કટીંગ ટૂલ્સ માટે ટંગસ્ટન મેટલ કેવી રીતે બનાવવું
ટંગસ્ટન મશીનિંગ અને મેન્યુફેક્ચરિંગની દુનિયામાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ ધાતુઓમાંની એક તરીકે ઓળખાય છે, ખાસ કરીને કટીંગ ટૂલ એપ્લિકેશન માટે. તેના ફાયદા તેના ખૂબ ઊંચા ગલનબિંદુ, કઠિનતા, ઘસારો પ્રતિકાર અને અતિશય કાર્યકારી તાપમાને સ્થિરતામાં રહેલ છે. જો કે, એ સમજવું મહત્વપૂર્ણ છે કે ઉદ્યોગમાં "ટંગસ્ટન કટીંગ ટૂલ્સ" લગભગ ક્યારેય શુદ્ધ ટંગસ્ટનનો ઉપયોગ કરતા નથી, પરંતુ કોબાલ્ટ (Co) અથવા નિકલ જેવા બાઈન્ડર સાથે જોડાયેલા ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ (WC) નો ઉપયોગ કરે છે. આ સંયોજન સિમેન્ટેડ કાર્બાઇડ સામગ્રી (સિન્ટર્ડ કાર્બાઇડ) ઉત્પન્ન કરે છે જે શુદ્ધ ટંગસ્ટન કરતાં ધાતુ કાપવા માટે વધુ યોગ્ય છે.
આ લેખમાં ઓર સ્ત્રોતથી લઈને ફિનિશ્ડ ઇન્સર્ટ્સ અથવા કટીંગ બીટ્સ સુધી, કટીંગ ટૂલ્સ માટે ટંગસ્ટન-આધારિત સામગ્રી કેવી રીતે બનાવવી તેની ચર્ચા કરવામાં આવી છે.
-
1. ટંગસ્ટન સ્ત્રોતો: ઓરથી કોન્સન્ટ્રેટ સુધી
ટંગસ્ટન સામાન્ય રીતે પ્રકૃતિમાં વુલ્ફ્રામાઇટ ((Fe,Mn)WO_4) અને સ્કીલાઇટ ((CaWO_4)) ખનિજોમાં જોવા મળે છે. ઉત્પાદનનો પ્રારંભિક તબક્કો ઉચ્ચ-ટંગસ્ટન સાંદ્રતા મેળવવા માટે અયસ્કનું ખાણકામ અને પ્રક્રિયા કરવાનો છે.
પ્રક્રિયામાં શામેલ છે:
- નાના કણોના કદ મેળવવા માટે ઓરને કચડી નાખવું અને પીસવું.
– ગુરુત્વાકર્ષણ વિભાજન (કારણ કે ટંગસ્ટન ખનિજો પ્રમાણમાં ભારે હોય છે).
- ફ્લોટેશન અથવા ચુંબકીય વિભાજન (ઓરના પ્રકાર પર આધાર રાખીને).
- રાસાયણિક તબક્કા માટે કાચા માલ તરીકે સાંદ્રને સૂકવવું.
આ તબક્કાનું પરિણામ ટંગસ્ટન ધાતુ નથી, પરંતુ ટંગસ્ટન ખનિજ સાંદ્રતા છે જે રાસાયણિક પ્રક્રિયા માટે તૈયાર છે.
-
2. રાસાયણિક નિષ્કર્ષણ: APT (એમોનિયમ પેરાટુંગસ્ટેટ) બનાવવું
આધુનિક ટંગસ્ટન ઉદ્યોગ વ્યાપકપણે પ્રક્રિયા માર્ગોનો ઉપયોગ કરે છે જે પ્રાથમિક મધ્યવર્તી તરીકે APT (એમોનિયમ પેરાટંગસ્ટેટ) ઉત્પન્ન કરે છે. APT ને તેની ઉચ્ચ શુદ્ધતા અને વિવિધ ટંગસ્ટન ઉત્પાદનોમાં પ્રક્રિયા કરવાની સરળતાને કારણે "માનક" ગણવામાં આવે છે.
રૂપરેખા:
1. ખનિજના પ્રકાર પર આધાર રાખીને, આલ્કલાઇન દ્રાવણ (દા.ત. NaOH) અથવા એસિડનો ઉપયોગ કરીને સાંદ્રતાને લીચ કરવું.
2. ટંગસ્ટન દ્રાવણમાં ઓગળીને ટંગસ્ટેટ સંયોજનો બનાવે છે.
3. મોલિબ્ડેનમ, ફોસ્ફરસ, આર્સેનિક અને સિલિકા જેવી અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે દ્રાવણનું શુદ્ધિકરણ.
4. pH, તાપમાનને સમાયોજિત કરીને અને APT સ્ફટિકો બનાવવા માટે એમોનિયા ઉમેરીને APTનું સ્ફટિકીકરણ.
આ APT ને પછી ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડમાં કેલ્સાઈન કરવામાં આવે છે.
-
3. કેલ્સિનેશન: APT ને ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ (WO₃) માં રૂપાંતરિત કરવું
APT ને ચોક્કસ તાપમાને ગરમ કરીને પાણી અને એમોનિયમ ઘટકો દૂર કરવામાં આવે છે, જેનાથી ટંગસ્ટન ટ્રાયઓક્સાઇડ (WO₃) ઉત્પન્ન થાય છે. આ પગલું મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે WO₃ એ બનાવવા માટેનો મુખ્ય કાચો માલ છે:
– ટંગસ્ટન મેટલ પાવડર (શુદ્ધ ટંગસ્ટન પાવડર), અથવા
- કાપવાના સાધનો માટે ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ પાવડર (WC પાવડર).
તાપમાન અને કેલ્સિનેશન સમયનું નિયંત્રણ આને અસર કરે છે:
– ઓક્સાઇડ કણોનું કદ,
- સપાટી વિસ્તાર,
- ઘટાડો પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રતિક્રિયાશીલતા.
-
4. ઘટાડો: WO₃ થી ટંગસ્ટન પાવડર (W) સુધી
ટંગસ્ટન ધાતુ મેળવવા માટે, ઊંચા તાપમાને હાઇડ્રોજન ગેસનો ઉપયોગ કરીને WO₃ ઘટાડવામાં આવે છે. પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે તબક્કાવાર થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, શુદ્ધ W મેળવવા પહેલાં મધ્યવર્તી ઓક્સાઇડની રચના દ્વારા. આ પ્રક્રિયા કડક નિયંત્રણો હેઠળ ખાસ ભઠ્ઠીમાં હાથ ધરવામાં આવે છે જેથી ખાતરી કરી શકાય કે:
- ઉચ્ચ શુદ્ધતા,
- ઓક્સિજનનું ઓછું સ્તર,
- જરૂર મુજબ પાવડરના દાણાનું કદ.
પરિણામ ટંગસ્ટન પાવડર છે, જેનો ઉપયોગ ચોક્કસ ઉપયોગો માટે થઈ શકે છે. જોકે, કટીંગ ટૂલ્સ માટે, ઉદ્યોગ મોટાભાગે ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ રચનાના તબક્કામાં આગળ વધે છે.
-
૫. કાર્બ્યુરાઇઝેશન: ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ (WC) બનાવવું
કાપવાના સાધન તરીકે યોગ્ય બનાવવા માટે, ટંગસ્ટનને સામાન્ય રીતે ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ (WC) માં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાને કાર્બ્યુરાઇઝેશન કહેવામાં આવે છે, જેમાં નિયંત્રિત વાતાવરણમાં ઊંચા તાપમાને ટંગસ્ટન પાવડરને કાર્બન સ્ત્રોત (જેમ કે કાર્બન બ્લેક) સાથે પ્રતિક્રિયા આપવાનો સમાવેશ થાય છે.
મુખ્ય ઉદ્દેશ્યો:
- સ્થિર શૌચાલય તબક્કો બનાવો,
- અતિશય \(W_2C\) જેવા અનિચ્છનીય તબક્કાઓની રચના અટકાવો,
- WC ના અનાજના કદને નિયંત્રિત કરો કારણ કે આ વસ્ત્રો પ્રતિકાર અને મજબૂતાઈને ખૂબ અસર કરે છે.
પરિણામી WC પાવડરને પછી વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે (ચાળણી/કદ વિતરણ માટે માપવામાં આવે છે) જેથી ગુણવત્તા સુસંગતતા સુનિશ્ચિત થાય.
-
૬. બાઈન્ડર સાથે મિશ્રણ: "સિમેન્ટેડ કાર્બાઈડ" બનાવવું
એકલું WC ખૂબ જ કઠણ પણ બરડ હોય છે. કટીંગ ટૂલ્સ માટે, WC ને બાઈન્ડર (સામાન્ય રીતે ઘણા મશીનિંગ એપ્લિકેશનો માટે 6-12% કોબાલ્ટ) સાથે ભેળવવામાં આવે છે જેથી નીચેના સંયોજન સાથે સામગ્રી બનાવવામાં આવે:
– ઉચ્ચ કઠિનતા (WC માંથી),
– (બાઈન્ડરની) કઠિનતા અને તિરાડ પ્રતિકાર.
મિશ્ર તબક્કાઓ:
1. વજન: ગ્રેડ અનુસાર WC અને બાઈન્ડરની રચનાનું વજન.
2. બોલ મિલિંગ / એટ્રિટર મિલિંગ: એકરૂપતા માટે મીડિયા અને પ્રવાહી (ઘણીવાર કાર્બનિક દ્રાવકોનો ઉપયોગ કરીને) સાથે સઘન મિશ્રણ.
૩. રચના પ્રક્રિયા (દબાવીને) મદદ કરવા માટે કામચલાઉ કાર્બનિક મીણ/બાઈન્ડરનો ઉમેરો.
૪. છાપવા માટે તૈયાર પાવડર (ગ્રાન્યુલ્સ) બને ત્યાં સુધી સૂકવવા.
આ તબક્કે, દૂષણ નિયંત્રણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. થોડી માત્રામાં ગંદકી પણ સાધનની કામગીરીને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે.
-
7. ફોર્મિંગ (કોમ્પેક્ટિંગ): ઇન્સર્ટ શેપમાં દબાવવું
ત્યારબાદ મિશ્ર પાવડરને "લીલો કોમ્પેક્ટ" (સિન્ટરિંગ પહેલાં કાચો સ્વરૂપ) બનાવવામાં આવે છે. બે સામાન્ય પદ્ધતિઓ:
– એક-અક્ષીય દબાવવું: પ્રમાણભૂત દાખલ આકાર માટે મોલ્ડમાં દબાવવામાં આવે છે.
- કોલ્ડ આઇસોસ્ટેટિક પ્રેસિંગ (CIP): બધી દિશાઓથી સમાન દબાણ, વધુ સમાન ઘનતા માટે યોગ્ય.
લીલો કોમ્પેક્ટ હજુ પણ નાજુક છે, પરંતુ પહેલાથી જ કટીંગ ટૂલના અંતિમ આકાર જેવો દેખાય છે.
-
8. સિન્ટરિંગ: કોમ્પેક્શન અને માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર રચના
નિર્ણાયક પગલું એ ઊંચા તાપમાને સિન્ટરિંગ છે (સામાન્ય રીતે રચનાના આધારે 1300°C થી ઉપર). સિમેન્ટેડ કાર્બાઇડમાં, સિન્ટરિંગ ઘણીવાર પ્રવાહી તબક્કાના સિન્ટરિંગ તરીકે થાય છે: બાઈન્ડર (દા.ત., Co) પીગળે છે અને માળખાને મજબૂત બનાવવામાં મદદ કરે છે, છિદ્રો ભરે છે અને WC અનાજને એકસાથે "ગુંદર" કરે છે.
સારા સિન્ટરિંગ પરિણામો આના દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે:
– ઉચ્ચ ઘનતા (ઓછી છિદ્રાળુતા),
- બાઈન્ડરનું સમાન વિતરણ,
- ગ્રેડ અનુસાર WC અનાજનું કદ (ઝીણું, મધ્યમ, બરછટ),
- સંતુલિત કઠિનતા અને કઠિનતા.
સૂક્ષ્મ છિદ્રોને બંધ કરવા અને તિરાડ પ્રતિકાર વધારવા માટે સિન્ટરિંગ પછી HIP (હોટ આઇસોસ્ટેટિક પ્રેસિંગ) ઘણીવાર કરવામાં આવે છે.
-
9. ફિનિશિંગ: ગ્રાઇન્ડીંગ, EDM, અને ડાયમેન્શનલ કંટ્રોલ
સિન્ટરિંગ પછી, સિમેન્ટેડ કાર્બાઇડ એટલું કઠણ હોય છે કે અંતિમ આકાર આના દ્વારા આપવામાં આવે છે:
- હીરાના ચક્રનો ઉપયોગ કરીને પીસવું,
- ચોક્કસ ભૂમિતિઓ માટે EDM (ખાસ કરીને જો મુશ્કેલ સુવિધાઓ હોય તો),
- ચેમ્ફરિંગ અને ધાર તૈયાર કરવી જેથી કટીંગ ધાર સરળતાથી ચીપ ન થાય.
આ તબક્કો ટૂલના ભૌમિતિક ગુણો નક્કી કરે છે: ક્લિયરન્સ એંગલ, ટીપ ત્રિજ્યા અને સપાટીની ખરબચડી.
-
10. કોટિંગ (વૈકલ્પિક પરંતુ સામાન્ય): કટીંગ કામગીરી સુધારે છે
ઘણા કાર્બાઇડ કટીંગ ટૂલ્સને સુધારવા માટે કોટેડ કરવામાં આવે છે:
- વસ્ત્રો પ્રતિકાર,
- ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર,
- ઉચ્ચ કટીંગ ઝડપે કામગીરી.
સામાન્ય કોટિંગ તકનીકો:
– સીવીડી (દા.ત. ટીઆઈસી, ટીઆઈસીએન, એલ₂ઓ₃)
– PVD (દા.ત. TiAlN, AlTiN)
કોટિંગની પસંદગી વર્કપીસ મટિરિયલ (સ્ટીલ, સ્ટેનલેસ, કાસ્ટ આયર્ન, સુપરએલોય), કટીંગ સ્થિતિઓ અને શીતક વ્યૂહરચના પર આધાર રાખે છે.
-
૧૧. ગુણવત્તા નિયંત્રણ: કઠિનતા, ઘનતા અને માળખું પરીક્ષણો
બજારમાં રજૂ કરતા પહેલા, ઇન્સર્ટ્સ/ટૂલ્સનું પરીક્ષણ આના દ્વારા કરવામાં આવે છે:
– હિંસા (વિકર્સ),
- ઘનતા અને છિદ્રાળુતા,
- TRS (ટ્રાન્સવર્સ રપ્ચર સ્ટ્રેન્થ) ટેસ્ટ,
– માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરલ પરીક્ષા (અનાજનું કદ, બાઈન્ડર વિતરણ),
- પરિમાણો અને સપાટી ખામીઓનું નિરીક્ષણ.
ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ ટૂલ્સની ગુણવત્તા મોટાભાગે પાવડરથી સિન્ટરિંગ સુધીની પ્રક્રિયાની સુસંગતતા દ્વારા નક્કી થાય છે.
-
કેસિમ્પુલન
કટીંગ ટૂલ્સ માટે ટંગસ્ટન સામગ્રીનું ઉત્પાદન ફક્ત ટંગસ્ટનને છીણીના આકારમાં પીગળવા જેવું નથી, પરંતુ પ્રક્રિયાઓની લાંબી શ્રેણી છે: ઓર કોન્સન્ટ્રેટથી, રિફાઇનિંગથી APT સુધી, WO₃ બનાવવાથી, ટંગસ્ટન પાવડરમાં ઘટાડો, કાર્બ્યુરાઇઝેશનથી WC સુધી, બાઈન્ડર સાથે મિશ્રણ, પ્રેસિંગ, સિન્ટરિંગ, ફિનિશિંગ અને કોટિંગ. ઉદ્યોગમાં ઉપયોગમાં લેવાતું સૌથી સામાન્ય અંતિમ પરિણામ WC-Co આધારિત ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ છે કારણ કે તે કાપવા માટે કઠિનતા અને કઠિનતાનું આદર્શ સંયોજન પૂરું પાડે છે.
જો તમે ઈચ્છો તો, હું આ લેખનું વધુ ટેકનિકલ સંસ્કરણ બનાવી શકું છું જેમાં પ્રક્રિયા ફ્લોચાર્ટ, દરેક તબક્કા માટે સામાન્ય તાપમાન પરિમાણો અને ટર્નિંગ, મિલિંગ અને ડ્રિલિંગ માટે કાર્બાઇડ ગ્રેડ કમ્પોઝિશનના ઉદાહરણોનો સમાવેશ થાય છે.
