कार्बाइड उपकरण सामग्री का बुनियादी ज्ञान

कार्बाइड उच्च गति मशीनिंग (HSM) उपकरण सामग्रियों का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला वर्ग है, जो पाउडर धातुकर्म प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित होते हैं और कठोर कार्बाइड (आमतौर पर टंगस्टन कार्बाइड WC) कणों और एक नरम धातु बंधन संरचना से मिलकर बने होते हैं। वर्तमान में, विभिन्न संरचनाओं वाले सैकड़ों WC-आधारित सीमेंटेड कार्बाइड उपलब्ध हैं, जिनमें से अधिकांश में कोबाल्ट (Co) का उपयोग बाइंडर के रूप में किया जाता है, निकल (Ni) और क्रोमियम (Cr) भी आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले बाइंडर तत्व हैं, और अन्य मिश्रधातु तत्व भी मिलाए जा सकते हैं। कार्बाइड के इतने सारे ग्रेड क्यों हैं? उपकरण निर्माता किसी विशिष्ट कटिंग ऑपरेशन के लिए सही उपकरण सामग्री का चुनाव कैसे करते हैं? इन सवालों के जवाब जानने के लिए, आइए सबसे पहले उन विभिन्न गुणों पर नज़र डालें जो सीमेंटेड कार्बाइड को एक आदर्श उपकरण सामग्री बनाते हैं।

कठोरता और मजबूती

WC-Co सीमेंटेड कार्बाइड कठोरता और मजबूती दोनों में अद्वितीय लाभ प्रदान करता है। टंगस्टन कार्बाइड (WC) स्वभावतः बहुत कठोर होता है (कोरंडम या एल्यूमिना से भी अधिक), और परिचालन तापमान बढ़ने पर इसकी कठोरता में शायद ही कभी कमी आती है। हालांकि, इसमें पर्याप्त मजबूती का अभाव होता है, जो काटने वाले औजारों के लिए एक आवश्यक गुण है। टंगस्टन कार्बाइड की उच्च कठोरता का लाभ उठाने और इसकी मजबूती को बढ़ाने के लिए, लोग धातु बंधों का उपयोग करके टंगस्टन कार्बाइड को आपस में जोड़ते हैं, जिससे इस सामग्री की कठोरता उच्च गति वाले स्टील से कहीं अधिक हो जाती है, साथ ही यह अधिकांश काटने की क्रियाओं और काटने के बल को सहन करने में सक्षम होती है। इसके अतिरिक्त, यह उच्च गति वाली मशीनिंग के कारण उत्पन्न उच्च काटने के तापमान को भी सहन कर सकता है।

आजकल लगभग सभी WC-Co चाकू और इंसर्ट पर कोटिंग की जाती है, इसलिए आधार सामग्री की भूमिका कम महत्वपूर्ण प्रतीत होती है। लेकिन वास्तव में, WC-Co सामग्री का उच्च प्रत्यास्थता मापांक (कठोरता का एक माप, जो कमरे के तापमान पर उच्च गति वाले स्टील से लगभग तीन गुना अधिक होता है) ही कोटिंग के लिए एक अपरिवर्तनीय आधार प्रदान करता है। WC-Co मैट्रिक्स आवश्यक मजबूती भी प्रदान करता है। ये गुण WC-Co सामग्रियों के मूलभूत गुण हैं, लेकिन सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर के उत्पादन के दौरान सामग्री की संरचना और सूक्ष्म संरचना को समायोजित करके सामग्री के गुणों को अनुकूलित भी किया जा सकता है। इसलिए, किसी विशिष्ट मशीनिंग के लिए उपकरण के प्रदर्शन की उपयुक्तता काफी हद तक प्रारंभिक मिलिंग प्रक्रिया पर निर्भर करती है।

पिसाई प्रक्रिया

टंगस्टन कार्बाइड पाउडर, टंगस्टन (W) पाउडर के कार्बरीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। टंगस्टन कार्बाइड पाउडर की विशेषताएं (विशेष रूप से इसका कण आकार) मुख्य रूप से कच्चे माल टंगस्टन पाउडर के कण आकार और कार्बरीकरण के तापमान और समय पर निर्भर करती हैं। रासायनिक नियंत्रण भी महत्वपूर्ण है, और कार्बन की मात्रा को स्थिर (वजन के अनुसार 6.13% के स्टोइकोमेट्रिक मान के करीब) बनाए रखना आवश्यक है। कार्बरीकरण प्रक्रिया से पहले थोड़ी मात्रा में वैनेडियम और/या क्रोमियम मिलाया जा सकता है ताकि बाद की प्रक्रियाओं के दौरान पाउडर के कण आकार को नियंत्रित किया जा सके। विभिन्न अनुगामी प्रक्रिया स्थितियों और विभिन्न अंतिम प्रसंस्करण उपयोगों के लिए टंगस्टन कार्बाइड कण आकार, कार्बन सामग्री, वैनेडियम सामग्री और क्रोमियम सामग्री के एक विशिष्ट संयोजन की आवश्यकता होती है, जिसके माध्यम से विभिन्न प्रकार के टंगस्टन कार्बाइड पाउडर का उत्पादन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, टंगस्टन कार्बाइड पाउडर निर्माता एटीआई एल्डाइन, टंगस्टन कार्बाइड पाउडर के 23 मानक ग्रेड का उत्पादन करता है, और उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित टंगस्टन कार्बाइड पाउडर की किस्में मानक ग्रेड के टंगस्टन कार्बाइड पाउडर की तुलना में 5 गुना से अधिक हो सकती हैं।

टंगस्टन कार्बाइड पाउडर और धातु बॉन्ड को मिलाकर और पीसकर एक निश्चित श्रेणी का सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर तैयार करते समय, विभिन्न संयोजनों का उपयोग किया जा सकता है। कोबाल्ट की सबसे आम मात्रा 3% – 25% (वजन अनुपात) होती है, और उपकरण के संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाने की आवश्यकता होने पर, निकेल और क्रोमियम मिलाना आवश्यक होता है। इसके अलावा, अन्य मिश्रधातु घटकों को मिलाकर धातु बॉन्ड को और बेहतर बनाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, WC-Co सीमेंटेड कार्बाइड में रूथेनियम मिलाने से इसकी कठोरता को कम किए बिना इसकी मजबूती में काफी सुधार हो सकता है। बाइंडर की मात्रा बढ़ाने से भी सीमेंटेड कार्बाइड की मजबूती में सुधार होता है, लेकिन इससे इसकी कठोरता कम हो जाती है।

टंगस्टन कार्बाइड कणों का आकार कम करने से पदार्थ की कठोरता बढ़ सकती है, लेकिन सिंटरिंग प्रक्रिया के दौरान टंगस्टन कार्बाइड कणों का आकार समान रहना चाहिए। सिंटरिंग के दौरान, टंगस्टन कार्बाइड कण घुलने और पुनः जमने की प्रक्रिया द्वारा आपस में जुड़ते और बढ़ते हैं। वास्तविक सिंटरिंग प्रक्रिया में, पूर्णतः सघन पदार्थ बनाने के लिए, धातु का बंधन तरल अवस्था में आ जाता है (जिसे तरल अवस्था सिंटरिंग कहते हैं)। वैनेडियम कार्बाइड (VC), क्रोमियम कार्बाइड (Cr3C2), टाइटेनियम कार्बाइड (TiC), टैंटलम कार्बाइड (TaC) और नायोबियम कार्बाइड (NbC) सहित अन्य संक्रमण धातु कार्बाइड मिलाकर टंगस्टन कार्बाइड कणों की वृद्धि दर को नियंत्रित किया जा सकता है। इन धातु कार्बाइडों को आमतौर पर तब मिलाया जाता है जब टंगस्टन कार्बाइड पाउडर को धातु बंध के साथ मिलाया और पीसा जाता है, हालांकि टंगस्टन कार्बाइड पाउडर के कार्बरीकरण के दौरान वैनेडियम कार्बाइड और क्रोमियम कार्बाइड भी बन सकते हैं।

पुनर्चक्रित अपशिष्ट सीमेंटेड कार्बाइड सामग्री का उपयोग करके भी टंगस्टन कार्बाइड पाउडर का उत्पादन किया जा सकता है। स्क्रैप कार्बाइड का पुनर्चक्रण और पुन: उपयोग सीमेंटेड कार्बाइड उद्योग में एक लंबा इतिहास रहा है और यह उद्योग की संपूर्ण आर्थिक श्रृंखला का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, जो सामग्री लागत को कम करने, प्राकृतिक संसाधनों को बचाने और अपशिष्ट पदार्थों के हानिकारक निपटान से बचने में मदद करता है। स्क्रैप सीमेंटेड कार्बाइड को आमतौर पर एपीटी (अमोनियम पैराटंगस्टेट) प्रक्रिया, जिंक पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया या क्रशिंग द्वारा पुन: उपयोग किया जा सकता है। इन "पुनर्चक्रित" टंगस्टन कार्बाइड पाउडरों में आमतौर पर बेहतर और अनुमानित घनत्व होता है क्योंकि इनका सतही क्षेत्रफल सीधे टंगस्टन कार्बराइजिंग प्रक्रिया द्वारा निर्मित टंगस्टन कार्बाइड पाउडरों की तुलना में कम होता है।

टंगस्टन कार्बाइड पाउडर और धातु बॉन्ड के मिश्रित पिसाई की प्रक्रिया की स्थितियाँ भी महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली दो पिसाई तकनीकें बॉल मिलिंग और माइक्रोमिलिंग हैं। दोनों प्रक्रियाएँ पिसे हुए पाउडर के एकसमान मिश्रण और कणों के आकार को कम करने में सक्षम बनाती हैं। बाद में दबाए गए वर्कपीस को पर्याप्त मजबूती प्रदान करने, वर्कपीस के आकार को बनाए रखने और ऑपरेटर या मैनिपुलेटर को संचालन के लिए वर्कपीस को उठाने में सक्षम बनाने के लिए, पिसाई के दौरान आमतौर पर एक कार्बनिक बाइंडर मिलाना आवश्यक होता है। इस बॉन्ड की रासायनिक संरचना दबाए गए वर्कपीस के घनत्व और मजबूती को प्रभावित कर सकती है। हैंडलिंग को आसान बनाने के लिए, उच्च शक्ति वाले बाइंडर मिलाना उचित है, लेकिन इससे संघनन घनत्व कम हो जाता है और गांठें बन सकती हैं जो अंतिम उत्पाद में दोष उत्पन्न कर सकती हैं।

पिसाई के बाद, पाउडर को आमतौर पर स्प्रे-ड्राय किया जाता है ताकि कार्बनिक बंधनों द्वारा आपस में जुड़े हुए मुक्त-प्रवाह वाले समूह बन सकें। कार्बनिक बंधन की संरचना को समायोजित करके, इन समूहों की प्रवाह क्षमता और आवेश घनत्व को इच्छानुसार अनुकूलित किया जा सकता है। मोटे या महीन कणों को छानकर, समूह के कण आकार वितरण को और भी अनुकूलित किया जा सकता है ताकि साँचे में भरते समय अच्छा प्रवाह सुनिश्चित हो सके।

वर्कपीस निर्माण

कार्बाइड वर्कपीस को कई तरह की प्रक्रियाओं द्वारा आकार दिया जा सकता है। वर्कपीस के आकार, आकृति की जटिलता और उत्पादन बैच के आधार पर, अधिकांश कटिंग इंसर्ट को ऊपर और नीचे से दबाव डालने वाले कठोर डाई का उपयोग करके ढाला जाता है। प्रत्येक प्रेसिंग के दौरान वर्कपीस के वजन और आकार की स्थिरता बनाए रखने के लिए, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि कैविटी में प्रवाहित होने वाले पाउडर की मात्रा (द्रव्यमान और आयतन) बिल्कुल समान हो। पाउडर की तरलता मुख्य रूप से एग्लॉमेरेट के आकार वितरण और कार्बनिक बाइंडर के गुणों द्वारा नियंत्रित होती है। मोल्डेड वर्कपीस (या "ब्लैंक") को मोल्ड कैविटी में भरे गए पाउडर पर 10-80 ksi (किलो पाउंड प्रति वर्ग फुट) का मोल्डिंग दबाव लगाकर आकार दिया जाता है।

अत्यधिक उच्च मोल्डिंग दबाव में भी, कठोर टंगस्टन कार्बाइड के कण विकृत या टूटते नहीं हैं, बल्कि कार्बनिक बाइंडर टंगस्टन कार्बाइड कणों के बीच के अंतरालों में दब जाता है, जिससे कणों की स्थिति स्थिर हो जाती है। दबाव जितना अधिक होगा, टंगस्टन कार्बाइड कणों का बंधन उतना ही मजबूत होगा और वर्कपीस का संघनन घनत्व उतना ही अधिक होगा। सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर के विभिन्न ग्रेडों के मोल्डिंग गुण धात्विक बाइंडर की मात्रा, टंगस्टन कार्बाइड कणों के आकार और आकृति, एकत्रीकरण की डिग्री और कार्बनिक बाइंडर की संरचना और उसके मिश्रण पर निर्भर करते हैं। सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर के विभिन्न ग्रेडों के संघनन गुणों के बारे में मात्रात्मक जानकारी प्रदान करने के लिए, मोल्डिंग घनत्व और मोल्डिंग दबाव के बीच संबंध आमतौर पर पाउडर निर्माता द्वारा डिजाइन और निर्मित किया जाता है। यह जानकारी सुनिश्चित करती है कि आपूर्ति किया गया पाउडर उपकरण निर्माता की मोल्डिंग प्रक्रिया के अनुकूल है।

बड़े आकार के कार्बाइड वर्कपीस या उच्च एस्पेक्ट रेशियो वाले कार्बाइड वर्कपीस (जैसे एंड मिल और ड्रिल के लिए शैंक) आमतौर पर एक समान रूप से दबाए गए कार्बाइड पाउडर से एक लचीली थैली में निर्मित किए जाते हैं। हालांकि संतुलित प्रेसिंग विधि का उत्पादन चक्र मोल्डिंग विधि की तुलना में लंबा होता है, लेकिन उपकरण की निर्माण लागत कम होती है, इसलिए यह विधि छोटे बैच उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त है।

इस प्रक्रिया में पाउडर को थैले में भरकर उसका मुंह सील कर दिया जाता है, फिर पाउडर से भरे थैले को एक चैंबर में रखकर हाइड्रोलिक उपकरण के माध्यम से 30-60 ksi का दबाव डालकर दबाया जाता है। दबाए गए वर्कपीस को अक्सर सिंटरिंग से पहले विशिष्ट ज्यामिति में मशीनिंग किया जाता है। संपीड़न के दौरान वर्कपीस के सिकुड़ने को समायोजित करने और ग्राइंडिंग कार्यों के लिए पर्याप्त मार्जिन प्रदान करने के लिए थैले का आकार बढ़ाया जाता है। चूंकि दबाने के बाद वर्कपीस को प्रोसेस करने की आवश्यकता होती है, इसलिए पाउडर की मात्रा की स्थिरता की आवश्यकताएं मोल्डिंग विधि जितनी सख्त नहीं होती हैं, लेकिन फिर भी यह सुनिश्चित करना वांछनीय है कि हर बार थैले में समान मात्रा में पाउडर भरा जाए। यदि पाउडर का घनत्व बहुत कम है, तो थैले में अपर्याप्त पाउडर हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप वर्कपीस बहुत छोटा हो जाएगा और उसे स्क्रैप करना पड़ेगा। यदि पाउडर का घनत्व बहुत अधिक है, और थैले में बहुत अधिक पाउडर भरा जाता है, तो दबाने के बाद वर्कपीस को और पाउडर निकालने के लिए प्रोसेस करने की आवश्यकता होती है। हालांकि निकाले गए अतिरिक्त पाउडर और स्क्रैप किए गए वर्कपीस को रीसायकल किया जा सकता है, लेकिन ऐसा करने से उत्पादकता कम हो जाती है।

कार्बाइड के वर्कपीस को एक्सट्रूज़न डाई या इंजेक्शन डाई का उपयोग करके भी बनाया जा सकता है। एक्सट्रूज़न मोल्डिंग प्रक्रिया सममित आकार के वर्कपीस के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त है, जबकि इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया आमतौर पर जटिल आकार के वर्कपीस के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयोग की जाती है। दोनों मोल्डिंग प्रक्रियाओं में, सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर के विभिन्न ग्रेड को एक कार्बनिक बाइंडर में मिलाया जाता है जो सीमेंटेड कार्बाइड मिश्रण को टूथपेस्ट जैसी स्थिरता प्रदान करता है। फिर इस मिश्रण को या तो एक छेद के माध्यम से एक्सट्रूड किया जाता है या आकार देने के लिए एक कैविटी में इंजेक्ट किया जाता है। सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर के ग्रेड की विशेषताएं मिश्रण में पाउडर और बाइंडर के इष्टतम अनुपात को निर्धारित करती हैं, और एक्सट्रूज़न छेद के माध्यम से या कैविटी में इंजेक्शन द्वारा मिश्रण के प्रवाह पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती हैं।

मोल्डिंग, आइसोस्टैटिक प्रेसिंग, एक्सट्रूज़न या इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा वर्कपीस के आकार देने के बाद, अंतिम सिंटरिंग चरण से पहले वर्कपीस से कार्बनिक बाइंडर को हटाना आवश्यक होता है। सिंटरिंग से वर्कपीस की सरंध्रता दूर हो जाती है, जिससे वह पूरी तरह (या काफी हद तक) सघन हो जाता है। सिंटरिंग के दौरान, प्रेस-फॉर्म किए गए वर्कपीस में धातु का बंधन तरल अवस्था में आ जाता है, लेकिन केशिका बल और कण बंधन के संयुक्त प्रभाव से वर्कपीस अपना आकार बनाए रखता है।

सिंटरिंग के बाद, वर्कपीस की ज्यामिति तो वही रहती है, लेकिन उसके आयाम कम हो जाते हैं। सिंटरिंग के बाद अपेक्षित वर्कपीस आकार प्राप्त करने के लिए, टूल डिज़ाइन करते समय संकुचन दर को ध्यान में रखना आवश्यक है। प्रत्येक टूल के निर्माण में उपयोग किए जाने वाले कार्बाइड पाउडर की गुणवत्ता ऐसी होनी चाहिए कि उचित दबाव में संकुचित होने पर उसमें सही संकुचन दर हो।

लगभग सभी मामलों में, सिंटरिंग के बाद वर्कपीस का उपचार आवश्यक होता है। कटिंग टूल्स का सबसे बुनियादी उपचार उनकी धार को तेज करना है। कई टूल्स को सिंटरिंग के बाद उनकी ज्यामिति और आयामों को ग्राइंड करने की आवश्यकता होती है। कुछ टूल्स को ऊपर और नीचे दोनों तरफ ग्राइंड करने की आवश्यकता होती है; अन्य को परिधीय ग्राइंडिंग की आवश्यकता होती है (धार को तेज करने के साथ या उसके बिना)। ग्राइंडिंग से प्राप्त सभी कार्बाइड चिप्स को रीसायकल किया जा सकता है।

वर्कपीस कोटिंग

कई मामलों में, तैयार वर्कपीस पर कोटिंग करना आवश्यक होता है। कोटिंग चिकनाई और बढ़ी हुई कठोरता प्रदान करती है, साथ ही सब्सट्रेट के लिए एक विसरण अवरोधक का काम करती है, जिससे उच्च तापमान के संपर्क में आने पर ऑक्सीकरण को रोका जा सकता है। सीमेंटेड कार्बाइड सब्सट्रेट कोटिंग के प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है। मैट्रिक्स पाउडर के मुख्य गुणों को अनुकूलित करने के अलावा, रासायनिक चयन और सिंटरिंग विधि में परिवर्तन करके मैट्रिक्स के सतही गुणों को भी अनुकूलित किया जा सकता है। कोबाल्ट के स्थानांतरण के माध्यम से, वर्कपीस के बाकी हिस्सों की तुलना में ब्लेड की सतह की सबसे बाहरी परत (20-30 माइक्रोमीटर मोटाई के भीतर) में अधिक कोबाल्ट जमा किया जा सकता है, जिससे सब्सट्रेट की सतह को बेहतर मजबूती और कठोरता मिलती है, और यह विरूपण के प्रति अधिक प्रतिरोधी बन जाती है।

अपनी निर्माण प्रक्रिया (जैसे कि मोम हटाने की विधि, तापन दर, सिंटरिंग समय, तापमान और कार्बराइजिंग वोल्टेज) के आधार पर, उपकरण निर्माता सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर की गुणवत्ता के लिए कुछ विशेष आवश्यकताएँ रख सकते हैं। कुछ उपकरण निर्माता वर्कपीस को वैक्यूम फर्नेस में सिंटर करते हैं, जबकि अन्य हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (एचआईपी) सिंटरिंग फर्नेस का उपयोग करते हैं (जो प्रक्रिया चक्र के अंत में वर्कपीस पर दबाव डालकर उसमें मौजूद किसी भी अवशेष को हटा देता है)। वैक्यूम फर्नेस में सिंटर किए गए वर्कपीस को घनत्व बढ़ाने के लिए एक अतिरिक्त प्रक्रिया के माध्यम से हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग की भी आवश्यकता हो सकती है। कुछ उपकरण निर्माता कम कोबाल्ट सामग्री वाले मिश्रणों के सिंटर्ड घनत्व को बढ़ाने के लिए उच्च वैक्यूम सिंटरिंग तापमान का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन इस दृष्टिकोण से उनकी सूक्ष्म संरचना खुरदरी हो सकती है। महीन कण आकार बनाए रखने के लिए, टंगस्टन कार्बाइड के छोटे कण आकार वाले पाउडर का चयन किया जा सकता है। विशिष्ट उत्पादन उपकरणों के अनुरूप, सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर में कार्बन की मात्रा के लिए डीवैक्सिंग की स्थिति और कार्बराइजिंग वोल्टेज की भी अलग-अलग आवश्यकताएं होती हैं।

श्रेणी वर्गीकरण

विभिन्न प्रकार के टंगस्टन कार्बाइड पाउडर, मिश्रण की संरचना, धातु बंधक की मात्रा, कण वृद्धि अवरोधक के प्रकार और मात्रा आदि के संयोजन से सीमेंटेड कार्बाइड की कई किस्में बनती हैं। ये पैरामीटर सीमेंटेड कार्बाइड की सूक्ष्म संरचना और उसके गुणों को निर्धारित करते हैं। कुछ विशिष्ट प्रसंस्करण अनुप्रयोगों के लिए गुणों के कुछ विशेष संयोजनों को प्राथमिकता दी जाती है, जिससे विभिन्न सीमेंटेड कार्बाइड श्रेणियों का वर्गीकरण सार्थक हो जाता है।

मशीनिंग अनुप्रयोगों के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली दो कार्बाइड वर्गीकरण प्रणालियाँ C पदनाम प्रणाली और ISO पदनाम प्रणाली हैं। यद्यपि दोनों ही प्रणालियाँ सीमेंटेड कार्बाइड ग्रेड के चयन को प्रभावित करने वाले भौतिक गुणों को पूरी तरह से प्रतिबिंबित नहीं करती हैं, फिर भी वे चर्चा के लिए एक प्रारंभिक बिंदु प्रदान करती हैं। प्रत्येक वर्गीकरण के लिए, कई निर्माताओं के अपने विशेष ग्रेड होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कार्बाइड ग्रेड की एक विस्तृत विविधता प्राप्त होती है।

कार्बाइड के प्रकारों को उनकी संरचना के आधार पर भी वर्गीकृत किया जा सकता है। टंगस्टन कार्बाइड (WC) के प्रकारों को तीन मूल प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: सरल, सूक्ष्मक्रिस्टलीय और मिश्रित। सरल प्रकारों में मुख्य रूप से टंगस्टन कार्बाइड और कोबाल्ट बाइंडर होते हैं, लेकिन इनमें कण वृद्धि अवरोधक की थोड़ी मात्रा भी हो सकती है। सूक्ष्मक्रिस्टलीय प्रकार में टंगस्टन कार्बाइड और कोबाल्ट बाइंडर के साथ कुछ हजारवें भाग में वैनेडियम कार्बाइड (VC) और/या क्रोमियम कार्बाइड (Cr3C2) मिलाया जाता है, और इसके कणों का आकार 1 माइक्रोमीटर या उससे कम हो सकता है। मिश्रित प्रकारों में टंगस्टन कार्बाइड और कोबाल्ट बाइंडर के साथ कुछ प्रतिशत टाइटेनियम कार्बाइड (TiC), टैंटलम कार्बाइड (TaC) और नायोबियम कार्बाइड (NbC) मिलाया जाता है। इन पदार्थों को उनके सिंटरिंग गुणों के कारण घन कार्बाइड भी कहा जाता है। परिणामस्वरूप प्राप्त सूक्ष्म संरचना एक असमान त्रि-चरण संरचना प्रदर्शित करती है।

1) सरल कार्बाइड ग्रेड

धातु काटने के लिए उपयोग किए जाने वाले इन ग्रेडों में आमतौर पर 3% से 12% कोबाल्ट (वजन के अनुसार) होता है। टंगस्टन कार्बाइड के कणों का आकार आमतौर पर 1-8 माइक्रोमीटर के बीच होता है। अन्य ग्रेडों की तरह, टंगस्टन कार्बाइड के कणों का आकार कम करने से इसकी कठोरता और अनुप्रस्थ विखंडन सामर्थ्य (टीआरएस) बढ़ जाती है, लेकिन इसकी मजबूती कम हो जाती है। शुद्ध प्रकार की कठोरता आमतौर पर एचआरए 89-93.5 के बीच होती है; अनुप्रस्थ विखंडन सामर्थ्य आमतौर पर 175-350 केएसआई के बीच होती है। इन ग्रेडों के पाउडर में पुनर्चक्रित सामग्री की बड़ी मात्रा हो सकती है।

सरल प्रकार के ग्रेड को C ग्रेड प्रणाली में C1-C4 में विभाजित किया जा सकता है, और ISO ग्रेड प्रणाली में K, N, S और H ग्रेड श्रृंखला के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। मध्यवर्ती गुणों वाले सरल ग्रेड को सामान्य प्रयोजन ग्रेड (जैसे C2 या K20) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है और इनका उपयोग टर्निंग, मिलिंग, प्लेनिंग और बोरिंग के लिए किया जा सकता है; छोटे कण आकार या कम कोबाल्ट सामग्री और उच्च कठोरता वाले ग्रेड को फिनिशिंग ग्रेड (जैसे C4 या K01) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है; बड़े कण आकार या उच्च कोबाल्ट सामग्री और बेहतर मजबूती वाले ग्रेड को रफिंग ग्रेड (जैसे C1 या K30) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

सिम्प्लेक्स ग्रेड से बने औजारों का उपयोग कच्चा लोहा, 200 और 300 सीरीज के स्टेनलेस स्टील, एल्युमीनियम और अन्य अलौह धातुओं, सुपरअलॉय और कठोर स्टील की मशीनिंग के लिए किया जा सकता है। इन ग्रेडों का उपयोग गैर-धातु काटने के अनुप्रयोगों (जैसे चट्टान और भूवैज्ञानिक ड्रिलिंग उपकरण) में भी किया जा सकता है, और इन ग्रेडों में कणों का आकार 1.5-10 माइक्रोमीटर (या इससे बड़ा) होता है और कोबाल्ट की मात्रा 6%-16% होती है। सिम्प्लेक्स कार्बाइड ग्रेडों का एक अन्य गैर-धातु काटने का उपयोग डाई और पंच के निर्माण में होता है। इन ग्रेडों में आमतौर पर मध्यम आकार के कण होते हैं और कोबाल्ट की मात्रा 16%-30% होती है।

(2) माइक्रोक्रिस्टलाइन सीमेंटेड कार्बाइड ग्रेड

इस प्रकार की धातुओं में आमतौर पर 6%-15% कोबाल्ट होता है। तरल अवस्था सिंटरिंग के दौरान, वैनेडियम कार्बाइड और/या क्रोमियम कार्बाइड मिलाकर कणों की वृद्धि को नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे 1 μm से कम आकार के महीन कण प्राप्त होते हैं। इस महीन कण वाली धातु में उच्च कठोरता और 500ksi से अधिक अनुप्रस्थ विखंडन सामर्थ्य होती है। उच्च सामर्थ्य और पर्याप्त मजबूती के संयोजन के कारण, इन धातुओं में अधिक धनात्मक रेक कोण का उपयोग किया जा सकता है, जिससे काटने के बल कम हो जाते हैं और धातु को धकेलने के बजाय काटकर पतले चिप्स प्राप्त होते हैं।

सीमेंटेड कार्बाइड पाउडर के विभिन्न ग्रेडों के उत्पादन में कच्चे माल की गुणवत्ता की कड़ी पहचान और सिंटरिंग प्रक्रिया की स्थितियों पर सख्त नियंत्रण के माध्यम से, सामग्री की सूक्ष्म संरचना में असामान्य रूप से बड़े कणों के निर्माण को रोका जा सकता है, जिससे उचित सामग्री गुण प्राप्त किए जा सकते हैं। कणों का आकार छोटा और एकसमान बनाए रखने के लिए, पुनर्चक्रित पाउडर का उपयोग तभी किया जाना चाहिए जब कच्चे माल और पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया पर पूर्ण नियंत्रण हो और व्यापक गुणवत्ता परीक्षण किया गया हो।

सूक्ष्म क्रिस्टलीय ग्रेड को आईएसओ ग्रेड प्रणाली में एम ग्रेड श्रृंखला के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, सी ग्रेड प्रणाली और आईएसओ ग्रेड प्रणाली में अन्य वर्गीकरण विधियाँ शुद्ध ग्रेड के समान ही हैं। सूक्ष्म क्रिस्टलीय ग्रेड का उपयोग नरम वर्कपीस सामग्री को काटने वाले औजार बनाने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि औजार की सतह को बहुत चिकना बनाया जा सकता है और यह एक अत्यंत तीक्ष्ण धार बनाए रख सकता है।

माइक्रोक्रिस्टलाइन ग्रेड का उपयोग निकल-आधारित सुपरअलॉय की मशीनिंग के लिए भी किया जा सकता है, क्योंकि ये 1200°C तक के कटिंग तापमान को सहन कर सकते हैं। सुपरअलॉय और अन्य विशेष सामग्रियों के प्रसंस्करण के लिए, माइक्रोक्रिस्टलाइन ग्रेड के औजारों और रूथेनियम युक्त शुद्ध ग्रेड के औजारों का उपयोग एक साथ उनकी घिसाव प्रतिरोध क्षमता, विरूपण प्रतिरोध क्षमता और मजबूती को बेहतर बना सकता है। माइक्रोक्रिस्टलाइन ग्रेड कतरनी तनाव उत्पन्न करने वाले ड्रिल जैसे घूर्णनशील औजारों के निर्माण के लिए भी उपयुक्त हैं। सीमेंटेड कार्बाइड के मिश्रित ग्रेड से बनी एक ड्रिल भी उपलब्ध है। इसी ड्रिल के विशिष्ट भागों में, सामग्री में कोबाल्ट की मात्रा भिन्न-भिन्न होती है, जिससे प्रसंस्करण आवश्यकताओं के अनुसार ड्रिल की कठोरता और मजबूती को अनुकूलित किया जा सकता है।

(3) मिश्र धातु प्रकार के सीमेंटेड कार्बाइड ग्रेड

इन ग्रेडों का उपयोग मुख्य रूप से स्टील के पुर्जों को काटने के लिए किया जाता है, और इनमें कोबाल्ट की मात्रा आमतौर पर 5%-10% होती है, तथा कणों का आकार 0.8-2 माइक्रोमीटर तक होता है। 4%-25% टाइटेनियम कार्बाइड (TiC) मिलाने से स्टील चिप्स की सतह पर टंगस्टन कार्बाइड (WC) के फैलने की प्रवृत्ति को कम किया जा सकता है। 25% तक टैंटलम कार्बाइड (TaC) और नायोबियम कार्बाइड (NbC) मिलाने से उपकरण की मजबूती, गड्ढों के घिसाव के प्रति प्रतिरोध और ऊष्मीय आघात प्रतिरोध में सुधार किया जा सकता है। इस प्रकार के घन कार्बाइड मिलाने से उपकरण की लाल कठोरता भी बढ़ जाती है, जिससे भारी कटाई या अन्य कार्यों में, जहाँ काटने वाले किनारे पर उच्च तापमान उत्पन्न होता है, उपकरण के ऊष्मीय विरूपण से बचा जा सकता है। इसके अतिरिक्त, टाइटेनियम कार्बाइड सिंटरिंग के दौरान न्यूक्लिएशन स्थल प्रदान कर सकता है, जिससे वर्कपीस में घन कार्बाइड के वितरण की एकरूपता में सुधार होता है।

सामान्यतः, मिश्रधातु-प्रकार के सीमेंटेड कार्बाइड ग्रेड की कठोरता सीमा HRA91-94 होती है, और अनुप्रस्थ फ्रैक्चर सामर्थ्य 150-300ksi होती है। शुद्ध ग्रेड की तुलना में, मिश्रधातु ग्रेड में घिसाव प्रतिरोध और सामर्थ्य कम होती है, लेकिन आसंजक घिसाव के प्रति बेहतर प्रतिरोध होता है। मिश्रधातु ग्रेड को C ग्रेड प्रणाली में C5-C8 में विभाजित किया जा सकता है, और ISO ग्रेड प्रणाली में P और M ग्रेड श्रृंखला के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। मध्यवर्ती गुणों वाले मिश्रधातु ग्रेड को सामान्य प्रयोजन ग्रेड (जैसे C6 या P30) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है और इनका उपयोग टर्निंग, टैपिंग, प्लेनिंग और मिलिंग के लिए किया जा सकता है। सबसे कठोर ग्रेड को फिनिशिंग ग्रेड (जैसे C8 और P01) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, जिनका उपयोग टर्निंग और बोरिंग कार्यों को अंतिम रूप देने के लिए किया जाता है। इन ग्रेड में आमतौर पर आवश्यक कठोरता और घिसाव प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए छोटे कण आकार और कम कोबाल्ट सामग्री होती है। हालांकि, अधिक क्यूबिक कार्बाइड मिलाकर समान सामग्री गुण प्राप्त किए जा सकते हैं। उच्चतम कठोरता वाले ग्रेड को रफिंग ग्रेड (जैसे C5 या P50) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। इन ग्रेडों में आमतौर पर मध्यम आकार के दाने और उच्च कोबाल्ट सामग्री होती है, साथ ही दरार वृद्धि को रोककर वांछित कठोरता प्राप्त करने के लिए क्यूबिक कार्बाइड की कम मात्रा मिलाई जाती है। बाधित टर्निंग प्रक्रियाओं में, उपकरण की सतह पर उच्च कोबाल्ट सामग्री वाले उपर्युक्त कोबाल्ट-समृद्ध ग्रेडों का उपयोग करके कटिंग प्रदर्शन को और बेहतर बनाया जा सकता है।

कम टाइटेनियम कार्बाइड सामग्री वाले मिश्र धातु ग्रेड का उपयोग स्टेनलेस स्टील और मैलिएबल आयरन की मशीनिंग के लिए किया जाता है, लेकिन इनका उपयोग निकल-आधारित सुपरअलॉय जैसी अलौह धातुओं की मशीनिंग के लिए भी किया जा सकता है। इन ग्रेड के कणों का आकार आमतौर पर 1 माइक्रोमीटर से कम होता है, और कोबाल्ट की मात्रा 8%-12% होती है। M10 जैसे कठोर ग्रेड का उपयोग मैलिएबल आयरन की टर्निंग के लिए किया जा सकता है; M40 जैसे अधिक मजबूत ग्रेड का उपयोग स्टील की मिलिंग और प्लेनिंग के लिए, या स्टेनलेस स्टील या सुपरअलॉय की टर्निंग के लिए किया जा सकता है।

मिश्रधातु-प्रकार के सीमेंटेड कार्बाइड ग्रेड का उपयोग गैर-धातु काटने के उद्देश्यों के लिए भी किया जा सकता है, मुख्य रूप से घिसाव-प्रतिरोधी पुर्जों के निर्माण में। इन ग्रेड के कणों का आकार आमतौर पर 1.2-2 माइक्रोमीटर होता है, और कोबाल्ट की मात्रा 7%-10% होती है। इन ग्रेड के उत्पादन में, आमतौर पर पुनर्चक्रित कच्चे माल का उच्च प्रतिशत मिलाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप घिसाव-प्रतिरोधी पुर्जों के अनुप्रयोगों में उच्च लागत-प्रभावशीलता प्राप्त होती है। घिसाव-प्रतिरोधी पुर्जों को अच्छे संक्षारण प्रतिरोध और उच्च कठोरता की आवश्यकता होती है, जो इन ग्रेड के उत्पादन में निकेल और क्रोमियम कार्बाइड मिलाकर प्राप्त की जा सकती है।

औजार निर्माताओं की तकनीकी और आर्थिक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए कार्बाइड पाउडर एक महत्वपूर्ण तत्व है। औजार निर्माताओं के मशीनिंग उपकरणों और प्रक्रिया मापदंडों के लिए डिज़ाइन किए गए पाउडर तैयार वर्कपीस के प्रदर्शन को सुनिश्चित करते हैं और इसी के परिणामस्वरूप सैकड़ों प्रकार के कार्बाइड विकसित हुए हैं। कार्बाइड सामग्री की पुनर्चक्रणीय प्रकृति और पाउडर आपूर्तिकर्ताओं के साथ सीधे काम करने की क्षमता औजार निर्माताओं को अपने उत्पाद की गुणवत्ता और सामग्री लागत को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने में सक्षम बनाती है।