ما هو الكربيد الملبد، كربيد التنجستن، المعدن الصلب، السبيكة الصلبة؟

مادة سبيكية مصنوعة من مركب صلب من معدن مقاوم للحرارة ومعدن رابط، باستخدام عملية تعدين المساحيق. يتميز الكربيد الملبد بسلسلة من الخصائص الممتازة، مثل الصلابة العالية، ومقاومة التآكل، والقوة والمتانة، ومقاومة الحرارة والتآكل، وخاصة صلابته العالية ومقاومته للتآكل، حيث تبقى هذه الخصائص ثابتة تقريبًا حتى عند درجة حرارة 500 درجة مئوية، وتحافظ على صلابتها العالية عند 1000 درجة مئوية. يُستخدم الكربيد على نطاق واسع كمادة للأدوات، مثل أدوات الخراطة، وقواطع التفريز، وأدوات التسوية، والمثاقب، وأدوات التثقيب، وغيرها، لقطع الحديد الزهر، والمعادن غير الحديدية، والبلاستيك، والألياف الكيميائية، والجرافيت، والزجاج، والحجر، والفولاذ العادي. كما يمكن استخدامه لقطع المواد التي يصعب تشكيلها، مثل الفولاذ المقاوم للحرارة، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ عالي المنغنيز، وفولاذ الأدوات، وغيرها. وتصل سرعة قطع أدوات الكربيد الحديثة إلى مئات المرات أسرع من سرعة قطع الفولاذ الكربوني.

تطبيق الكربيد الملبد

(1) مادة الأداة

يُعد الكربيد أكثر مواد الأدوات استخدامًا، حيث يُستخدم في صناعة أدوات الخراطة، وقواطع التفريز، والمسطحات، والمثاقب، وغيرها. ومن بينها، يُناسب كربيد التنجستن-الكوبالت عمليات تشكيل الرقائق القصيرة للمعادن الحديدية وغير الحديدية، ومعالجة المواد غير المعدنية، مثل الحديد الزهر، والنحاس الأصفر المصبوب، والباكليت، وغيرها. أما كربيد التنجستن-التيتانيوم-الكوبالت، فيُناسب عمليات تشكيل الرقائق الطويلة للمعادن الحديدية، مثل الفولاذ. ومن بين السبائك المتشابهة، تُناسب السبائك ذات المحتوى العالي من الكوبالت عمليات التشغيل الخشن، بينما تُناسب السبائك ذات المحتوى المنخفض من الكوبالت عمليات التشطيب. وتتميز الكربيدات الملبدة للأغراض العامة بعمر تشغيلي أطول بكثير من الكربيدات الملبدة الأخرى، خاصةً عند استخدامها مع المواد صعبة التشغيل، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ.

(2) مادة القالب

يستخدم كربيد التنجستن بشكل أساسي في قوالب التشكيل على البارد مثل قوالب السحب على البارد، وقوالب التثقيب على البارد، وقوالب البثق على البارد، وقوالب الركائز على البارد.

تتطلب قوالب التشكيل على البارد المصنوعة من الكربيد متانة عالية ضد الصدمات، ومقاومة للكسر، وقوة تحمل للإجهاد، وقوة تحمل للانحناء، ومقاومة جيدة للتآكل في ظل ظروف التشغيل المقاومة للتآكل الناتجة عن الصدمات أو الصدمات القوية. ويُستخدم عادةً سبائك ذات نسبة متوسطة وعالية من الكوبالت، وسبائك ذات حبيبات متوسطة وخشنة، مثل YG15C.

بشكل عام، تتسم العلاقة بين مقاومة التآكل ومتانة كربيد التنجستن بالتناقض: فزيادة مقاومة التآكل تؤدي إلى انخفاض المتانة، والعكس صحيح. لذا، عند اختيار أنواع السبائك، من الضروري مراعاة متطلبات الاستخدام المحددة وفقًا للمادة المراد معالجتها وظروف التشغيل.

إذا كانت الدرجة المختارة عرضة للتشقق والتلف المبكر أثناء الاستخدام، فينبغي اختيار الدرجة ذات المتانة الأعلى؛ أما إذا كانت الدرجة المختارة عرضة للتآكل والتلف المبكر أثناء الاستخدام، فينبغي اختيار الدرجة ذات الصلابة الأعلى ومقاومة التآكل الأفضل. الدرجات التالية: YG15C، YG18C، YG20C، YL60، YG22C، YG25C. من اليسار إلى اليمين، تقل الصلابة، وتقل مقاومة التآكل، وتزداد المتانة؛ والعكس صحيح.

(3) أدوات القياس والأجزاء المقاومة للتآكل

يستخدم الكربيد في صناعة الحشوات السطحية المقاومة للتآكل وأجزاء أدوات القياس، والمحامل الدقيقة للمطاحن، وألواح التوجيه وقضبان التوجيه للمطاحن اللامركزية، وأغطية المخارط وغيرها من الأجزاء المقاومة للتآكل.

المعادن الرابطة هي عموماً معادن مجموعة الحديد، وخاصة الكوبالت والنيكل.

عند تصنيع كربيد التنجستن، يتراوح حجم جزيئات مسحوق المادة الخام المختارة بين 1 و2 ميكرون، وتكون نقاوتها عالية جدًا. تُخلط المواد الخام وفقًا لنسبة التركيب المحددة، ويُضاف الكحول أو مواد أخرى إلى عملية الطحن الرطب في مطحنة كروية رطبة لضمان مزجها وطحنها جيدًا. يُنخل الخليط، ثم يُحَبَّب ويُكبس ويُسخَّن إلى درجة حرارة قريبة من نقطة انصهار المعدن الرابط (1300-1500 درجة مئوية)، حيث تتحد المرحلة المتصلبة مع المعدن الرابط لتكوين سبيكة يوتكتيكية. بعد التبريد، تتوزع المراحل المتصلبة في الشبكة المكونة من المعدن الرابط وترتبط ببعضها ارتباطًا وثيقًا لتشكيل كتلة صلبة. تعتمد صلابة كربيد التنجستن على محتوى المرحلة المتصلبة وحجم الحبيبات، أي كلما زاد محتوى المرحلة المتصلبة وصغر حجم الحبيبات، زادت الصلابة. أما متانة كربيد التنجستن فتُحددها المادة الرابطة. كلما زاد محتوى المعدن الرابط، زادت قوة الانحناء.

في عام 1923، أضاف شليرتر الألماني ما بين 10% و20% من الكوبالت إلى مسحوق كربيد التنجستن كمادة رابطة، فابتكر سبيكة جديدة من كربيد التنجستن والكوبالت. تُعدّ هذه السبيكة ثاني أقوى سبيكة بعد الماس من حيث الصلابة. كانت هذه أول سبيكة كربيد مُلبّد. عند قطع الفولاذ بأداة مصنوعة من هذه السبيكة، كانت حافة القطع تتآكل بسرعة، بل وتتشقق أحيانًا. في عام 1929، أضاف شوارزكوف في الولايات المتحدة كمية معينة من كربيد التنجستن وكربيد التيتانيوم إلى التركيبة الأصلية، مما حسّن أداء الأداة في قطع الفولاذ. يُعدّ هذا إنجازًا آخر في تاريخ تطوير الكربيد المُلبّد.

يتميز كربيد التنجستن بسلسلة من الخصائص الممتازة، مثل الصلابة العالية، ومقاومة التآكل، والقوة والمتانة، ومقاومة الحرارة والتآكل. وتظل صلابته العالية ومقاومته للتآكل ثابتةً تقريبًا حتى عند درجة حرارة 500 درجة مئوية، ويحافظ على صلابته العالية عند 1000 درجة مئوية. يُستخدم الكربيد على نطاق واسع كمادة للأدوات، مثل أدوات الخراطة، وقواطع التفريز، وأدوات التسوية، والمثاقب، وأدوات التثقيب، وغيرها، لقطع الحديد الزهر، والمعادن غير الحديدية، والبلاستيك، والألياف الكيميائية، والجرافيت، والزجاج، والحجر، والفولاذ العادي. كما يُمكن استخدامه لقطع المواد صعبة التشغيل، مثل الفولاذ المقاوم للحرارة، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ عالي المنغنيز، وفولاذ الأدوات، وغيرها. وتفوق سرعة قطع أدوات الكربيد الحديثة الآن سرعة قطع الفولاذ الكربوني بمئات المرات.

يمكن أيضًا استخدام الكربيد لصنع 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 الصواميل، وقوالب التثبيت المختلفة، وقد حل الأداء الممتاز للكربيد الملبد تدريجيًا محل قوالب الصلب السابقة).

لاحقًا، ظهرت أيضًا كربيدات الأسمنت المطلية. في عام 1969، نجحت السويد في تطوير أداة مطلية بكربيد التيتانيوم. أساس هذه الأداة هو كربيد التنجستن-التيتانيوم-الكوبالت أو كربيد التنجستن-الكوبالت. لا يتجاوز سمك طبقة طلاء كربيد التيتانيوم على السطح بضعة ميكرونات، ولكن بالمقارنة مع أدوات السبائك من نفس العلامة التجارية، فإن عمرها الافتراضي أطول بثلاث مرات، وتزداد سرعة القطع بنسبة تتراوح بين 25% و50%. في سبعينيات القرن الماضي، ظهر جيل رابع من الأدوات المطلية لقطع المواد صعبة التشغيل.

كيف يتم تلبيد كربيد الأسمنت؟

الكربيد الملبد هو مادة معدنية مصنوعة بتقنية تعدين المساحيق من الكربيدات والمعادن الرابطة المكونة من معدن واحد أو أكثر من المعادن المقاومة للحرارة.

Mالدول المنتجة الرئيسية

يوجد أكثر من 50 دولة حول العالم تُنتج كربيد التنجستن، بإجمالي إنتاج يتراوح بين 27,000 و28,000 طن. ومن أبرز الدول المنتجة: الولايات المتحدة، وروسيا، والسويد، والصين، وألمانيا، واليابان، والمملكة المتحدة، وفرنسا، وغيرها. يُعتبر سوق كربيد التنجستن العالمي مُشبعًا إلى حد كبير، وتتسم المنافسة فيه بشدة. بدأ قطاع كربيد التنجستن في الصين بالتبلور في أواخر الخمسينيات، وشهد نموًا سريعًا خلال الستينيات والسبعينيات. في أوائل التسعينيات، بلغت الطاقة الإنتاجية الإجمالية لكربيد التنجستن في الصين 6000 طن، ووصل إجمالي إنتاجها إلى 5000 طن، لتحتل بذلك المرتبة الثالثة عالميًا بعد روسيا والولايات المتحدة.

قاطع المرحاض

①كربيد التنجستن والكوبالت الملبد
المكونات الرئيسية هي كربيد التنجستن (WC) ومادة الربط الكوبالت (Co).
يتكون تصنيفه من "YG" (أي "صلب وكوبالت" باللغة الصينية بينيين) ونسبة متوسط ​​محتوى الكوبالت.
على سبيل المثال، YG8 تعني متوسط ​​WCo=8%، والباقي هو كربيد التنجستن والكوبالت من كربيد التنجستن.
سكاكين TIC

②كربيد التنجستن والتيتانيوم والكوبالت
المكونات الرئيسية هي كربيد التنجستن، وكربيد التيتانيوم (TiC)، والكوبالت.
تتكون درجته من "YT" (حرفان في البادئة الصينية "صلب، تيتانيوم") ومتوسط ​​محتوى كربيد التيتانيوم.
على سبيل المثال، YT15 تعني متوسط ​​WTi = 15٪، والباقي هو كربيد التنجستن وكربيد التنجستن والتيتانيوم والكوبالت مع محتوى الكوبالت.
أداة من التنجستن والتيتانيوم والتنتالوم

③كربيد التنجستن والتيتانيوم والتنتالوم (النيوبيوم)
المكونات الرئيسية هي كربيد التنجستن، وكربيد التيتانيوم، وكربيد التنتالوم (أو كربيد النيوبيوم)، والكوبالت. ويُطلق على هذا النوع من الكربيد المتصلد أيضاً اسم الكربيد المتصلد العام أو الكربيد المتصلد الشامل.
يتكون تصنيفها 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، ما يعادل 69-81HRC)؛

صلابة حرارية جيدة (حتى 900 إلى 1000 درجة مئوية، مع الحفاظ على 60HRC)؛

مقاومة جيدة للتآكل.

أدوات القطع المصنوعة من الكربيد أسرع من أدوات القطع المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة من 4 إلى 7 مرات، وعمرها الافتراضي أطول من 5 إلى 80 مرة. في صناعة القوالب وأدوات القياس، يصل عمرها الافتراضي إلى 20 إلى 150 مرة أطول من عمر أدوات القطع المصنوعة من سبائك الفولاذ. ويمكنها قطع مواد صلبة تصل صلابتها إلى 50HRC.

مع ذلك، فإن كربيد التنجستن هش ولا يمكن تشكيله آلياً، ويصعب تصنيع أدوات متكاملة ذات أشكال معقدة. لذا، غالباً ما تُصنع شفرات بأشكال مختلفة، تُركّب على جسم الأداة أو جسم القالب عن طريق اللحام أو اللصق أو التثبيت الميكانيكي، وما إلى ذلك.

قضيب ذو شكل خاص

التلبيد

تتمثل عملية تشكيل كربيد التنجستن بالتلبيد في ضغط المسحوق في قالب، ثم إدخاله إلى فرن التلبيد لتسخينه إلى درجة حرارة معينة (درجة حرارة التلبيد)، والحفاظ عليه لفترة زمنية معينة (وقت التثبيت)، ثم تبريده للحصول على مادة كربيد التنجستن بالخصائص المطلوبة.

يمكن تقسيم عملية تلبيد الكربيد الملبد إلى أربع مراحل أساسية:

1: في مرحلة إزالة عامل التشكيل والتلبيد المسبق، يتغير الجسم المتلبد على النحو التالي:
مع ارتفاع درجة الحرارة في المرحلة الأولية للتلبيد، يتحلل عامل التشكيل أو يتبخر تدريجياً، مما يؤدي إلى إزالة المادة الملبدة. ويختلف نوع وكمية عملية التلبيد المستخدمة.
تُختزل الأكاسيد الموجودة على سطح المسحوق. عند درجة حرارة التلبيد، يُمكن للهيدروجين اختزال أكاسيد الكوبالت والتنغستن. إذا أُزيل عامل التشكيل في الفراغ ثم لُبِّد، فإن تفاعل الكربون والأكسجين يكون ضعيفًا. يتلاشى إجهاد التلامس بين جزيئات المسحوق تدريجيًا، ويبدأ مسحوق المعدن الرابط بالتعافي وإعادة التبلور، ويبدأ الانتشار السطحي، وتتحسن قوة التكوير.

2: مرحلة التلبيد في الطور الصلب (800 درجة مئوية - درجة حرارة اليوتكتيك)
عند درجة الحرارة التي تسبق ظهور الطور السائل، بالإضافة إلى استمرار عملية المرحلة السابقة، يتم تكثيف تفاعل الطور الصلب والانتشار، ويتم تعزيز التدفق البلاستيكي، ويتقلص الجسم المتلبد بشكل كبير.

3: مرحلة التلبيد في الطور السائل (درجة حرارة اليوتكتيك - درجة حرارة التلبيد)
عندما تظهر المرحلة السائلة في الجسم المتلبد، يكتمل الانكماش بسرعة، ويتبعه تحول بلوري لتشكيل البنية الأساسية وبنية السبيكة.

4: مرحلة التبريد (درجة حرارة التلبيد - درجة حرارة الغرفة)
في هذه المرحلة، يطرأ بعض التغيير على بنية وتركيب طور السبيكة باختلاف ظروف التبريد. ويمكن استغلال هذه الخاصية لتسخين كربيد التنجستن لتحسين خصائصه الفيزيائية والميكانيكية.