Węglik Spiekany - skład, właściwości, oznaczenia i zastosowanie

Węglik spiekany, często nazywany VHM (niem. "Vollhartmetall") lub po prostu węglikiem, jest jednym z najważniejszych materiałów stosowanych w produkcji narzędzi skrawających i innych narzędzi przemysłowych. Dowiedź się z czego się składa węglik spiekany, jak powstaje, jakie ma zalety i właściwości oraz jakie narzędzia się z niego wykonuje.

Z czego składa się węglik spiekany?

Węglik spiekany jest kompozytem złożonym głównie z węglików metali twardych, takich jak węglik wolframu (WC), oraz metali wiążących, najczęściej kobaltu (Co). Oto główne składniki:

• Węglik wolframu (WC): Stanowi podstawowy składnik, który zapewnia twardość i odporność na zużycie.
• Kobalt (Co): Działa jako spoiwo, łącząc cząstki węglika wolframu w jednolitą strukturę. Może również być stosowany nikiel (Ni) lub inne metale jako spoiwo w specjalistycznych zastosowaniach.

Proporcje tych składników mogą się różnić w zależności od przeznaczenia narzędzia, ale typowa zawartość kobaltu wynosi od 3% do 25%.

Jak rozpoznać węglik spiekany?

Węglik spiekany zazwyczaj ma szarą, metaliczną powierzchnię, która może być matowa lub połyskliwa w zależności od obróbki końcowej. W porównaniu z większością stali, węglik spiekany często wygląda bardziej jednorodnie i może mieć subtelny połysk. W mikroskali węglik spiekany ma strukturę kompozytową, składającą się z twardych ziaren węglika wolframu (WC) związanych miękkim metalem, najczęściej kobaltem (Co). Ta struktura jest zazwyczaj niewidoczna gołym okiem, ale jest kluczowa dla jego właściwości mechanicznych.

Rozpoznanie narzędzi wykonanych z węglika spiekanego może być trudne bez specjalistycznej wiedzy, ale istnieją pewne wskazówki:

• Wygląd: Narzędzia z węglika spiekanego mają zwykle ciemnoszarą lub metaliczną powierzchnię, która może być matowa lub połyskliwa w zależności od obróbki końcowej.
• Waga: Narzędzia te są zazwyczaj cięższe niż ich odpowiedniki wykonane z innych materiałów, ze względu na wysoką gęstość węglika wolframu.
• Oznaczenia: Producenci często oznaczają swoje narzędzia symbolem "VHM" lub "Carbide", co wskazuje na użycie węglika spiekanego.
• Test twardości: Węglik spiekany jest niezwykle twardy, co można sprawdzić za pomocą specjalistycznych przyrządów do pomiaru twardości.

Węglik spiekany (VHM) jest materiałem o wyjątkowych właściwościach, które znacząco przewyższają właściwości konwencjonalnych stali i stopów w wielu zastosowaniach. Jego wysoka twardość, odporność na zużycie i wysokie temperatury czynią go niezastąpionym w produkcji narzędzi skrawających i innych narzędzi przemysłowych. 

Oznaczenie węglika spiekanego

Oznaczenia węglika spiekanego są istotne dla identyfikacji jego składu, właściwości oraz zastosowań. Producenci narzędzi i materiałów stosują różne systemy oznaczeń, które mogą się różnić w zależności od standardów krajowych i międzynarodowych. Oto najważniejsze aspekty dotyczące oznaczeń węglika spiekanego:

1. Standardy oznaczeń ISO

Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) stosuje system oznaczeń, który klasyfikuje węgliki spiekane według ich twardości, wytrzymałości na zginanie oraz odporności na zużycie. Oznaczenia te zazwyczaj zawierają litery i liczby, które określają specyficzne właściwości materiału. Na przykład:

• P (twardość): P20, P30, P40 (im wyższa liczba, tym wyższa twardość i mniejsza wytrzymałość na zginanie)
• M (materiały trudnoobrabialne): M10, M20, M30 (im wyższa liczba, tym większa odporność na zużycie)
• K (odporność na ścieranie): K10, K20, K30 (im wyższa liczba, tym większa odporność na ścieranie)

1.2. ANSI/ASTM

W Stanach Zjednoczonych stosuje się normy ANSI i ASTM, które klasyfikują węgliki spiekane w podobny sposób. Przykłady oznaczeń:

• C (klasyfikacja ogólna): C1, C2, C3 (im wyższa liczba, tym wyższa twardość i odporność na zużycie)

Oznaczenia producentów węglika spiekanego

Producenci narzędzi z węglika spiekanego często stosują własne systemy oznaczeń, które mogą zawierać dodatkowe informacje na temat specyficznych właściwości materiału, takich jak:

• Typ spoiwa: Może być oznaczony literami lub liczbami wskazującymi zawartość kobaltu lub innych metali.
• Zastosowanie: Oznaczenia mogą wskazywać, do jakich konkretnych zastosowań przeznaczone jest narzędzie, np. do obróbki stali nierdzewnej, żeliwa, aluminium itp.
• Powłoki: Informacje o dodatkowych powłokach nałożonych na węglik spiekany w celu poprawy jego właściwości, takich jak TiN (azotek tytanu), TiAlN (azotek tytanu i aluminium) czy DLC (powłoka diamentopodobna).

Przykłady oznaczeń węglika spiekanego

Aby lepiej zrozumieć, jak mogą wyglądać oznaczenia, oto kilka przykładów:

• H10F: Oznaczenie może wskazywać na drobnoziarnisty węglik spiekany o wysokiej twardości i umiarkowanej zawartości kobaltu, odpowiedni do precyzyjnej obróbki skrawaniem.
• K20F: Może oznaczać węglik spiekany o średniej zawartości kobaltu, przeznaczony do obróbki żeliwa i materiałów trudnoobrabialnych.
• P25T: Oznaczenie może sugerować węglik spiekany do obróbki stali o umiarkowanej twardości, z dodatkowymi powłokami poprawiającymi odporność na ścieranie.

Jak rozpoznać oznaczenia?

Rozpoznanie oznaczeń węglika spiekanego wymaga znajomości stosowanych norm i systemów klasyfikacji. Kluczowe informacje zawarte w oznaczeniach to:

• Litery: Wskazują główną kategorię lub typ zastosowania (P, M, K, C).
• Liczby: Określają konkretne właściwości, takie jak twardość, odporność na zużycie i zawartość spoiwa.
• Dodatkowe symbole: Mogą wskazywać na specjalne właściwości lub zastosowania, np. powłoki czy specyficzne dodatki.

Wiertła z węglika spiekanego

Wiertła węglikowe (wiertła z węglika spiekanego) mają oznaczenie "VHM" lub "HM,. Wiertła węglikowe są cenione za swoją twardość, odporność na wysokie temperatury oraz długą żywotność, co sprawia, że są idealne do obróbki twardych materiałów takich jak stal nierdzewna, żeliwo, stopy tytanu i materiały kompozytowe.

Oznaczenia węglika spiekanego są kluczowe dla prawidłowego doboru narzędzi do specyficznych zastosowań. Standardy międzynarodowe, takie jak ISO i ANSI/ASTM, oferują systemy klasyfikacji, które pomagają użytkownikom zrozumieć właściwości i zastosowania różnych typów węglików spiekanych. Dodatkowo, producenci często stosują własne oznaczenia, które mogą zawierać bardziej szczegółowe informacje na temat materiału i jego przeznaczenia. Rozumienie tych oznaczeń pozwala na optymalne wykorzystanie narzędzi z węglika spiekanego, co przekłada się na efektywność i jakość procesów obróbczych.

Podział gatunków węglików spiekanych według normy PN-81/H-89500

Norma PN-81/H-89500 przewiduje podział gatunków węglików spiekanych na trzy podstawowe grupy:

1. Do obróbki skrawaniem (gatunki S, U, H):

   • S: Stosowane do obróbki skrawaniem materiałów dających długi wiór (głównie stali i staliwa).
   • SM: Głównie do frezowania stali.
   • H: Do obróbki skrawaniem materiałów dających krótki wiór (przede wszystkim żeliwa).
   • U: Uniwersalny gatunek do obróbki skrawaniem materiałów dających zarówno długi, jak i krótki wiór.

2. Do obróbki plastycznej (gatunki G):

   • G: Stosowane do obróbki plastycznej i produkcji części narzędzi odpornych na ścieranie oraz do zbrojenia narzędzi górniczych.

3. Do wierceń górniczych (gatunki B):

   • B: Stosowane do zbrojenia narzędzi górniczych.

Oznaczenia poszczególnych gatunków węglików spiekanych

Litery w oznaczeniach gatunków węglików spiekanych wskazują na ich przeznaczenie, a mianowicie:

• S: Do obróbki skrawaniem materiałów dających długi wiór.
• SM: Do frezowania stali.
• H: Do obróbki skrawaniem materiałów dających krótki wiór.
• U: Uniwersalny gatunek do obróbki skrawaniem materiałów dających zarówno długi, jak i krótki wiór.
• G: Do obróbki plastycznej i produkcji części narzędzi odpornych na ścieranie oraz do zbrojenia narzędzi górniczych.
• B: Do zbrojenia narzędzi górniczych.

Cyfry w oznaczeniach gatunków są znakami umownymi. Ze wzrostem cyfry wzrasta ciągliwość gatunku węglika spiekanego, a maleje jego odporność na ścieranie.

Dodatkowe oznaczenia

Litery na końcu oznaczenia gatunku wskazują na specjalne właściwości:

• S: Gatunki zawierające węgliki tantalu i niobu.
• X: Gatunek przeznaczony głównie do frezowania żeliwa.

Różnice między węglikiem spiekanym a innymi stopami i stalami

2.1. Skład chemiczny

• Węglik spiekany: Składa się głównie z węglika wolframu (WC) i kobaltu (Co). Może zawierać inne dodatki w zależności od specyficznych wymagań.
• Stale: Zawierają głównie żelazo (Fe) z dodatkiem węgla (C) oraz innych pierwiastków stopowych, takich jak chrom (Cr), molibden (Mo), nikiel (Ni) i mangan (Mn), które poprawiają ich właściwości mechaniczne.

2.2. Twardość

• Węglik spiekany: Jest jednym z najtwardszych materiałów dostępnych dla przemysłu, z twardością typowo przekraczającą 70 HRC (skała twardości Rockwella C).
• Stale: Nawet najtwardsze stale narzędziowe osiągają twardość maksymalnie około 65 HRC.

2.3. Odporność na zużycie

• Węglik spiekany: Dzięki swojej twardości i odporności na ścieranie jest wyjątkowo trwały w warunkach intensywnego zużycia.
• Stale: Mimo że niektóre stale stopowe są zaprojektowane tak, aby były odporne na zużycie, nie dorównują one trwałością węglikowi spiekanemu w ekstremalnych warunkach.

2.4. Odporność na wysokie temperatury

• Węglik spiekany: Zachowuje swoje właściwości mechaniczne przy bardzo wysokich temperaturach, co czyni go idealnym do operacji skrawania z dużymi prędkościami.
• Stale: Mimo że stale stopowe mogą mieć dobrą odporność na wysokie temperatury, ich właściwości mechaniczne ulegają degradacji w wyższych temperaturach w porównaniu z węglikiem spiekanym.

2.5. Wytrzymałość na ściskanie

• Węglik spiekany: Ma bardzo wysoką wytrzymałość na ściskanie, co sprawia, że jest odporny na pękanie i deformacje pod dużymi obciążeniami.
• Stale: Choć mogą mieć wysoką wytrzymałość, to jednak węglik spiekany przewyższa je pod tym względem, zwłaszcza w aplikacjach wymagających dużych sił ściskających.