مادة سبيكة مصنوعة من مركب صلب من معدن حراري ومعدن رابط من خلال عملية ميتالورجيا المساحيق. يتميز الكربيد الأسمنتي بسلسلة من الخصائص الممتازة مثل الصلابة العالية، ومقاومة التآكل، والقوة والمتانة الجيدتين، ومقاومة الحرارة والتآكل، وخاصة صلابته العالية ومقاومته للتآكل، والتي تظل ثابتة بشكل أساسي حتى عند درجة حرارة 500 درجة مئوية، وتظل تتمتع بصلابة عالية عند 1000 درجة مئوية. يُستخدم الكربيد على نطاق واسع كمادة للأدوات، مثل أدوات الخراطة، وقواطع الطحن، والمقاشط، والمثاقب، وأدوات التجويف، وغيرها، لقطع الحديد الزهر، والمعادن غير الحديدية، والبلاستيك، والألياف الكيميائية، والجرافيت، والزجاج، والحجر، والفولاذ العادي. ويمكن استخدامه أيضًا لقطع المواد التي يصعب تشغيلها آليًا مثل الفولاذ المقاوم للحرارة، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ عالي المنغنيز، وفولاذ الأدوات، وغيرها. أصبحت سرعة قطع أدوات الكربيد الجديدة الآن مئات المرات أسرع من الفولاذ الكربوني.
تطبيق كربيد الأسمنت
(1) مادة الأداة
الكربيد هو المادة الأكثر استخدامًا في صناعة الأدوات، ويمكن استخدامه في تصنيع أدوات الخراطة، وقواطع الطحن، والمقاشط، والمثاقب، وغيرها. من بينها، يُعد كربيد التنغستن-الكوبالت مناسبًا لمعالجة الرقائق القصيرة للمعادن الحديدية وغير الحديدية، ومعالجة المواد غير المعدنية، مثل الحديد الزهر، والنحاس الأصفر، والباكليت، وغيرها؛ بينما يُعد كربيد التنغستن-التيتانيوم-الكوبالت مناسبًا للمعالجة طويلة الأمد للمعادن الحديدية، مثل الفولاذ. وتشكيل الرقائق. من بين السبائك المماثلة، تُعدّ السبائك ذات المحتوى العالي من الكوبالت مناسبة للتشكيل الخشن، بينما تُعدّ السبائك ذات المحتوى الأقل من الكوبالت مناسبة للتشطيب. تتميز كربيدات الأسمنت متعددة الأغراض بعمر تشغيل أطول بكثير من كربيدات الأسمنت الأخرى، وذلك للمواد التي يصعب تشكيلها، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ.
(2) مادة القالب
يتم استخدام كربيد الأسمنت بشكل أساسي في قوالب العمل الباردة مثل قوالب السحب الباردة، وقوالب اللكم الباردة، وقوالب البثق الباردة، وقوالب الرصيف الباردة.
يجب أن تتمتع قوالب الكربيد ذات التشكيل البارد بمقاومة جيدة للصدمات، ومقاومة للكسر، ومقاومة للتعب، ومقاومة للانحناء، ومقاومة جيدة للتآكل في ظروف العمل المقاومة للتآكل الناتجة عن الصدمات أو الصدمات القوية. تُستخدم عادةً سبائك من درجات الكوبالت المتوسطة والعالية، وسبائك متوسطة وخشنة الحبيبات، مثل YG15C.
بشكل عام، العلاقة بين مقاومة التآكل ومتانة كربيد الأسمنت متناقضة: فزيادة مقاومة التآكل تؤدي إلى انخفاض المتانة، وزيادة المتانة تؤدي حتمًا إلى انخفاض مقاومة التآكل. لذلك، عند اختيار درجات السبائك، من الضروري تلبية متطلبات الاستخدام المحددة وفقًا لهدف المعالجة وظروف العمل.
إذا كانت الدرجة المختارة عرضة للتشقق المبكر والتلف أثناء الاستخدام، فيجب اختيار الدرجة ذات الصلابة الأعلى؛ إذا كانت الدرجة المختارة عرضة للتآكل المبكر والتلف أثناء الاستخدام، فيجب اختيار الدرجة ذات الصلابة الأعلى ومقاومة التآكل الأفضل. الدرجات التالية: YG15C، YG18C، YG20C، YL60، YG22C، YG25C من اليسار إلى اليمين، تنخفض الصلابة، وتنخفض مقاومة التآكل، وتزداد الصلابة؛ على العكس، العكس هو الصحيح.
(3) أدوات القياس والأجزاء المقاومة للتآكل
يستخدم الكربيد في الحشوات السطحية المقاومة للتآكل وأجزاء أدوات القياس، والمحامل الدقيقة للمطاحن، ولوحات التوجيه وقضبان التوجيه للمطاحن بدون مركز، وقمم المخرطة والأجزاء الأخرى المقاومة للتآكل.
المعادن الرابطة هي عمومًا معادن مجموعة الحديد، وعادةً ما تكون الكوبالت والنيكل.
عند تصنيع كربيد الأسمنت، يتراوح حجم جسيمات مسحوق المادة الخام المختارة بين 1 و2 ميكرون، وتكون نقاوتها عالية جدًا. تُخلط المواد الخام وفقًا لنسبة التركيب المحددة، ويُضاف الكحول أو أي مواد أخرى إلى الطحن الرطب في مطحنة كرات رطبة لجعلها مختلطة تمامًا ومسحوقة. يُنخل الخليط. بعد ذلك، يُحبب الخليط ويُضغط ويُسخن إلى درجة حرارة قريبة من درجة انصهار المعدن الرابط (1300-1500 درجة مئوية)، وستشكل المرحلة المتصلبة والمعدن الرابط سبيكة يوتكتيكية. بعد التبريد، تتوزع المراحل المتصلبة في الشبكة المكونة من المعدن الرابط وتتصل ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض لتكوين كل صلب. تعتمد صلابة كربيد الأسمنت على محتوى المرحلة المتصلبة وحجم الحبيبات، أي أنه كلما زاد محتوى المرحلة المتصلبة وكانت الحبيبات أدق، زادت الصلابة. يتم تحديد متانة كربيد الأسمنت بواسطة المعدن الرابط. كلما زاد محتوى المعدن الموثق، كلما زادت قوة الانحناء.
في عام ١٩٢٣، أضاف شلرتر الألماني نسبة تتراوح بين ١٠٪ و٢٠٪ من الكوبالت إلى مسحوق كربيد التنغستن كمادة رابطة، واخترع سبيكة جديدة من كربيد التنغستن والكوبالت. صلابتها لا تضاهيها صلابة الماس. كانت أول سبيكة كربيد مُلَصَّق. عند قطع الفولاذ باستخدام أداة مصنوعة من هذه السبائك، تتآكل حافة القطع بسرعة، بل وتتشقق. في عام ١٩٢٩، أضاف شوارزكوف في الولايات المتحدة كمية معينة من كربيد التنغستن وكربيد التيتانيوم إلى التركيبة الأصلية، مما حسّن أداء الأداة في قطع الفولاذ. يُعد هذا إنجازًا آخر في تاريخ تطوير كربيد التنغستن.
يتميز كربيد الأسمنت بخصائص ممتازة، مثل الصلابة العالية، ومقاومة التآكل، والقوة والمتانة، ومقاومة الحرارة والتآكل، وخاصةً صلابته العالية ومقاومته للتآكل، والتي تظل ثابتة تقريبًا حتى عند درجة حرارة 500 درجة مئوية، وتظل صلبة للغاية عند 1000 درجة مئوية. يُستخدم الكربيد على نطاق واسع كمادة للأدوات، مثل أدوات الخراطة، وقواطع الطحن، والمقاشط، والمثاقب، وأدوات التجويف، وما إلى ذلك، لقطع الحديد الزهر، والمعادن غير الحديدية، والبلاستيك، والألياف الكيميائية، والجرافيت، والزجاج، والحجر، والفولاذ العادي، ويمكن استخدامه أيضًا لقطع المواد التي يصعب تشغيلها آليًا، مثل الفولاذ المقاوم للحرارة، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ عالي المنغنيز، وفولاذ الأدوات، وما إلى ذلك. أصبحت سرعة قطع أدوات الكربيد الجديدة الآن مئات المرات أسرع من الفولاذ الكربوني.
يمكن أيضًا استخدام الكربيد في صنع أدوات حفر الصخور وأدوات التعدين وأدوات الحفر وأدوات القياس والأجزاء المقاومة للتآكل والمواد الكاشطة المعدنية وبطانات الأسطوانات والمحامل الدقيقة والفوهات والقوالب المعدنية (مثل قوالب سحب الأسلاك وقوالب البراغي وقوالب الجوز وقوالب التثبيت المختلفة ، وقد استبدل الأداء الممتاز للكربيد الأسمنتي تدريجيًا قوالب الفولاذ السابقة).
لاحقًا، ظهر أيضًا كربيد الأسمنت المطلي. في عام ١٩٦٩، نجحت السويد في تطوير أداة مطلية بكربيد التيتانيوم. قاعدة الأداة هي كربيد التنغستن-التيتانيوم-الكوبالت أو كربيد التنغستن-الكوبالت. يبلغ سمك طبقة كربيد التيتانيوم على السطح بضعة ميكرونات فقط، ولكن بالمقارنة مع نفس العلامة التجارية من أدوات السبائك، فإن عمر الخدمة أطول بثلاث مرات، وتزداد سرعة القطع بنسبة ٢٥٪ إلى ٥٠٪. في سبعينيات القرن الماضي، ظهر الجيل الرابع من الأدوات المطلية لقطع المواد التي يصعب تشغيلها آليًا.
كيف يتم تلبيد كربيد الأسمنت؟
كربيد الأسمنت هو مادة معدنية يتم تصنيعها عن طريق مسحوق المعادن من الكربيدات والمعادن الرابطة لواحد أو أكثر من المعادن المقاومة للحرارة.
Mالدول المنتجة الرئيسية
هناك أكثر من 50 دولة في العالم تنتج كربيد الأسمنت، بإجمالي إنتاج يتراوح بين 27000 و28000 طن. المنتجون الرئيسيون هم الولايات المتحدة وروسيا والسويد والصين وألمانيا واليابان والمملكة المتحدة وفرنسا وغيرها. سوق كربيد الأسمنت العالمي مشبع بشكل أساسي، والمنافسة في السوق شرسة للغاية. بدأت صناعة كربيد الأسمنت في الصين في التبلور في أواخر الخمسينيات. من الستينيات إلى السبعينيات، تطورت صناعة كربيد الأسمنت في الصين بسرعة. في أوائل التسعينيات، بلغت الطاقة الإنتاجية الإجمالية للصين من كربيد الأسمنت 6000 طن، وبلغ إجمالي إنتاج كربيد الأسمنت 5000 طن، في المرتبة الثانية بعد روسيا والولايات المتحدة، وتحتل المرتبة الثالثة في العالم.
قاطع المرحاض
①كربيد التنغستن والكوبالت
المكونات الرئيسية هي كربيد التنغستن (WC) والكوبالت الموثق (Co).
تتكون درجتها من "YG" ("صلب وكوبالت" في بينيين الصينية) ونسبة محتوى الكوبالت المتوسط.
على سبيل المثال، YG8 يعني متوسط WCo=8%، والباقي هو كربيد التنغستن والكوبالت من كربيد التنغستن.
سكاكين TIC
②كربيد التنغستن والتيتانيوم والكوبالت
المكونات الرئيسية هي كربيد التنغستن وكربيد التيتانيوم (TiC) والكوبالت.
تتكون درجتها من "YT" (حرفين "صلب، تيتانيوم" في بادئة بينيين الصينية) ومتوسط محتوى كربيد التيتانيوم.
على سبيل المثال، YT15 يعني متوسط WTi=15%، والباقي عبارة عن كربيد التنغستن وكربيد التنغستن والتيتانيوم والكوبالت مع محتوى الكوبالت.
أداة التنغستن والتيتانيوم والتنتالوم
③كربيد التنغستن والتيتانيوم والتنتالوم (النيوبيوم) المثبت
المكونات الرئيسية هي كربيد التنغستن، وكربيد التيتانيوم، وكربيد التنتالوم (أو كربيد النيوبيوم)، والكوبالت. يُطلق على هذا النوع من الكربيد المُركّب أيضًا اسم الكربيد المُركّب العام أو الكربيد المُركّب الشامل.
تتكون درجتها من "YW" (البادئة الصوتية الصينية لـ "hard" و "wan") بالإضافة إلى رقم تسلسلي، مثل YW1.
خصائص الأداء
حشوات ملحومة من الكربيد
صلابة عالية (86～93HRA، تعادل 69～81HRC)؛
صلابة حرارية جيدة (تصل إلى 900～1000℃، الحفاظ على 60HRC)؛
مقاومة جيدة للتآكل.
أدوات القطع الكربيدية أسرع من الفولاذ عالي السرعة بأربع إلى سبع مرات، وعمرها الافتراضي أطول بخمس إلى ثمانين مرة. أما في تصنيع القوالب وأدوات القياس، فعمرها الافتراضي أطول بعشرين إلى خمسين مرة من فولاذ الأدوات المصنوع من السبائك، ويمكنها قطع مواد صلبة تصل قوتها إلى حوالي ٥٠HRC.
مع ذلك، يُعدّ الكربيد الأسمنتي هشًا ولا يُمكن تشغيله آليًا، ويصعب تصنيع أدوات متكاملة ذات أشكال معقدة. لذلك، غالبًا ما تُصنع شفرات بأشكال مختلفة، تُركّب على جسم الأداة أو القالب عن طريق اللحام واللصق والتثبيت الميكانيكي، إلخ.
شريط ذو شكل خاص
التلبيد
تتمثل عملية تشكيل كربيد الأسمنت في ضغط المسحوق في كتلة، ثم إدخاله إلى فرن التلدين لتسخينه إلى درجة حرارة معينة (درجة حرارة التلبيد)، والاحتفاظ به لمدة معينة (وقت الإمساك)، ثم تبريده للحصول على مادة كربيد الأسمنت بالخصائص المطلوبة.
يمكن تقسيم عملية تلبيد الكربيد الأسمنتي إلى أربع مراحل أساسية:
1: في مرحلة إزالة عامل التشكيل والتلبيد المسبق، يتغير الجسم الملبد على النحو التالي:
عند إزالة عامل الصب، مع ارتفاع درجة الحرارة في المرحلة الأولى من التلبيد، يتحلل عامل الصب تدريجيًا أو يتبخر، مما يُستبعد الجسم المُلبَّد. يختلف النوع والكمية وعملية التلبيد.
يتم اختزال الأكاسيد على سطح المسحوق. عند درجة حرارة التلبيد، يمكن للهيدروجين اختزال أكاسيد الكوبالت والتنغستن. عند إزالة عامل التشكيل في الفراغ وتلبيده، لا يكون تفاعل الكربون والأكسجين قويًا. يزول إجهاد التلامس بين جزيئات المسحوق تدريجيًا، ويبدأ مسحوق المعدن الرابط بالتعافي وإعادة التبلور، ويبدأ انتشار السطح، وتتحسن قوة التكتل.
2: مرحلة التلبيد في الطور الصلب (800 درجة مئوية - درجة حرارة يوتكتيكية)
عند درجة الحرارة قبل ظهور الطور السائل، بالإضافة إلى استمرار عملية المرحلة السابقة، يتم تكثيف تفاعل الطور الصلب والانتشار، ويتم تعزيز التدفق البلاستيكي، ويتقلص الجسم المتكلس بشكل كبير.
3: مرحلة التلبيد في الطور السائل (درجة الحرارة الأيوتكتيكية - درجة حرارة التلبيد)
عندما تظهر المرحلة السائلة في الجسم المتكلس، يتم الانتهاء من الانكماش بسرعة، يليه التحول البلوري لتشكيل البنية الأساسية وبنية السبائك.
4: مرحلة التبريد (درجة حرارة التلبيد – درجة حرارة الغرفة)
في هذه المرحلة، يتغير تركيب السبيكة وطورها مع اختلاف ظروف التبريد. يمكن الاستفادة من هذه الميزة لتسخين الكربيد الأسمنتي لتحسين خصائصه الفيزيائية والميكانيكية.
وقت النشر: ١١ أبريل ٢٠٢٢
