Carburo nell'utensile e nella matrice

Con numerose possibili combinazioni di contenuto di legante metallico e dimensione del grano, i carburi vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni.

La parola carburo descrive generalmente un gruppo di materiali caratterizzati da elevata durezza e proprietà metalliche. I primi carburi, sviluppati nel 1921, erano estremamente semplici e trovavano applicazione principalmente nella tornitura. Una lucentezza metallica e una conduttività elettrica e termica relativamente buona distinguono nettamente questi materiali dai materiali duri non metallici che venivano utilizzati come materiali abrasivi molto prima dell'introduzione dei metalli duri.

Il carburo è un materiale metallurgico delle polveri (PM) bifase costituito da una fase di materiale duro e una fase di metallo legante. Il materiale duro fornisce la necessaria resistenza all'usura, mentre il metallo legante garantisce un'adeguata tenacità. Con le loro numerose possibili combinazioni di contenuto di legante metallico e dimensione della grana, i carburi vengono utilizzati in molte applicazioni (vediimmagine in alto).

I carburi più comunemente utilizzati nell'industria degli utensili e delle matrici sono costituiti da carburo di tungsteno (materiale duro) e cobalto (metallo legante).

Per selezionare la qualità appropriata per un'applicazione di utensile e matrice, è importante avere una conoscenza dettagliata del metallo duro e di come le sue proprietà possono essere influenzate. Ci sono due possibilità principali:

Man mano che la dimensione media del grano si riduce, il carburo diventa più duro, più resistente all'usura e più fragile. Man mano che la dimensione media della grana diventa più grossolana, il materiale diventa più morbido e resistente.

Un contenuto di legante più elevato rende il grado più morbido e tenace, mentre un contenuto di legante inferiore lo rende più duro, più resistente all’usura e fragile (vedereFigura 1).

Un altro modo per influenzare le proprietà è con altri componenti della lega come il carburo di cromo (CrC), il carburo di vanadio (VC), il carburo di titanio (TiC) e il carburo di tantalio (TaC), chiamati anche fasi g. Questi componenti della lega vengono utilizzati in quantità minime, chiamate anche doping, e migliorano proprietà come resistenza alla corrosione, tenacità e resistenza alle alte temperature, oppure possono agire come inibitori della crescita dei grani durante la sinterizzazione.

A causa della fragilità e della durezza, l'omogeneità del materiale è estremamente importante in termini di resistenza alla frattura trasversale del materiale e di usura omogenea (vedifigura 2).

Molte altre proprietà sono essenziali per il metallo duro quando viene utilizzato per utensili e matrici:

Diversi gradi sono stati confrontati in un'operazione di tranciatura di acciaio inossidabile di spessore 0,065 pollici utilizzando un punzone per elettroerosione a filo (EDM).

Figura 1Fare clic sull'immagine per ingrandirla La dimensione media dei grani e il contenuto di cobalto influiscono su diverse caratteristiche del carburo.

Il primo grado selezionato era un grado inferiore al micron del 15%. Ciò ha mostrato una scheggiatura del pullback dopo 500 colpi (vediFigura 4 ). Un'analisi approfondita ha dimostrato che una qualità superficiale insufficiente e la corrosione hanno causato grippaggi lungo il tagliente. Il punzone si è scheggiato durante il ritiro ed è stato distrutto.

Il secondo grado era a grana grossa al 15%. Questo materiale presentava un'usura eccessiva dopo 5.000 colpi (vediFigura 5).

Il terzo grado era una grana media al 12% resistente alla corrosione. Grazie alla sua resistenza alla corrosione e alla qualità della superficie, la durata dello stampo di stampaggio è stata di 50.000 colpi. Con i miglioramenti della lubrificazione, è durato 80.000 colpi (vediFigura 6).

La grana submicronica al 15% e la grana media al 12% avevano una durezza simile, ma la grana al 12% era realizzata in materiale vergine di alta qualità con la corretta dimensione della grana, contenuto di cobalto e qualità superficiale migliorata grazie alla sua resistenza alla corrosione.

La qualità del materiale deve resistere non solo agli urti, ma anche soddisfare tutti i requisiti dell'applicazione. Ad esempio, la finitura superficiale, fondamentale per la durata dell'utensile, può essere migliorata se la qualità resiste all'esaurimento del cobalto. La riduzione del contenuto di cobalto riduce la possibilità di grippaggio, che contribuisce alla scheggiatura da ritiro. Infine, il carburo vergine può sopportare elevati livelli di shock pur mantenendo un'elevata durezza.