.
Azáltal, hogy kiegyensúlyozott anyagot biztosít, amely a kerámia élességét és a fémek rugalmasságát kínálja, Keményfém kompozit por valóban megadja az iparnak azt a törhetetlen élt, amelyre a modern világ felépítéséhez szüksége van.
