معرفة أساسية بمواد أدوات الكربيد

يُعد الكربيد أكثر أنواع مواد أدوات التشغيل عالي السرعة استخدامًا، حيث يُنتج بتقنيات تعدين المساحيق ويتكون من جزيئات كربيد صلبة (عادةً كربيد التنجستن WC) ورابطة معدنية أكثر ليونة. يوجد حاليًا مئات من أنواع الكربيدات الملبدة القائمة على كربيد التنجستن بتراكيب مختلفة، ويستخدم معظمها الكوبالت (Co) كمادة رابطة، كما يُستخدم النيكل (Ni) والكروم (Cr) بشكل شائع كمواد رابطة، ويمكن إضافة عناصر أخرى. لماذا يوجد هذا العدد الكبير من أنواع الكربيد؟ وكيف يختار مصنّعو الأدوات المادة المناسبة لعملية قطع محددة؟ للإجابة على هذه الأسئلة، دعونا أولًا نلقي نظرة على الخصائص المختلفة التي تجعل الكربيد الملبد مادة مثالية للأدوات.

الصلابة والمتانة

يتميز كربيد التنجستن المُلبّد بالكوبالت (WC-Co) بمزايا فريدة من حيث الصلابة والمتانة. يتميز كربيد التنجستن (WC) بصلابته العالية (أكثر من الكوروندوم أو الألومينا)، ونادرًا ما تنخفض صلابته مع ارتفاع درجة حرارة التشغيل. ومع ذلك، فهو يفتقر إلى المتانة الكافية، وهي خاصية أساسية لأدوات القطع. وللاستفادة من صلابة كربيد التنجستن العالية وتحسين متانته، تُستخدم روابط معدنية لربط جزيئات كربيد التنجستن معًا، مما يمنح هذه المادة صلابة تفوق بكثير صلابة الفولاذ عالي السرعة، مع قدرتها على تحمل معظم عمليات القطع. إضافةً إلى ذلك، يمكنها تحمل درجات حرارة القطع العالية الناتجة عن عمليات التشغيل عالية السرعة.

اليوم، تُغطى جميع سكاكين وشفرات كربيد التنجستن والكوبالت تقريبًا، مما يجعل دور المادة الأساسية يبدو أقل أهمية. لكن في الواقع، إن معامل المرونة العالي لمادة كربيد التنجستن والكوبالت (وهو مقياس للصلابة، ويبلغ حوالي ثلاثة أضعاف صلابة الفولاذ عالي السرعة عند درجة حرارة الغرفة) هو ما يوفر الركيزة غير القابلة للتشوه للطلاء. كما توفر مصفوفة كربيد التنجستن والكوبالت المتانة المطلوبة. هذه الخصائص هي الخصائص الأساسية لمواد كربيد التنجستن والكوبالت، ولكن يمكن أيضًا تعديل خصائص المادة عن طريق ضبط تركيبها وبنيتها المجهرية عند إنتاج مساحيق الكربيد الملبد. لذلك، تعتمد ملاءمة أداء الأداة لعملية تشغيل محددة إلى حد كبير على عملية الطحن الأولية.

عملية الطحن

يُستخلص مسحوق كربيد التنجستن من خلال كربنة مسحوق التنجستن (W). وتعتمد خصائص مسحوق كربيد التنجستن (وخاصة حجم جسيماته) بشكل أساسي على حجم جسيمات مسحوق التنجستن الخام، ودرجة حرارة الكربنة، ومدة الكربنة. كما يُعد التحكم الكيميائي بالغ الأهمية، إذ يجب الحفاظ على نسبة الكربون ثابتة (قريبة من القيمة القياسية البالغة 6.13% وزناً). ويمكن إضافة كمية صغيرة من الفاناديوم و/أو الكروم قبل معالجة الكربنة للتحكم في حجم جسيمات المسحوق خلال العمليات اللاحقة. وتتطلب ظروف المعالجة اللاحقة المختلفة واستخدامات المعالجة النهائية المختلفة مزيجًا محددًا من حجم جسيمات كربيد التنجستن، ونسبة الكربون، ونسبة الفاناديوم، ونسبة الكروم، مما يُتيح إنتاج أنواع مختلفة من مساحيق كربيد التنجستن. على سبيل المثال، تقوم شركة ATI Alldyne، وهي شركة مصنعة لمسحوق كربيد التنجستن، بإنتاج 23 درجة قياسية من مسحوق كربيد التنجستن، ويمكن أن تصل أنواع مسحوق كربيد التنجستن المخصصة وفقًا لمتطلبات المستخدم إلى أكثر من 5 أضعاف أنواع الدرجات القياسية من مسحوق كربيد التنجستن.

عند خلط وطحن مسحوق كربيد التنجستن مع مادة رابطة معدنية لإنتاج مسحوق كربيد التنجستن الملبد بدرجة معينة، يمكن استخدام تركيبات متنوعة. تتراوح نسبة الكوبالت الأكثر شيوعًا بين 3% و25% (نسبة وزنية)، وفي حال الحاجة إلى تعزيز مقاومة الأداة للتآكل، يُضاف النيكل والكروم. كما يمكن تحسين المادة الرابطة المعدنية بإضافة مكونات أخرى من السبائك. على سبيل المثال، إضافة الروثينيوم إلى كربيد التنجستن الملبد مع الكوبالت (WC-Co) يُحسّن متانته بشكل ملحوظ دون التأثير على صلابته. زيادة نسبة المادة الرابطة تُحسّن أيضًا من متانة كربيد التنجستن الملبد، ولكنها تُقلل من صلابته.

يُمكن تقليل حجم جزيئات كربيد التنجستن لزيادة صلابة المادة، ولكن يجب الحفاظ على حجم جزيئات كربيد التنجستن ثابتًا أثناء عملية التلبيد. خلال عملية التلبيد، تتحد جزيئات كربيد التنجستن وتنمو من خلال عملية الذوبان وإعادة الترسيب. في عملية التلبيد الفعلية، ولتكوين مادة كثيفة تمامًا، يصبح الرابط المعدني سائلًا (يُسمى هذا التلبيد بالطور السائل). يُمكن التحكم في معدل نمو جزيئات كربيد التنجستن بإضافة كربيدات فلزات انتقالية أخرى، بما في ذلك كربيد الفاناديوم (VC)، وكربيد الكروم (Cr3C2)، وكربيد التيتانيوم (TiC)، وكربيد التنتالوم (TaC)، وكربيد النيوبيوم (NbC). عادة ما تضاف هذه الكربيدات المعدنية عند خلط مسحوق كربيد التنجستن وطحنه برابطة معدنية، على الرغم من أنه يمكن أيضًا تكوين كربيد الفاناديوم وكربيد الكروم عند كربنة مسحوق كربيد التنجستن.

يمكن أيضًا إنتاج مسحوق كربيد التنجستن باستخدام مواد كربيد التنجستن المُعاد تدويرها. لإعادة تدوير واستخدام كربيد التنجستن تاريخ طويل في صناعة كربيد التنجستن، وهي جزء أساسي من سلسلة القيمة الاقتصادية لهذه الصناعة، إذ تُسهم في خفض تكاليف المواد، والحفاظ على الموارد الطبيعية، وتجنب التخلص من النفايات الضارة. يمكن إعادة استخدام كربيد التنجستن المُعاد تدويره عمومًا من خلال عملية باراتنجستات الأمونيوم (APT)، أو عملية استخلاص الزنك، أو عن طريق التكسير. تتميز مساحيق كربيد التنجستن "المُعاد تدويرها" هذه بكثافة أفضل وأكثر قابلية للتنبؤ، نظرًا لصغر مساحة سطحها مقارنةً بمساحيق كربيد التنجستن المُصنّعة مباشرةً من خلال عملية كربنة التنجستن.

تُعدّ ظروف معالجة الطحن المختلط لمسحوق كربيد التنجستن والرابط المعدني من أهمّ معايير العملية. وتُعتبر تقنيتا الطحن الكروي والطحن الدقيق من أكثر تقنيات الطحن شيوعًا. تُمكّن كلتا العمليتين من خلط المساحيق المطحونة بشكل متجانس وتقليل حجم الجسيمات. ولضمان قوة كافية لقطعة العمل المضغوطة، والحفاظ على شكلها، وتسهيل عملية رفعها من قِبل المشغل، يُضاف عادةً رابط عضوي أثناء الطحن. ويؤثر التركيب الكيميائي لهذا الرابط على كثافة وقوة قطعة العمل المضغوطة. ولتسهيل التعامل معها، يُنصح بإضافة روابط عالية القوة، ولكن هذا يؤدي إلى انخفاض كثافة الضغط، وقد يُنتج كتلًا تُسبب عيوبًا في المنتج النهائي.

بعد الطحن، يُجفف المسحوق عادةً بالرش لإنتاج تكتلات سهلة التدفق متماسكة بواسطة مواد رابطة عضوية. ومن خلال تعديل تركيبة المادة الرابطة العضوية، يمكن ضبط انسيابية هذه التكتلات وكثافة شحنتها حسب الرغبة. كما يمكن، من خلال غربلة الجزيئات الخشنة أو الدقيقة، ضبط توزيع حجم جزيئات التكتل بشكل أدق لضمان انسيابية جيدة عند تحميله في تجويف القالب.

تصنيع قطع العمل

يمكن تشكيل قطع الكربيد باستخدام طرق معالجة متنوعة. وبحسب حجم القطعة، ودرجة تعقيد شكلها، وكمية الإنتاج، تُصنع معظم أدوات القطع باستخدام قوالب صلبة ذات ضغط علوي وسفلي. وللحفاظ على ثبات وزن وحجم القطعة أثناء كل عملية ضغط، من الضروري ضمان تساوي كمية المسحوق (الكتلة والحجم) المتدفقة إلى التجويف. وتُتحكم سيولة المسحوق بشكل أساسي من خلال توزيع حجم التكتلات وخصائص المادة الرابطة العضوية. تُصنع القطع المصبوبة (أو "الخامات") بتطبيق ضغط صب يتراوح بين 10 و80 كيلو باوند لكل قدم مربع على المسحوق المحمل في تجويف القالب.

حتى تحت ضغط التشكيل العالي للغاية، لا تتشوه جزيئات كربيد التنجستن الصلبة أو تنكسر، بل يُضغط الرابط العضوي في الفراغات بين هذه الجزيئات، مما يُثبّت موضعها. كلما زاد الضغط، زادت قوة ترابط جزيئات كربيد التنجستن، وزادت كثافة ضغط قطعة العمل. قد تختلف خصائص تشكيل أنواع مسحوق الكربيد الملبد تبعًا لمحتوى الرابط المعدني، وحجم وشكل جزيئات كربيد التنجستن، ودرجة التكتل، وتركيب الرابط العضوي وإضافته. ولتوفير معلومات كمية حول خصائص ضغط أنواع مساحيق الكربيد الملبد، عادةً ما يُصمّم مُصنّع المسحوق العلاقة بين كثافة التشكيل وضغط التشكيل. تضمن هذه المعلومات توافق المسحوق المُورّد مع عملية التشكيل الخاصة بمُصنّع الأدوات.

تُصنع قطع الكربيد كبيرة الحجم، أو ذات النسب العالية بين الطول والعرض (مثل سيقان قواطع الطحن والمثاقب)، عادةً من مسحوق كربيد مضغوط بشكل متجانس داخل كيس مرن. ورغم أن دورة إنتاج طريقة الضغط المتوازن أطول من دورة إنتاج طريقة التشكيل، إلا أن تكلفة تصنيع الأداة أقل، مما يجعل هذه الطريقة أنسب للإنتاج بكميات صغيرة.

تعتمد هذه الطريقة على وضع المسحوق في الكيس، وإغلاق فوهته، ثم وضع الكيس المملوء بالمسحوق في حجرة الضغط، وتطبيق ضغط يتراوح بين 30 و60 ألف رطل لكل بوصة مربعة باستخدام جهاز هيدروليكي. غالبًا ما تُشَكَّل القطع المضغوطة بأشكال هندسية محددة قبل عملية التلبيد. يُكبَّر حجم الكيس لاستيعاب انكماش القطعة أثناء الضغط، ولتوفير هامش كافٍ لعمليات التجليخ. نظرًا لأن القطعة تحتاج إلى معالجة بعد الضغط، فإن متطلبات اتساق الشحن ليست صارمة كما في طريقة التشكيل، ولكن من المستحسن مع ذلك ضمان تحميل نفس كمية المسحوق في الكيس في كل مرة. إذا كانت كثافة شحن المسحوق منخفضة جدًا، فقد يؤدي ذلك إلى عدم كفاية المسحوق في الكيس، مما ينتج عنه قطعة صغيرة جدًا ويجب التخلص منها. أما إذا كانت كثافة تحميل المسحوق عالية جدًا، وكانت كمية المسحوق المحملة في الكيس زائدة، فستحتاج القطعة إلى معالجة لإزالة المزيد من المسحوق بعد الضغط. على الرغم من إمكانية إعادة تدوير المسحوق الزائد الذي تمت إزالته وقطع العمل المكسورة، إلا أن القيام بذلك يقلل من الإنتاجية.

يمكن تشكيل قطع الكربيد باستخدام قوالب البثق أو قوالب الحقن. تُعدّ عملية البثق أكثر ملاءمةً للإنتاج الكمي لقطع العمل ذات الشكل المتناظر، بينما تُستخدم عملية الحقن عادةً للإنتاج الكمي لقطع العمل ذات الأشكال المعقدة. في كلتا العمليتين، تُعلّق أنواع مختلفة من مسحوق الكربيد المُلبّد في مادة رابطة عضوية تُكسب خليط الكربيد قوامًا شبيهًا بمعجون الأسنان. ثم يُبثق المركب عبر فتحة أو يُحقن في تجويف لتشكيله. تُحدد خصائص نوع مسحوق الكربيد المُلبّد النسبة المثلى للمسحوق إلى المادة الرابطة في الخليط، ولها تأثير كبير على انسيابية الخليط عند بثقه أو حقنه في التجويف.

بعد تشكيل قطعة العمل بالقولبة أو الضغط المتساوي أو البثق أو قولبة الحقن، يجب إزالة المادة الرابطة العضوية منها قبل مرحلة التلبيد النهائية. يزيل التلبيد المسامية من قطعة العمل، مما يجعلها كثيفة تمامًا (أو شبه كثيفة). خلال عملية التلبيد، يصبح الرابط المعدني في قطعة العمل المشكلة بالضغط سائلاً، لكن قطعة العمل تحتفظ بشكلها بفعل قوى الشعرية وترابط الجزيئات.

بعد التلبيد، يبقى شكل قطعة العمل كما هو، لكن أبعادها تقل. وللحصول على الحجم المطلوب لقطعة العمل بعد التلبيد، يجب مراعاة معدل الانكماش عند تصميم الأداة. ويجب اختيار نوع مسحوق الكربيد المستخدم في صناعة كل أداة بحيث يكون له معدل الانكماش الصحيح عند ضغطه تحت الضغط المناسب.

في معظم الحالات، يلزم إجراء معالجة لاحقة للقطعة الملبدة. وتتمثل أبسط معالجة لأدوات القطع في شحذ حافة القطع. تتطلب العديد من الأدوات صقل شكلها وأبعادها بعد التلبيد. بعض الأدوات تتطلب صقلًا من الأعلى والأسفل، بينما يتطلب البعض الآخر صقلًا محيطيًا (مع أو بدون شحذ حافة القطع). ويمكن إعادة تدوير جميع رقائق الكربيد الناتجة عن الصقل.

طلاء قطعة العمل

في كثير من الحالات، تحتاج قطعة العمل النهائية إلى طلاء. يوفر الطلاء تزييتًا وصلابةً متزايدة، بالإضافة إلى حاجز انتشار للركيزة، مما يمنع الأكسدة عند تعرضها لدرجات حرارة عالية. تُعد ركيزة الكربيد الملبد عنصرًا أساسيًا لأداء الطلاء. بالإضافة إلى تعديل الخصائص الرئيسية لمسحوق المصفوفة، يمكن أيضًا تعديل خصائص سطح المصفوفة عن طريق الاختيار الكيميائي وتغيير طريقة التلبيد. من خلال هجرة الكوبالت، يمكن زيادة تركيزه في الطبقة الخارجية لسطح الشفرة ضمن سمك يتراوح بين 20 و30 ميكرومترًا مقارنةً ببقية قطعة العمل، مما يُكسب سطح الركيزة قوةً ومتانةً أفضل، ويجعله أكثر مقاومةً للتشوه.

قد يكون لدى مُصنِّع الأدوات، بناءً على عملية التصنيع الخاصة به (مثل طريقة إزالة الشمع، ومعدل التسخين، ووقت التلبيد، ودرجة الحرارة، وجهد الكربنة)، متطلبات خاصة لنوع مسحوق كربيد التنجستن المُستخدم. قد يقوم بعض مُصنِّعي الأدوات بتلبيد قطعة العمل في فرن تفريغ، بينما قد يستخدم آخرون فرن تلبيد بالضغط المتساوي الساخن (HIP) (الذي يضغط قطعة العمل قرب نهاية دورة المعالجة لإزالة أي بقايا). قد تحتاج قطع العمل المُلبَّدة في فرن التفريغ إلى ضغط متساوي ساخن إضافي لزيادة كثافتها. قد يستخدم بعض مُصنِّعي الأدوات درجات حرارة تلبيد تفريغ أعلى لزيادة كثافة التلبيد للخلائط ذات المحتوى المنخفض من الكوبالت، ولكن قد يؤدي هذا النهج إلى خشونة بنيتها المجهرية. وللحفاظ على حجم حبيبات دقيق، يمكن اختيار مساحيق ذات حجم جسيمات أصغر من كربيد التنجستن. من أجل مطابقة معدات الإنتاج المحددة، فإن ظروف إزالة الشمع وجهد الكربنة لها متطلبات مختلفة لمحتوى الكربون في مسحوق الكربيد الملبد.

تصنيف الدرجات

تُشكّل التغيرات في تركيب مسحوق كربيد التنجستن، وتكوين الخليط، ومحتوى المادة الرابطة المعدنية، ونوع وكمية مثبط نمو الحبيبات، وغيرها، مجموعة متنوعة من درجات كربيد التنجستن المُلبّد. وتُحدد هذه العوامل البنية المجهرية لكربيد التنجستن المُلبّد وخصائصه. وقد أصبحت بعض التركيبات المحددة من الخصائص ذات أولوية لبعض تطبيقات المعالجة الخاصة، مما يجعل تصنيف درجات كربيد التنجستن المُلبّد المختلفة أمرًا ذا جدوى.

يُعدّ نظام تصنيف الكربيد C ونظام تصنيف ISO من أكثر أنظمة تصنيف الكربيد استخدامًا في تطبيقات التشغيل الآلي. ورغم أن أيًا من النظامين لا يعكس بشكل كامل خصائص المادة التي تؤثر على اختيار درجات الكربيد الملبد، إلا أنهما يوفران نقطة انطلاق للنقاش. ولكل تصنيف، يمتلك العديد من المصنّعين درجات خاصة بهم، مما ينتج عنه مجموعة واسعة من درجات الكربيد.

يمكن تصنيف أنواع الكربيدات أيضًا حسب تركيبها. تُقسم أنواع كربيد التنجستن (WC) إلى ثلاثة أنواع أساسية: بسيط، ودقيق التبلور، ومخلوط. تتكون الأنواع البسيطة بشكل أساسي من كربيد التنجستن ومواد رابطة من الكوبالت، ولكنها قد تحتوي أيضًا على كميات ضئيلة من مثبطات نمو الحبيبات. أما النوع دقيق التبلور فيتكون من كربيد التنجستن ومواد رابطة من الكوبالت مضافًا إليها أجزاء من الألف من كربيد الفاناديوم (VC) و/أو كربيد الكروم (Cr3C2)، وقد يصل حجم حبيباته إلى 1 ميكرومتر أو أقل. تتكون الأنواع المخلوطية من كربيد التنجستن ومواد رابطة من الكوبالت تحتوي على نسبة قليلة من كربيد التيتانيوم (TiC) وكربيد التنتالوم (TaC) وكربيد النيوبيوم (NbC). تُعرف هذه الإضافات أيضًا باسم الكربيدات المكعبة نظرًا لخصائص تلبيدها. تُظهر البنية المجهرية الناتجة بنية غير متجانسة ثلاثية الأطوار.

1) درجات الكربيد البسيطة

تحتوي هذه الدرجات المستخدمة في قطع المعادن عادةً على نسبة كوبالت تتراوح بين 3% و12% (وزنًا). ويتراوح حجم حبيبات كربيد التنجستن عادةً بين 1 و8 ميكرومتر. وكما هو الحال مع الدرجات الأخرى، فإن تقليل حجم جزيئات كربيد التنجستن يزيد من صلابته وقوة تمزقه العرضي، ولكنه يقلل من متانته. تتراوح صلابة النوع النقي عادةً بين 89 و93.5 HRA، بينما تتراوح قوة تمزقه العرضي عادةً بين 175 و350 كيلوباسكال. وقد تحتوي مساحيق هذه الدرجات على كميات كبيرة من المواد المعاد تدويرها.

يمكن تقسيم درجات النوع البسيط إلى C1-C4 في نظام الدرجات C، ويمكن تصنيفها وفقًا لسلسلة الدرجات K وN وS وH في نظام الدرجات ISO. يمكن تصنيف درجات سيمبلكس ذات الخصائص المتوسطة كدرجات للأغراض العامة (مثل C2 أو K20) ويمكن استخدامها في الخراطة والطحن والتسوية والتجويف؛ ويمكن تصنيف الدرجات ذات حجم الحبيبات الأصغر أو محتوى الكوبالت الأقل والصلابة الأعلى كدرجات للتشطيب (مثل C4 أو K01)؛ ويمكن تصنيف الدرجات ذات حجم الحبيبات الأكبر أو محتوى الكوبالت الأعلى والمتانة الأفضل كدرجات للتشطيب الخشن (مثل C1 أو K30).

يمكن استخدام الأدوات المصنوعة من كربيد سيمبلكس في تشكيل الحديد الزهر، والفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلتي 200 و300، والألومنيوم، والمعادن غير الحديدية الأخرى، والسبائك الفائقة، والفولاذ المقسى. كما يمكن استخدام هذه الأنواع في تطبيقات قطع المواد غير المعدنية (مثل أدوات حفر الصخور والحفر الجيولوجي)، وتتميز هذه الأنواع بحجم حبيبات يتراوح بين 1.5 و10 ميكرومتر (أو أكبر) ومحتوى كوبالت يتراوح بين 6% و16%. ومن الاستخدامات الأخرى لكربيد سيمبلكس في قطع المواد غير المعدنية صناعة القوالب والمثاقب. وتتميز هذه الأنواع عادةً بحجم حبيبات متوسط ​​ومحتوى كوبالت يتراوح بين 16% و30%.

(2) درجات كربيد التنجستن المتبلورة الدقيقة

تحتوي هذه الدرجات عادةً على نسبة كوبالت تتراوح بين 6% و15%. أثناء التلبيد في الطور السائل، يمكن التحكم في نمو الحبيبات بإضافة كربيد الفاناديوم و/أو كربيد الكروم للحصول على بنية حبيبية دقيقة بحجم جسيمات أقل من 1 ميكرومتر. تتميز هذه الدرجة ذات الحبيبات الدقيقة بصلابة عالية جدًا وقوة تمزق عرضي تتجاوز 500 كيلوباسكال. يسمح الجمع بين القوة العالية والمتانة الكافية لهذه الدرجات باستخدام زاوية قطع موجبة أكبر، مما يقلل من قوى القطع وينتج رقائق أرق عن طريق القطع بدلاً من دفع المعدن.

من خلال تحديد جودة المواد الخام المختلفة بدقة في إنتاج أنواع مسحوق الكربيد الملبد، والتحكم الدقيق في ظروف عملية التلبيد لمنع تكوّن حبيبات كبيرة الحجم بشكل غير طبيعي في البنية المجهرية للمادة، يُمكن الحصول على خصائص مادية مناسبة. وللحفاظ على صغر حجم الحبيبات وتجانسها، لا يُستخدم المسحوق المُعاد تدويره إلا بعد التحكم الكامل في المواد الخام وعملية الاستخلاص، وإجراء اختبارات جودة شاملة.

يمكن تصنيف الدرجات الميكروكريستالية وفقًا لسلسلة الدرجات M في نظام تصنيف ISO. بالإضافة إلى ذلك، فإن طرق التصنيف الأخرى في نظام الدرجات C ونظام تصنيف ISO هي نفسها المستخدمة في الدرجات النقية. يمكن استخدام الدرجات الميكروكريستالية لصنع أدوات لقطع مواد المشغولات اللينة، لأن سطح الأداة يمكن تشكيله بدقة عالية ويحافظ على حافة قطع حادة للغاية.

يمكن استخدام الدرجات الميكروكريستالية أيضًا في تشكيل السبائك الفائقة القائمة على النيكل، نظرًا لقدرتها على تحمل درجات حرارة قطع تصل إلى 1200 درجة مئوية. ولتشكيل السبائك الفائقة وغيرها من المواد الخاصة، يُمكن استخدام أدوات من الدرجات الميكروكريستالية وأدوات من الدرجات النقية المحتوية على الروثينيوم لتحسين مقاومتها للتآكل والتشوه والمتانة في آنٍ واحد. كما تُناسب الدرجات الميكروكريستالية تصنيع الأدوات الدوارة، مثل المثاقب، التي تُولّد إجهاد القص. يوجد مثقاب مصنوع من درجات مركبة من كربيد التنجستن المُلبّد. في أجزاء مُحددة من المثقاب نفسه، يختلف محتوى الكوبالت في المادة، ما يُحسّن صلابة المثقاب ومتانته وفقًا لاحتياجات التشكيل.

(3) درجات كربيد التنجستن من نوع السبائك

تُستخدم هذه الدرجات بشكل أساسي لقطع الأجزاء الفولاذية، ويتراوح محتواها من الكوبالت عادةً بين 5% و10%، ويتراوح حجم حبيباتها بين 0.8 و2 ميكرومتر. بإضافة 4% إلى 25% من كربيد التيتانيوم (TiC)، يمكن تقليل ميل كربيد التنجستن (WC) إلى الانتشار على سطح رقائق الفولاذ. ويمكن تحسين قوة الأداة، ومقاومتها للتآكل الناتج عن الحفر، ومقاومتها للصدمات الحرارية بإضافة ما يصل إلى 25% من كربيد التنتالوم (TaC) وكربيد النيوبيوم (NbC). كما تزيد إضافة هذه الكربيدات المكعبة من صلابة الأداة عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يساعد على تجنب تشوهها الحراري أثناء عمليات القطع الثقيلة أو غيرها من العمليات التي تولد فيها حافة القطع درجات حرارة عالية. إضافةً إلى ذلك، يوفر كربيد التيتانيوم مواقع للتنوي أثناء التلبيد، مما يحسن من تجانس توزيع الكربيد المكعب في قطعة العمل.

بشكل عام، يتراوح نطاق صلابة سبائك كربيد التنجستن الملبد بين 91 و94 HRA، وتتراوح قوة الكسر العرضي بين 150 و300 كيلوباسكال. بالمقارنة مع السبائك النقية، تتميز سبائك كربيد التنجستن الملبد بمقاومة ضعيفة للتآكل وقوة أقل، ولكنها تتمتع بمقاومة أفضل للتآكل الالتصاقي. يمكن تقسيم سبائك كربيد التنجستن الملبد إلى C5-C8 ضمن نظام تصنيف C، ويمكن تصنيفها وفقًا لسلسلتي P وM في نظام تصنيف ISO. يمكن تصنيف سبائك كربيد التنجستن الملبد ذات الخصائص المتوسطة كسبائك للأغراض العامة (مثل C6 أو P30) ويمكن استخدامها في عمليات الخراطة والتثقيب والتسوية والطحن. أما السبائك الأكثر صلابة، فيمكن تصنيفها كسبائك تشطيب (مثل C8 وP01) لعمليات الخراطة والتجويف النهائية. تتميز هذه السبائك عادةً بصغر حجم الحبيبات وانخفاض محتوى الكوبالت للحصول على الصلابة ومقاومة التآكل المطلوبة. ومع ذلك، يمكن الحصول على خصائص مادية مماثلة بإضافة المزيد من كربيد التنجستن المكعب. أما السبائك ذات أعلى متانة، فيمكن تصنيفها كسبائك خشونة (مثل C5 أو P50). تتميز هذه الدرجات عادةً بحجم حبيبات متوسط ​​ومحتوى عالٍ من الكوبالت، مع إضافة كميات قليلة من الكربيدات المكعبة لتحقيق المتانة المطلوبة عن طريق تثبيط نمو الشقوق. في عمليات الخراطة المتقطعة، يمكن تحسين أداء القطع بشكل أكبر باستخدام الدرجات الغنية بالكوبالت المذكورة أعلاه مع زيادة محتوى الكوبالت على سطح الأداة.

تُستخدم سبائك ذات محتوى منخفض من كربيد التيتانيوم في تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ والحديد المطاوع، كما يمكن استخدامها في تشكيل المعادن غير الحديدية مثل السبائك الفائقة القائمة على النيكل. عادةً ما يكون حجم حبيبات هذه السبائك أقل من 1 ميكرومتر، ويتراوح محتوى الكوبالت فيها بين 8% و12%. يمكن استخدام السبائك الأكثر صلابة، مثل M10، في تشكيل الحديد المطاوع؛ بينما يمكن استخدام السبائك الأكثر متانة، مثل M40، في طحن وتسوية الفولاذ، أو في تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ أو السبائك الفائقة.

يمكن استخدام أنواع كربيد التنجستن المُلبّد من السبائك لأغراض قطع المعادن، وخاصةً في تصنيع الأجزاء المقاومة للتآكل. يتراوح حجم جسيمات هذه الأنواع عادةً بين 1.2 و2 ميكرومتر، ونسبة الكوبالت فيها بين 7% و10%. عند إنتاج هذه الأنواع، تُضاف عادةً نسبة عالية من المواد الخام المُعاد تدويرها، مما يُحقق فعالية عالية من حيث التكلفة في تطبيقات الأجزاء المقاومة للتآكل. تتطلب هذه الأجزاء مقاومة جيدة للتآكل وصلابة عالية، ويمكن الحصول على هذه الخصائص بإضافة كربيد النيكل والكروم أثناء إنتاج هذه الأنواع.

يُعد مسحوق الكربيد عنصرًا أساسيًا لتلبية المتطلبات الفنية والاقتصادية لمصنعي الأدوات. تضمن المساحيق المصممة خصيصًا لمعدات التشغيل ومعايير العمليات لدى مصنعي الأدوات أداءً متميزًا للقطعة النهائية، وقد أدى ذلك إلى إنتاج مئات من أنواع الكربيد. كما أن قابلية إعادة تدوير مواد الكربيد وإمكانية التعامل المباشر مع موردي المساحيق تُمكّن مصنعي الأدوات من التحكم بفعالية في جودة منتجاتهم وتكاليف المواد.