Обзор
Твердосплавная плоская лента относятся к плоским стальным сплавам, содержащим химически сложные карбиды, которые после термической обработки превращаются в материалы с очень высокой твердостью, используемые в сложных износо- и абразивостойких областях применения. Узкий допуск на низкую шероховатость полос из твердого сплава обеспечивает стабильную работу в процессе эксплуатации.
Основными типами карбидных материалов, доступных в качестве прекурсоров для отожженных плоских полос, являются:
- Сплавы карбида вольфрама
- Карбиды хрома
- Карбиды ванадия
- Карбиды тантала
- Карбиды кремния
Эти полосы служат сырьем для изготовления циркулярных пил, продольных резаков, промышленных ножей, ножниц и перфораторов, выдерживающих экстремальные механические нагрузки.
Типы Твердосплавная плоская лента Материалы
Различные химически сложные карбиды металлов значительно упрочняют традиционные марки инструментальных сталей, когда присутствуют в виде мелких однородных дисперсных частиц:
Карбиды вольфрама
Твердость кристаллов карбида вольфрама превышает 2500 HV, что обеспечивает впечатляющую стойкость к истиранию за счет различных механизмов:
- Эффект физического экранирования
- Несущая опора
- Устойчивость к разрушению
Вольфрам обычно появляется в концентрациях 6-12% в матрицах специализированных инструментальных сталей для горячей обработки наряду с другими упрочняющими карбидами.
Преимущества
- Твердость более 65 HRC
- Высокая прочность
- Устойчивость к тепловому удару
Ограничения
- Сложность обработки, требующая применения электроэрозионной обработки
- Хрупкие режимы разрушения
Карбиды хрома
Легирующие элементы, такие как хром, соединяются с мигрирующим углеродом, образуя очень твердые износостойкие карбиды хрома (Cr23C6). Дисперсные переплетения карбидов хрома повышают износостойкость за счет композиционных механизмов упрочнения.
Преимущества
- Менее дорогие легирующие добавки, чем вольфрам
- Коррозионная стойкость
Ограничения
- Возможность повышения твердости ниже, чем у карбида вольфрама
Карбиды ванадия
Микролегирование черных инструментальных сталей ванадием в количестве 0,5-2% способствует активному образованию мелких карбидных осадков ванадия (КОВ) при соответствующей термической обработке, что повышает износостойкость.
Преимущества
- Экономически эффективное укрепление
- Улучшенная усталостная прочность
Ограничения
- Более низкая твердость по сравнению с карбидами вольфрама/хрома
- Хрупкость при чрезмерных уровнях
Методы производства
Обычные методы изготовления полос из карбидных сплавов включают в себя:
Кастинг
- Вакуумная индукционная плавка формирует желаемые химические соединения
- Затем горячая прокатка в полосу
Порошковая металлургия
- Смешанные порошки элементов и сплавов
- Спрессованные в зеленые преформы
- Горячая консолидация в полностью плотную ленту
Критерии сравнения
| Параметр | Литая полоса | П/М полоса |
|---|---|---|
| Однородность | Умеренный | ✅ Превосходно |
| Включения | Возможно | Устранено |
| Гибкость сплава | Ограниченный | ✅ Широкие возможности настройки |
| Экономика затрат | Более низкие первоначальные затраты | ✅ Более высокая скорость производства |
Консолидация порошковой металлургии из смешанных наноразмерных порошков обеспечивает оптимальную однородность и чистоту, необходимые для надежной и стабильной работы твердого сплава.
Основные свойства
При выборе качественной плоской ленты из твердого сплава необходимо учитывать следующие факторы:
Отделка поверхности
Строгие допуски на шероховатость поверхности ленты обеспечивают точность размеров сопряжения и срезание, способствующее чистому отрыву/отрезанию, с минимизацией зазубрин и заусениц.
| Параметр | Типовой диапазон |
|---|---|
| Средняя шероховатость (Ra) | 0,4 - 0,7 мкм |
| Среднеквадратичная шероховатость (Rq) | 0,6 - 1,0 мкм |
Допуски на размеры
Соблюдение допусков на ширину, толщину, плоскостность и прямоугольность Твердосплавная плоская лента позволяет с высокой точностью собирать продольно-строгальные станки, промышленные ножи и соответствующие системы оснастки. Допуски до ±0,025 мм на размеры обеспечивают надежность.
Химия
Контроль состава в пределах 0,25 масс% обеспечивает постоянную твердость и вязкость после закалки, связанные с долевым содержанием упрочняющих карбидов:
| Сплав | Диапазон Wt% |
|---|---|
| Вольфрам | 5 – 8% |
| Углерод | 0.7 – 1.4% |
| Хром | 3 – 6% |
| Ванадий | 0.8 – 1.5% |
Отклонения за пределы этих пороговых значений чреваты недостаточным трансформационным упрочнением или чрезмерной хрупкостью.
Тестирование и верификация
Многочисленные проверки качества подтверждают работоспособность:
Подтверждение микроструктуры
Микрофотографии должны показывать равномерное распределение упрочняющих карбидов в подходящих матрицах. Анализ изображений определяет фазовые фракции.
Составление карты твердости
Картирование микро/макро твердости по Роквеллу или Виккерсу по всей поверхности полосы позволяет выявить любые отклонения, указывающие на недостаточное образование карбида или неравномерность химического состава.
Оценка обрабатываемости
Тестовая обработка позволяет оценить шлифуемость, создаваемые силы резания, достижимую чистоту поверхности, степень износа инструмента и склонность к образованию заусенцев до начала производства.
Испытания на реакцию при термообработке
Измерение твердости до и после на образцах полос проверяет достижение заданной твердости выше 60 HRC после закалки и отпуска, что подтверждает правильность процесса.
Приложения и примеры использования
Исключительная твердость, достигаемая за счет термоиндуцированных микроструктурных преобразований различных дисперсий карбидов металлов, делает эти материалы уникальными для использования:
Промышленные режущие и отрезные ножи
- Производство бумаги, полимеров, текстиля
- Жесткие допуски по толщине предотвращают заклинивание
- Твердые сплавы выдерживают воздействие высокоабразивных сред
Диски для циркулярных пил
- Твердые сплавы повышают долговечность, скорость съема металла и срок службы
Оборудование для пищевой промышленности
- Ломтерезки, нарезчики, перфораторы
- Твердые сплавы противостоят абразивному воздействию костных фрагментов
Оборудование для резки стекла
- Твердость сколов без микротрещин
Режущие инструменты из высокоскоростной стали
- Дрели, концевые сверла, сверла для инструментов
Стандарты и спецификации
Стандарты для конкретного применения помогают определить требования к производительности продукта:
| Стандарт | Назначение |
|---|---|
| ASTM A681 | Стандарт для ленты из инструментальной стали |
| AMS 6681 | Полоса из инструментальной стали аэрокосмического класса |
| AISI/SAE 52100 | Шарикоподшипниковая сталь |
| DIN 1.2510 | Стандарт легированной инструментальной стали |
Заказчики и производители согласовывают состав, качество обработки поверхности, допуски и требования к твердости в соответствии с конечными условиями эксплуатации путем разработки специальных марок.
Анализ затрат
Цены на плоскую ленту из твердого сплава в значительной степени зависят от:
1. Виды и составы карбидов
- Вольфрамовые и танталовые сплавы дороже хромовых и ванадиевых карбидных сплавов
2. Требования к размерам
- Экономия на масштабе достигается при использовании длинных полос или прогнозировании больших годовых объемов.
3. Сроки выполнения
- За срочную или ускоренную доставку взимаются премии
4. Экстенсивность тестирования
- Более строгие процедуры валидации увеличивают стоимость
| Класс | Ценовая смета |
|---|---|
| Быстрорежущая сталь T2 | $7 - $15 за кг |
| Инструментальная сталь M2 | $12 - $25 за кг |
| Пользовательские карбида вольфрама | $30 - $60 за кг |
При разработке индивидуального заказа покупатели должны соизмерять потребности с бюджетом Твердосплавная плоская лента требования.
Преимущества и проблемы
Преимущества
- Отличная износостойкость и устойчивость к истиранию
- Настраиваемые составы и соотношения карбидов
- Точность размеров благодаря порошковой металлургии
- Термическая обработка до твердости более 65 HRC
Ограничения
- Более высокая стоимость по сравнению со стандартными инструментальными сталями
- Хрупкие режимы разрушения все еще возможны
- Сложность полной характеристики производительности
- Сложности вторичной обработки
Сравнение с альтернативами
| Параметр | Твердосплавная лента | Керамические носители | Алмазные покрытия |
|---|---|---|---|
| Устойчивость к истиранию | Отличный | Лучшее | Лучшее |
| Жесткость | Хороший | Бедный | Хороший |
| Устойчивость к тепловому удару | Хороший | Бедный | Отличный |
| Стоимость | Средний | Высокая | Самый высокий |
Вопросы и ответы
Вопрос: Какие уровни твердости твердосплавных полос характерны для промышленных ножей для продольной резки?
A: Целевая твердость после термообработки для прецизионных продольно-строгальных станков, обрабатывающих полимеры, бумагу и текстиль, обычно находится в диапазоне 62-65 HRC, обеспечивая оптимальный баланс износостойкости и сопротивления разрушению от преобразованных карбидов.
Вопрос: Какая точность толщины важна для твердосплавных дисков дисковых пил?
A: Отклонения более ±0,05 мм между твердосплавными полосами, собранными в пачки, могут вызвать проблемы с биением, ухудшающие точность резания и повышающие риск разрушения, растрескивания или потери зубьев в процессе работы.
Вопрос: Почему контроль состава жизненно важен для сплавов карбида вольфрама или тантала?
A: Точное процентное содержание легирующих элементов напрямую влияет на объемную долю карбида, образующуюся при закалке. Избыточное количество может привести к хрупкости, а недостаточное - к снижению износостойкости. Для каждой марки оптимизированы соотношения.
Вопрос: Какой метод последующей обработки повышает вязкость закаленной твердосплавной стали?
A: Криогенная обработка при отрицательных температурах после стандартного отпуска обеспечивает переход сохранившегося аустенита в мартенсит, повышая износостойкость на 25-30%, а также улучшая вязкость разрушения и гибкость за счет трансформации микроструктуры.
