کاربیدهای بدون پوشش

این ابزارها اولین بار با کاربید تنگستن و کبالت به عنوان بایندر، تولید شدند. این ماده برای ماشین کاری چدن خاکستری مناسب می باشند. زمانی که متالورژی مربوط به فولاد پیشرفت کرد، استفاده از آن افزایش یافت و بدین صورت قابلیت این گریدها از کاربیدها، بهبود قابل توجهی پیدا کرد. فقدان عناصر آلیاژی موجب شد تا این ابزارها بواسطه ی تخریب شدن، از کار بیفتند. افزودن تیتانیم کاربید و تانتالیم کاربید به ترکیب کاربید تنگستن و کبالت یک سری از گریدها را ایجاد کرد که مقاومت برشی خوبی داشتند. این بهبود در مواد برش کاربیدی، موجب افزایش نرخ تولید فولاد های ماشین کاری شد که در طی دهه ی 1940، 1950 و 1960 برای ماشین کاری چدن، استفاده شدند.
یک مقایسه میان HSS و کاربید C6 در شکل 1 نشان داده شده است. افزایش در سرعت با استفاده از کاربیدها، تقریباً 7 برابر است. درصد نسبی کاربید به کبالت تعیین کننده ی میزان مقاومت به سایش و یا تافنس گریدها، می باشد. در ایالات متحده ی آمریکا، عبارت های C1 تا C8 برای ابزارهای کاربیدی استفاده می شود. C1 تا C4 تنها حاوی WC و Co می باشند و برای کاربردهای نرم و برش قطعات مناسب می باشند. تعداد بالاتر موجب افزایش در سختی و کاهش میزان بایندر می شود. این مسئله موجب می شود تا مقاومت به سایش بالاتر و تافنس پایین تر ایجاد شود و همچنین ابزار برش برای پرداخت نهایی و برش پرداختی، مناسب باشد. کاربیدهای بدون پوشش هنوز هم به طور گسترده ای در صنعت تراشکاری، مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی، بیشتر ابزارهای برش مختلف از گریدهای کاربید بدون پوشش (C1 تا C4) استفاده می کنند. بسیاری از ابزارهای ماشین کاری، قادر به استفاده از کاربیدهای پوشش دار گران قیمت و با کارایی بالا نیستند. گریدهای C5 تا C8 حاوی اجزای اضافی TiC و TaC هستند و عموماً موجب تشکیل چیپ های پیوسته ای می شوند که موجب تخریب ابزار می شود. تخریب ابزار می تواند بدون ایجاد دامنه های شدید و سایش دماغه ای رخ دهد و قطعاتی با ابعاد نامناسب و غیر دقیق، نتیجه ی کار می باشد. نتیجه ی تخریب شدید ابزار شکست ناگهانی ابزار و شاید خرابی یک قطعه باشد. رابطه ی میان سختی و تافنس برای گریدهای C5 تا C8 مشابه گریدهای C1 تا C4 است. گرید با شماره ی پایین تر تافنس بیشتری دارد، در حالی که گرید با شماره ی بالاتر، سخت تر است و مقاومت به سایش بیشتری دارد. اثر این عامل بر روی عمر مفید و سرعت برش با گریدهای مختلف کاربیدها، در شکل 2 نشان داده شده است. کاربیدهای بدون پوشش هنوز هم به طور گسترده ای در صنعت تراشکاری، مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی، بیشتر ابزارهای برش مختلف از گریدهای کاربید بدون پوشش (C1 تا C4) استفاده می کنند. بسیاری از ابزارهای ماشین کاری، قادر به استفاده از کاربیدهای پوشش دار گران قیمت و با کارایی بالا نیستند. علت این مسئله، فقدان توان و سرعت مورد نیاز برای استفاده از این سری ها، می باشد. موادی که سایش بالا و یا سختی بالایی دارند، برای کاربردهای حاوی کاربید پوشش دار، مناسب نیستند و اغلب با کاربیدهای بدون پوشش، ماشین کاری می شوند.
تفاوت در چدن ها می تواند برای انتخاب صحیح ابزار حیاتی باشد اگر ماده ی مورد استفاده در ساخت ابزار برش، از نوع کاربید بدون پوشش باشد. چدن های داکتیل و چکش خوار با گریدهای مخصوص برش فولاد از جنس کاربید بدون پوشش، ماشین کاری می شوند (C5 تا C8). چدن خاکستری ، تراشه های پیوسته ای ایجاد می کند که با استفاده از گریدهای C1 تا C4 از کاربیدهای بدون پوشش، ماشین کاری می شوند.

کاربیدهای پوشش دار

متداول ترین سایش اتفاق افتاده در ابزارهای برش تولیدی از کاربید بدون پوشش، سایش نفوذی می باشد. دما و فشار مربوط به پارامترهای برش نرمال در آلیازهای آهنی، موجب می شود تا بایندر کبالت بر روی سطح ابزار کاربیدی، نفوذ کند و از زمینه خارج شود. این مسئله موجب تشکیل تراشه هایی گرم در طی فرایند برش می شود.
وقتی بایندر از هر دو سطح نفوذ می کنند، دانه های مربوط به کاربید به صورت تدریج جایگزین می شود و علائمی از سایش بر روی دماغه و سری مربوط به ابزار، قابل رویت می شود.
تلاش ها به منظور کاهش این فرایند نفوذی انجام شده است و تمام این تلاش ها موفقیت کمتری داشت تا زمانی که فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار (CVD) توسعه یافت. این فرایند می توانند اجزای بخار شده ی مختلف را بر روی سطوح ابزار کاربیدی، رسوب دهد. این کار در یک محفظه ی خلأ انجام می شود. اولین پوشش موفق کاربید تیتانیم (TiC) بود. علاوه بر TiC، تیتانیم نیترید (TiN) و آلومینیوم اکسید نیز امروزه با ترکیب مختلف، مورد استفاده قرار می گیرند. در این پوشش دهی، TiC به عنوان پوشش پایه تلقی می شود. خانواده ی پوشش های طلایی رنگ، معمولاً شامل TiN و HfN می باشد. این دو ماده از لحاظ ظاهر، مشابه هم هستند.
با بررسی های سطح شکست مربوط به کاربیدهای پوشش دار، این فهیمده شده است که یک ناحیه ی تخریب ناحیه ای در سطح مشترک کاربید و پوشش اولیه، ایجاد می شود که عامل ایجاد آن، دماهای بالایی فرایند CVD است. آزمون های با قابلیت ماشین کاری،تأیید کرده است که وجود این ناحیه ی آسیب دیده، موجب تضعیف لبه های برش می شود. فرایند پوشش دهی PVD که به طور متداول در ابزارهای HSS استفاده می شود، بر روی کاربیدها نیز تست شده است و این فهمیده شده است که آسیب هایی در سطح مشترک آزاد ایجاد می شود. آزمون های برش ثانویه با ابزارهای پوشش داده شده با PVD تأیید می کند که یک افزایش در طول عمر ابزار برش، با استفاده از پوشش های CVD ایجاد می شود. این کار در حقیقت موجب تولید ابزارهای برش sme شد که بوسیله ی شرکت Kennametal وارد بازار شد. یک گروه خاص از کاربیدهای پوشش داده شده با PVD برای کاربردهای برش کاری سنگین، پیشنهاد شده است.
زیرلایه ی مورد استفاده برای کاربیدهای پوشش داده شده، معمولاً گریدهای برشی مانند C1 یا C5 نیستند بلکه ترکیبات خاصی هستند که در برابر شرایط استفاده، مقاوم هستند و دارای تافنس بالا و مقاومت در برابر تغییر شکل بالایی هستند. مقاومت به سایش مربوط به ابزار معمولاً به پوشش وابسته می باشد و نه به زیرلایه. وجود پوشش اغلب موجب افزایش نرخ براده برداری فلزی (از 50 % در حالت بدون پوشش به 150 % در حالت پوشش دار می شود). شکل 3 نشاندهنده ی کارایی بهبود یافته ی کاربیدهای پوشش دار نسبت به ابزارهای بدون پوشش می باشد (در زمان ماشین کاری چدن خاکستری). این سری ها به گونه ای طراحی شده اند که انواع مختلفی از هندسه های تراشه بوسیله ی آنها ایجاد می شود. شک و شبهه ی کمی وجود دارد که کاربیدهای بهترین محصول برای ماشین کاری آلیاژهای فلزی است. موفقیت آنها به خاطر این مسئله است که کاربیدهای پوشش دار در حدود 60 % بازار فروش سری های مورد استفاده در این بخش را به خود اختصاص داده است.   استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.

منبع مقاله :
CERAMIC CUTTING TOOLS/ Materials, Development, and Performance/ E. Dow Whitney