வெட்டும் கருவிகளுக்கான டங்ஸ்டன் உலோகத்தை உருவாக்குவது எப்படி
இயந்திர வேலை மற்றும் உற்பத்தித் துறையில், குறிப்பாக வெட்டும் கருவிகளின் பயன்பாடுகளுக்கு, டங்ஸ்டன் மிக முக்கியமான உலோகங்களில் ஒன்றாக அறியப்படுகிறது. அதன் மிக உயர்ந்த உருகுநிலை, கடினத்தன்மை, தேய்மான எதிர்ப்புத்திறன் மற்றும் தீவிரமான வேலை வெப்பநிலைகளில் அதன் நிலைத்தன்மை ஆகியவை இதன் நன்மைகளாகும். இருப்பினும், தொழில்துறையில் உள்ள "டங்ஸ்டன் வெட்டும் கருவிகள்" பெரும்பாலும் தூய டங்ஸ்டனைப் பயன்படுத்துவதில்லை, மாறாக கோபால்ட் (Co) அல்லது நிக்கல் போன்ற ஒரு பிணைப்பானுடன் இணைக்கப்பட்ட டங்ஸ்டன் கார்பைடை (WC) பயன்படுத்துகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வது அவசியம். இந்தக் கலவையானது, தூய டங்ஸ்டனை விட உலோகங்களை வெட்டுவதற்கு மிகவும் பொருத்தமான ஒரு சிமென்ட் செய்யப்பட்ட கார்பைடு பொருளை (சின்டர்டு கார்பைடு) உருவாக்குகிறது.
தாது மூலத்திலிருந்து, முடிக்கப்பட்ட செருகல்கள் அல்லது வெட்டும் முனைகள் வரை, வெட்டும் கருவிகளுக்கான டங்ஸ்டன் அடிப்படையிலான பொருட்களை எவ்வாறு உற்பத்தி செய்வது என்பதை இந்தக் கட்டுரை விவாதிக்கிறது.
-
1. டங்ஸ்டன் மூலங்கள்: தாதுவிலிருந்து அடர் திரவம் வரை
டங்ஸ்டன் பொதுவாக இயற்கையில் வோல்ஃப்ராமைட் ((Fe,Mn)WO_4) மற்றும் ஷீலைட் ((CaWO_4)) ஆகிய கனிமங்களில் காணப்படுகிறது. உற்பத்தியின் ஆரம்ப கட்டம் என்பது, அதிக டங்ஸ்டன் செறிவைப் பெறுவதற்காக தாதுவை அகழ்ந்தெடுத்து பதப்படுத்துவதாகும்.
இந்த செயல்முறையில் அடங்குபவை:
– தாதுவை நசுக்கி அரைத்து சிறு துகள்களாக்குதல்.
– ஈர்ப்பு விசையால் பிரிதல் (ஏனெனில் டங்ஸ்டன் கனிமங்கள் ஒப்பீட்டளவில் கனமானவை).
– மிதவைப் பிரிப்பு அல்லது காந்தப் பிரிப்பு (தாதுவின் வகையைப் பொறுத்து).
– இரசாயன கட்டத்திற்கான மூலப்பொருளாக அடர் திரவத்தை உலர்த்துதல்.
இந்தக் கட்டத்தின் விளைவு டங்ஸ்டன் உலோகம் அல்ல, மாறாக வேதியியல் செயல்முறைக்குத் தயாராக உள்ள டங்ஸ்டன் கனிமச் செறிவூட்டியே ஆகும்.
-
2. வேதியியல் பிரித்தெடுத்தல்: APT (அம்மோனியம் பாராடங்ஸ்டேட்) தயாரித்தல்
நவீன டங்ஸ்டன் தொழிற்துறையானது, APT-ஐ (அம்மோனியம் பாராடங்ஸ்டேட்) ஒரு முதன்மை இடைநிலைப் பொருளாக உற்பத்தி செய்யும் செயல்முறைப் பாதைகளைப் பரவலாகப் பயன்படுத்துகிறது. APT அதன் உயர் தூய்மை மற்றும் பல்வேறு டங்ஸ்டன் பொருட்களாக எளிதில் பதப்படுத்தக்கூடிய தன்மை காரணமாக "தரநிலை" எனக் கருதப்படுகிறது.
சுருக்கம்:
1. கனிமத்தின் வகையைப் பொறுத்து, காரக் கரைசல் (எ.கா. NaOH) அல்லது அமிலத்தைப் பயன்படுத்தி செறிவைக் கழுவுதல்.
2. கரைசலில் டங்ஸ்டன் கரைந்து டங்ஸ்டேட் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது.
3. மாலிப்டினம், பாஸ்பரஸ், ஆர்சனிக் மற்றும் சிலிக்கா போன்ற அசுத்தங்களை நீக்குவதற்காக கரைசலைத் தூய்மைப்படுத்துதல்.
4. pH, வெப்பநிலை ஆகியவற்றைச் சரிசெய்து, அம்மோனியாவைச் சேர்ப்பதன் மூலம் APT படிகங்களை உருவாக்குதல்.
பின்னர் இந்த APT, டங்ஸ்டன் ஆக்சைடாகச் சுடப்படுகிறது.
-
3. சுட்டெரித்தல்: APT-ஐ டங்ஸ்டன் ஆக்சைடாக (WO₃) மாற்றுதல்
APT-யில் உள்ள நீர் மற்றும் அம்மோனியம் கூறுகளை அகற்றுவதற்காக, அது ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் சூடுபடுத்தப்பட்டு டங்ஸ்டன் டிரையாக்சைடு (WO₃) உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இந்த படிநிலை முக்கியமானது, ஏனெனில் WO₃ தான் பின்வருவனவற்றைத் தயாரிப்பதற்கான முக்கிய மூலப்பொருள் ஆகும்:
– டங்ஸ்டன் உலோகத் தூள் (தூய டங்ஸ்டன் தூள்), அல்லது
– வெட்டும் கருவிகளுக்கான டங்ஸ்டன் கார்பைடு தூள் (WC தூள்).
வெப்பநிலை மற்றும் சுட்டெரிக்கும் நேரத்தைக் கட்டுப்படுத்துவது பின்வருவனவற்றில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது:
– ஆக்சைடு துகளின் அளவு,
- மேற்பரப்பு பரப்பளவு,
– ஒடுக்கச் செயல்முறையின் போது ஏற்படும் வினைத்திறன்.
-
4. ஒடுக்கம்: டங்ஸ்டன் ஆக்சைடு (WO₃) இலிருந்து டங்ஸ்டன் தூளாக (W) மாற்றுதல்
டங்ஸ்டன் உலோகத்தைப் பெறுவதற்காக, WO₃ ஆனது உயர் வெப்பநிலையில் ஹைட்ரஜன் வாயுவைப் பயன்படுத்தி ஒடுக்கப்படுகிறது. இந்த வினை பொதுவாகப் படிப்படியாக நிகழ்கிறது; எடுத்துக்காட்டாக, தூய டங்ஸ்டன் (W) கிடைப்பதற்கு முன்பு இடைநிலை ஆக்சைடுகள் உருவாகின்றன. பின்வருவனவற்றை உறுதி செய்வதற்காக, இந்தச் செயல்முறை ஒரு சிறப்பு உலையில் கடுமையான கட்டுப்பாடுகளின் கீழ் மேற்கொள்ளப்படுகிறது:
– அதிக தூய்மை,
– குறைந்த ஆக்ஸிஜன் அளவு,
– தேவைக்கேற்ப தூள் துகள்களின் அளவு.
இதன் விளைவாக டங்ஸ்டன் தூள் கிடைக்கிறது, இது குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படலாம். இருப்பினும், வெட்டும் கருவிகளைப் பொறுத்தவரை, தொழில்துறை பெரும்பாலும் டங்ஸ்டன் கார்பைடு உருவாக்கும் கட்டத்திற்கே செல்கிறது.
-
5. கார்பனாக்கம்: டங்ஸ்டன் கார்பைடு (WC) தயாரித்தல்
வெட்டும் கருவியாகப் பயன்படுத்துவதற்கு ஏற்றதாக மாற்றுவதற்காக, டங்ஸ்டன் பொதுவாக டங்ஸ்டன் கார்பைடாக (WC) மாற்றப்படுகிறது. இந்த செயல்முறை கார்பரைசேஷன் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இதில் டங்ஸ்டன் தூளானது ஒரு கார்பன் மூலத்துடன் (கார்பன் பிளாக் போன்றவை) கட்டுப்படுத்தப்பட்ட சூழலில் உயர் வெப்பநிலையில் வினைபுரிகிறது.
முக்கிய நோக்கங்கள்:
– ஒரு நிலையான WC கட்டத்தை உருவாக்குங்கள்,
– அதிகப்படியான \(W_2C\) போன்ற விரும்பத்தகாத கட்டங்கள் உருவாவதைத் தடுக்கிறது,
WC-யின் துகள் அளவைக் கட்டுப்படுத்தவும், ஏனெனில் இது தேய்மான எதிர்ப்புத்திறன் மற்றும் கடினத்தன்மையை பெரிதும் பாதிக்கிறது.
இதன் விளைவாகக் கிடைக்கும் WC தூளானது, தரத்தின் சீரான தன்மையை உறுதி செய்வதற்காகப் பின்னர் வகைப்படுத்தப்படுகிறது (அளவுப் பரவலுக்காகச் சலிக்கப்படுகிறது/அளவிடப்படுகிறது).
-
6. பிணைப்பானுடன் கலத்தல்: “சிமென்ட் கலந்த கார்பைடு” தயாரித்தல்
WC மட்டும் மிகவும் கடினமானது ஆனால் உடையக்கூடியது. வெட்டும் கருவிகளுக்காக, WC ஒரு பிணைப்பானுடன் (பல எந்திரப் பயன்பாடுகளுக்குப் பொதுவாக 6–12% கோபால்ட்) கலக்கப்பட்டு, பின்வரும் கூறுகளின் கலவையைக் கொண்ட ஒரு பொருள் உருவாக்கப்படுகிறது:
– அதிக கடினத்தன்மை (WC-யிலிருந்து),
– (பிணைப்பானின்) கடினத்தன்மை மற்றும் விரிசல் எதிர்ப்புத்திறன்.
கலப்பு நிலைகள்:
1. எடைபோடுதல்: WC மற்றும் பைண்டரின் கலவையைத் தரத்திற்கேற்ப எடைபோடுதல்.
2. பந்து அரைத்தல் / அட்ரிட்டர் அரைத்தல்: ஒருபடித்தான தன்மையை அடைவதற்காக, ஊடகங்கள் மற்றும் திரவங்களுடன் (பெரும்பாலும் கரிமக் கரைப்பான்களைப் பயன்படுத்தி) தீவிரமாகக் கலக்குதல்.
3. உருவமைக்கும் செயல்முறைக்கு (அழுத்துவதற்கு) உதவுவதற்காக, தற்காலிக கரிம மெழுகு/பிணைப்பானைச் சேர்த்தல்.
4. அச்சிடுவதற்குத் தயாரான தூளாக (மணிகளாக) மாறும் வரை உலர்த்துதல்.
இந்த நிலையில், மாசு கட்டுப்பாடு மிகவும் முக்கியமானது. சிறிதளவு அழுக்கு கூட கருவியின் செயல்திறனை கணிசமாகக் குறைத்துவிடும்.
-
7. வடிவமைத்தல் (அழுத்துதல்): செருகும் வடிவத்திற்குள் அழுத்துதல்
கலக்கப்பட்ட தூளானது பின்னர் “பச்சை நிறக் கட்டியாக” (உருகுவதற்கு முந்தைய மூல வடிவம்) உருவாக்கப்படுகிறது. இரண்டு பொதுவான முறைகள்:
– ஓர் அச்சில் அழுத்துதல்: ஒரு அச்சில் வைத்து, நிர்ணயிக்கப்பட்ட செருகு வடிவங்களுக்கு அழுத்தப்படுகிறது.
– குளிர் ஐசோஸ்டேடிக் அழுத்தம் (CIP): அனைத்து திசைகளிலிருந்தும் சீரான அழுத்தம், மேலும் சீரான அடர்த்திக்கு ஏற்றது.
அந்தப் பச்சை நிறக் காம்பாக்ட் இன்னும் உடையக்கூடியதாக இருந்தாலும், அது ஏற்கனவே வெட்டும் கருவியின் இறுதி வடிவத்தை ஒத்திருக்கிறது.
-
8. சின்டரிங்: இறுக்கம் மற்றும் நுண் கட்டமைப்பு உருவாக்கம்
உயர் வெப்பநிலையில் (பொதுவாக, அதன் கலவையைப் பொறுத்து 1300°C-க்கு மேல்) சின்டரிங் செய்வதே முக்கியமான படியாகும். சிமென்டட் கார்பைடில், சின்டரிங் பெரும்பாலும் திரவ நிலை சின்டரிங்காக நிகழ்கிறது: பிணைப்பான் (எ.கா., கோபால்ட்) உருகி, கட்டமைப்பைத் திடப்படுத்த உதவுகிறது, துளைகளை நிரப்புகிறது, மற்றும் WC துகள்களை ஒன்றாக "ஒட்டுகிறது".
நல்ல சின்டரிங் முடிவுகளின் சிறப்பியல்புகள்:
– அதிக அடர்த்தி (குறைந்த நுண்துளைத்தன்மை),
– பைண்டரின் சீரான விநியோகம்,
– தரத்திற்கேற்ப WC துகள் அளவு (மெல்லிய, நடுத்தர, தடித்த),
– சீரான உறுதித்தன்மை மற்றும் கடினத்தன்மை.
நுண் துளைகளை மூடுவதற்கும், விரிசல் எதிர்ப்பை அதிகரிப்பதற்கும், சின்டரிங்கிற்குப் பிறகு HIP (ஹாட் ஐசோஸ்டேடிக் பிரஸ்ஸிங்) செயல்முறை பெரும்பாலும் மேற்கொள்ளப்படுகிறது.
-
9. இறுதி செய்தல்: அரைத்தல், EDM மற்றும் பரிமாணக் கட்டுப்பாடு
உருக்கிச் சூடாக்கிய பிறகு, சிமெண்ட் பூசப்பட்ட கார்பைடு மிகவும் கடினமாகிவிடுவதால், அதன் இறுதி வடிவம் பின்வருமாறு செய்யப்படுகிறது:
– வைரச் சக்கரத்தைப் பயன்படுத்தி அரைத்தல்,
– குறிப்பிட்ட வடிவங்களுக்கான EDM (குறிப்பாக கடினமான அம்சங்கள் இருந்தால்),
– வெட்டும் முனை எளிதில் சிதைந்துவிடாமல் இருப்பதற்காக, விளிம்பைச் சீராக்கித் தயார் செய்தல்.
இந்தக் கட்டம் கருவியின் வடிவவியல் பண்புகளான இடைவெளிக் கோணம், முனை ஆரம் மற்றும் மேற்பரப்பு சொரசொரப்பு ஆகியவற்றைத் தீர்மானிக்கிறது.
-
10. மேற்பூச்சு (விருப்பத்திற்குரியது ஆனால் பொதுவானது): வெட்டும் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது
பல கார்பைடு வெட்டும் கருவிகள் பின்வருவனவற்றை மேம்படுத்துவதற்காக பூசப்படுகின்றன:
– தேய்மான எதிர்ப்புத்திறன்,
– ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பு,
– அதிக வெட்டும் வேகத்தில் செயல்திறன்.
பொதுவான பூச்சுத் தொழில்நுட்பங்கள்:
– CVD (எ.கா. TiC, TiCN, Al₂O₃)
– PVD (எ.கா. TiAlN, AlTiN)
பூச்சுத் தேர்வு, வேலைப் பொருளின் மூலப்பொருள் (எஃகு, துருப்பிடிக்காத எஃகு, வார்ப்பு இரும்பு, சூப்பர் அலாய்), வெட்டும் நிலைமைகள் மற்றும் குளிர்விப்பான் உத்தி ஆகியவற்றைப் பொறுத்து அமைகிறது.
-
11. தரக் கட்டுப்பாடு: கடினத்தன்மை, அடர்த்தி மற்றும் கட்டமைப்புச் சோதனைகள்
சந்தையில் வெளியிடப்படுவதற்கு முன்பு, செருகல்கள்/கருவிகள் பின்வருவனவற்றின் மூலம் சோதிக்கப்படுகின்றன:
– வன்முறை (விக்கர்ஸ்),
– அடர்த்தி மற்றும் நுண்துளைத்தன்மை,
– டிஆர்எஸ் (குறுக்கு முறிவு வலிமை) சோதனை,
– நுண்ணமைப்புப் பரிசோதனை (தானிய அளவு, பிணைப்பிப் பரவல்),
– பரிமாணங்கள் மற்றும் மேற்பரப்புக் குறைபாடுகளை ஆய்வு செய்தல்.
டங்ஸ்டன் கார்பைடு கருவிகளின் தரம், தூள் தயாரிப்பது முதல் உருக்கிச் சூடாக்குவது வரையிலான செயல்முறையின் சீரான தன்மையைப் பொறுத்தே பெருமளவில் அமைகிறது.
-
முடிவுரை
வெட்டும் கருவிகளுக்கான டங்ஸ்டன் மூலப்பொருளின் உற்பத்தி என்பது, டங்ஸ்டனை உளி வடிவத்தில் உருக்குவது மட்டுமல்ல, மாறாக அது ஒரு நீண்ட தொடர் செயல்முறைகளாகும்: தாதுச் செறிவூட்டலில் இருந்து தொடங்கி, APT ஆக சுத்திகரித்து, WO₃ தயாரித்து, டங்ஸ்டன் தூளாக ஒடுக்கம் செய்து, WC ஆக கார்பனேற்றம் செய்து, பிணைப்பானுடன் கலந்து, அழுத்தி, உருக்கி இணைத்து, இறுதி மெருகூட்டல் மற்றும் பூச்சு செய்தல் ஆகியவை இதில் அடங்கும். தொழில்துறையில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் இறுதி விளைபொருள் WC-Co அடிப்படையிலான டங்ஸ்டன் கார்பைடு ஆகும், ஏனெனில் அது வெட்டுவதற்குத் தேவையான கடினத்தன்மை மற்றும் உறுதித்தன்மையின் சிறந்த கலவையை வழங்குகிறது.
நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையின் மேலும் தொழில்நுட்பம் சார்ந்த ஒரு பதிப்பை, ஒரு செயல்முறைப் பாய்வுப்படம், ஒவ்வொரு கட்டத்திற்குமான பொதுவான வெப்பநிலை அளவுருக்கள், மற்றும் திருப்புதல், அரைத்தல், துளையிடுதல் ஆகியவற்றுக்கான கார்பைடு தரக் கலவைகளின் எடுத்துக்காட்டுகளுடன் என்னால் உருவாக்க முடியும்.
