Căutarea globală pentru durabilitate extremă
În lumea producției, minerit și aerospațial, nimic nu este mai valsauos decât durabilitate . De fiecare dată când un burghiu se rupe, o lamă de turbină se erodează sau un rulment se uzează, costă timp, bani și eficiență. De zeci de ani, inginerii au urmărit visul unui material cu rezistența unui metal, dar duritatea la tăiere a unui diamant.
Această urmărire a dus la dezvoltarea carburi cimentate , o clasă revoluționară de materiale compozite care formează inima super-uneltelor moderne. Punctul de plecare pentru aproape toate aceste materiale este un ingredient fin reglat: Pulbere compozită de carbură .
Ce este exact pulberea compozită de carbură?
Un metal simplu sau un material ceramic pur rareori posedă amestecul perfect de proprietăți necesare aplicațiilor cu stres ridicat. Metalele sunt dure și rezistă la spargere, dar sunt adesea moi și se uzează rapid. Ceramica, ca și carburile pure, sunt extrem de dure, dar sunt de obicei fragile.
Pulbere compozită de carbură este un amestec proiectat care combină tot ce este mai bun din ambele lumi, urmând principiul „compozit” conform căruia materialul final este superior componentelor sale.
Cele două faze esențiale
Pulberea este un amestec microscopic de două componente distincte, fiecare jucând un rol vital:
1. Faza dură: Granulele de carbură
Această fază oferă materialul legendar duritate si rezistenta la uzura. Constă din particule microscopice ale unei carburi metalice, cel mai frecvent Carbură de tungsten (WC) . Carbura de tungsten este un compus ceramic care se clasează chiar sub diamant pe scara durității. Aceste boabe rigide, unghiulare sunt caii de lucru care fac tăierea, găurirea și șlefuirea. Alte carburi, cum ar fi carbura de titan (TiC) sau carbura de crom (CrC), sunt uneori folosite pentru a îmbunătăți proprietăți specifice, cum ar fi rezistența la coroziune.
2. Faza liantului: lipiciul metalic
Granulele de carbură tare sunt amestecate, de obicei, cu o pulbere metalică Cobalt (Co) , dar uneori Nichel (Ni) sau Fier (Fe). Acesta este liant — „cleiul” care ține împreună particulele ceramice. Fără el, carbura ar fi prea fragilă și s-ar sparge la impact. Liantul oferă esențialul duritate si rezistenta la fracturare.
Raportul dintre carbura tare și liantul metalic mai moale este controlat cu precizie pentru a crea diferite grade de material. Mai mult liant înseamnă un material mai dur care rezistă mai bine la șocuri, în timp ce mai puțin liant și granule mai mici de carbură produc un material mai dur, mai rezistent la uzură.
De la pulbere la unealtă: procesul de sinterizare
Cum se transformă această pulbere liberă într-un obiect solid capabil să taie oțel? Procesul este numit sinterizarea , o formă de metalurgie a pulberilor.
1. Amestecare și apăsare (starea „verde”)
În primul rând, Pulbere compozită de carbură este bine amestecat, adesea cu un auxiliar de presare organic și apoi compactat sub presiune mare în forma dorită. Acest obiect pre-sinterizat, numit „compact verde”, este fragil și asemănător cretei.
2. Sinterizarea și cimentarea
Compactul verde este apoi plasat într-un cuptor cu atmosferă controlată la temperatură ridicată. Este încălzit la o temperatură peste punctul de topire al liantului (cobalt), dar sub punctul de topire al carburii (carbură de tungsten). Liantul se topește și curge prin structură, dizolvând și apoi re-precipitând boabele de carbură, cimentându-le împreună la răcire. Acesta formează un material dens, solid, în care granulele de carbură tare sunt înconjurate și susținute de liantul metalic - finalul, incredibil de puternic. carbură cimentată or metal dur .
Aplicațiile indispensabile ale compozitelor cu carbură
Materialul rezultat este caracterizat printr-o combinație remarcabilă de duritate ridicată, rezistență ridicată la compresiune și duritate bună, făcându-l vital pentru nenumărate lucrări industriale:
- Instrumente de tăiere: Plăcuțele și vârfurile de tăiere utilizate în prelucrarea de mare viteză (strunguri, freze) sunt aproape exclusiv realizate din carbură cimentată. Acestea permit producătorilor să taie, să modeleze și să finiseze metalele dure mult mai rapid decât uneltele tradiționale din oțel.
- Exploatare și foraj: Mașinile de găurit pentru rocă, inserțiile pentru mașini de forat tunel și burghiile de foraj pentru petrol și gaz se bazează pe vârfuri de carbură pentru a rezista la abraziunea extremă și impactul tăierii prin rocă și pământ.
- Piese de uzură: Oriunde în care piesele se freacă unele de altele sub sarcină mare, cum ar fi rulmenții, garniturile, componentele pompei și duzele, acestea sunt protejate de carbură cimentată.
- Acoperiri de suprafață: Pulberile compozite de carbură sunt, de asemenea, pulverizate pe componentele metalice (de exemplu, trenul de aterizare a aeronavei, palele turbinei) folosind tehnici precum pulverizarea cu combustibil cu oxigen de mare viteză (HVOF) pentru a crea acoperiri protectoare extrem de dure, care rezistă la eroziune și coroziune.
Prin furnizarea unui material echilibrat care oferă claritatea unei ceramice și rezistența unui metal, Pulbere compozită de carbură oferă cu adevărat industriei marginea de nesfârșit de care are nevoie pentru a construi lumea modernă.
