Како да се направи волфрамски метал за алатки за сечење
Волфрамот е познат како еден од најважните метали во светот на машинската обработка и производството, особено за примена во алати за сечење. Неговите предности лежат во неговата многу висока точка на топење, тврдост, отпорност на абење и стабилност при екстремни работни температури. Сепак, важно е да се разбере дека „алатите за сечење волфрам“ во индустријата речиси никогаш не користат чист волфрам, туку волфрам карбид (WC) во комбинација со врзивно средство како што се кобалт (Co) или никел. Оваа комбинација произведува цементиран карбиден материјал (синтеруван карбид) кој е многу посоодветен за сечење метал отколку чистиот волфрам.
Оваа статија дискутира за тоа како да се произведуваат материјали базирани на волфрам за алати за сечење, од извор на руда до готови влошки или делови за сечење.
-
1. Извори на волфрам: Од руда до концентрат
Волфрамот генерално се наоѓа во природата во минералите волфрамит ((Fe,Mn)WO_4) и шелит ((CaWO_4). Почетната фаза на производство е ископување и преработка на рудата за да се добие концентрат со висока содржина на волфрам.
Процесот вклучува:
– Дробење и мелење на руда за да се добијат честички со мали димензии.
– Гравитациско раздвојување (бидејќи волфрамските минерали се релативно тешки).
– Флотација или магнетна сепарација (во зависност од видот на рудата).
– Сушење на концентрат како суровина за хемиска фаза.
Резултатот од оваа фаза не е волфрамски метал, туку концентрат од волфрамски минерал кој е подготвен за хемиска обработка.
-
2. Хемиска екстракција: Правење APT (амониум параволфрагмат)
Современата индустрија за волфрам широко користи процесни патишта што произведуваат APT (амониум параволфрам) како примарен меѓупроизвод. APT се смета за „стандард“ поради неговата висока чистота и леснотијата на преработка во разни волфрамови производи.
Контура:
1. Исплакнување на концентратот со употреба на алкален раствор (на пр. NaOH) или киселина, во зависност од видот на минералот.
2. Волфрамот се раствора за да формира волфрамни соединенија во раствор.
3. Прочистување на растворот за отстранување на нечистотии како што се молибден, фосфор, арсен и силициум диоксид.
4. Кристализација на APT со прилагодување на pH вредноста, температурата и додавање на амонијак за да се формираат APT кристали.
Овој APT потоа се калцинира во волфрам оксид.
-
3. Калцинација: Претворање на APT во волфрам оксид (WO₃)
APT се загрева на одредена температура за да се отстранат водата и амониумските компоненти, произведувајќи волфрам триоксид (WO₃). Овој чекор е важен бидејќи WO₃ е главната суровина за производство на:
– волфрамов метален прав (чист волфрамов прав), или
– волфрамкарбиден прав (WC прав) за алати за сечење.
Контролата на температурата и времето на калцинација влијае на:
– големина на честички од оксид,
- површина,
– реактивност за време на процесот на редукција.
-
4. Редукција: Од WO₃ во волфрамов прав (W)
За да се добие волфрамски метал, WO₃ се редуцира со употреба на водороден гас на високи температури. Реакцијата е генерално постепена, на пример, преку формирање на меѓуоксиди пред да се добие чист W. Процесот се изведува во посебна печка под строги контроли за да се обезбеди:
– висока чистота,
– ниски нивоа на кислород,
– големина на зрната во прав по потреба.
Резултатот е волфрамски прав, кој може да се користи за одредени намени. Сепак, за алати за сечење, индустријата почесто продолжува кон фазата на формирање на волфрам карбид.
-
5. Карбуризација: Изработка на волфрам карбид (WC)
За да биде погоден како алатка за сечење, волфрамот генерално се претвора во волфрамкарбид (WC). Овој процес се нарекува карбуризација, што вклучува реакција на волфрамски прав со извор на јаглерод (како што е јаглероден црн материјал) на високи температури во контролирана атмосфера.
Главните цели:
– формира стабилна WC фаза,
– спречување на формирање на непожелни фази како што е прекумерен \(W_2C\),
– контролирајте ја големината на зрната на WC бидејќи тоа во голема мера влијае на отпорноста на абење и цврстината.
Добиениот WC прав потоа се класифицира (се просејува/мери за распределба на големината) за да се обезбеди конзистентност на квалитетот.
-
6. Мешање со врзивно средство: Правење „цементиран карбид“
Само WC е многу тврд, но кршлив. За алатки за сечење, WC се меша со врзивно средство (обично 6–12% кобалт за многу машински апликации) за да се создаде материјал со комбинација од:
– висока тврдост (од WC),
– цврстина и отпорност на пукнатини (на врзивното средство).
Мешани фази:
1. Тежење: мерење на составот на WC и врзивно средство според степенот.
2. Топчесто глодање / глодање со атритор: интензивно мешање со медиуми и течности (често со употреба на органски растворувачи) за хомогеност.
3. Додавање на привремен органски восок/врзивно средство за да се помогне процесот на обликување (пресување).
4. Сушење додека не стане прашок (гранули) подготвен за печатење.
Во оваа фаза, контролата на контаминацијата е клучна. Дури и мала количина нечистотија може значително да ги намали перформансите на алатот.
-
7. Формирање (збивање): Притискање во облик на вметнување
Потоа, измешаниот прав се формира во „зелен компактен материјал“ (суровата форма пред синтерување). Два вообичаени методи:
– Едноосно пресување: пресувано во калап според стандардни форми на влошки.
– Ладно изостатско пресување (CIP): рамномерен притисок од сите правци, погодно за порамномерна густина.
Зелениот компактен дел е сè уште кревок, но веќе наликува на конечниот облик на алатката за сечење.
-
8. Синтерување: Набивање и формирање на микроструктура
Клучниот чекор е синтерување на високи температури (обично над 1300°C, во зависност од составот). Кај цементираниот карбид, синтерувањето често се случува како синтерување во течна фаза: врзивното средство (на пр., Co) се топи и помага во зацврстувањето на структурата, ги исполнува порите и ги „лепи“ WC зрната заедно.
Добрите резултати од синтерување се карактеризираат со:
– висока густина (ниска порозност),
– рамномерна распределба на врзивното средство,
– Големина на зрно WC според сортата (фино, средно, грубо),
– избалансирана цврстина и тврдост.
HIP (топло изостатско пресување) често се изведува по синтерувањето за да се затворат микропорите и да се зголеми отпорноста на пукнатини.
-
9. Завршна обработка: брусење, EDM и димензионална контрола
По синтерувањето, цементираниот карбид е толку тврд што конечното обликување се врши со:
– брусење со дијамантско тркало,
– EDM за специфични геометрии (особено ако има тешки карактеристики),
– закосување и подготовка на рабовите, така што сечилото нема лесно да се крши.
Оваа фаза ги одредува геометриските квалитети на алатот: агол на зафатнина, радиус на врвот и грубост на површината.
-
10. Обложување (опционално, но вообичаено): Ги подобрува перформансите на сечење
Многу алатки за сечење карбид се обложени за да се подобри:
- отпорност на абење,
- отпорност на оксидација,
– перформанси при високи брзини на сечење.
Вообичаени технологии за премачкување:
– CVD (на пр. TiC, TiCN, Al₂O₃)
– PVD (на пр. TiAlN, AlTiN)
Изборот на премаз зависи од материјалот на обработуваниот дел (челик, не'рѓосувачки челик, леано железо, суперлегура), условите на сечење и стратегијата за ладење.
-
11. Контрола на квалитет: Тестови за тврдост, густина и структура
Пред да бидат публикувани на пазарот, влошките/алатите се тестираат преку:
– насилство (Викерс),
– густина и порозност,
– TRS тест (трансверзална цврстина на кинење),
– микроструктурно испитување (големина на зрната, распределба на врзивното средство),
– проверка на димензиите и површинските дефекти.
Квалитетот на алатите од волфрам карбид во голема мера е определен од конзистентноста на процесот од прав до синтерување.
-
Заклучок
Производството на волфрамски материјал за алати за сечење не е едноставно топење на волфрам во облик на длето, туку долга низа процеси: од концентрат на руда, рафинирање до APT, производство на WO₃, редукција до волфрамски прав, карбуризација до WC, мешање со врзивно средство, пресување, синтерување, завршна обработка и премачкување. Најчестиот краен резултат што се користи во индустријата е волфрам карбид базиран на WC-Co бидејќи обезбедува идеална комбинација на тврдост и жилавост за сечење.
Ако сакате, можам да создадам потехничка верзија на овој напис со дијаграм на процесот, општи температурни параметри за секоја фаза и примери на композиции од карбиден степен за стругање, глодање и дупчење.
