सीमेंटेड कार्बाइड, टंगस्टन कार्बाइड, हार्ड मेटल, हार्ड अलॉय क्या हैं?

पाउडर धातु विज्ञान प्रक्रिया द्वारा दुर्दम्य धातु और बंधन धातु के कठोर यौगिक से निर्मित मिश्रधातु। सीमेंटेड कार्बाइड में उच्च कठोरता, घिसाव प्रतिरोध, अच्छी मजबूती और दृढ़ता, ताप प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध जैसे उत्कृष्ट गुण होते हैं, विशेष रूप से इसकी उच्च कठोरता और घिसाव प्रतिरोध, जो 500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी लगभग अपरिवर्तित रहते हैं, और 1000 डिग्री सेल्सियस पर भी उच्च कठोरता बनाए रखते हैं। कार्बाइड का व्यापक रूप से औजार सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है, जैसे कि टर्निंग टूल्स, मिलिंग कटर, प्लानर, ड्रिल, बोरिंग टूल्स आदि, कच्चा लोहा, अलौह धातु, प्लास्टिक, रासायनिक तंतु, ग्रेफाइट, कांच, पत्थर और साधारण इस्पात को काटने के लिए। इसका उपयोग ताप-प्रतिरोधी इस्पात, स्टेनलेस स्टील, उच्च मैंगनीज इस्पात, टूल स्टील आदि जैसी कठिन मशीनिंग वाली सामग्रियों को काटने के लिए भी किया जा सकता है। नए कार्बाइड औजारों की काटने की गति अब कार्बन स्टील की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक है।

सीमेंटेड कार्बाइड का अनुप्रयोग

(1) उपकरण सामग्री

कार्बाइड औजारों के निर्माण में सबसे अधिक मात्रा में उपयोग होने वाली सामग्री है, जिसका उपयोग टर्निंग टूल्स, मिलिंग कटर, प्लानर, ड्रिल आदि बनाने में किया जा सकता है। इनमें से, टंगस्टन-कोबाल्ट कार्बाइड लौह और अलौह धातुओं की कम चिप प्रोसेसिंग और कच्चा लोहा, पीतल, बैकेलाइट आदि जैसी अधात्विक सामग्रियों की प्रोसेसिंग के लिए उपयुक्त है; टंगस्टन-टाइटेनियम-कोबाल्ट कार्बाइड स्टील जैसी लौह धातुओं की लंबी चिप मशीनिंग के लिए उपयुक्त है। इसी प्रकार की मिश्र धातुओं में, अधिक कोबाल्ट सामग्री वाली मिश्र धातुएं रफ मशीनिंग के लिए उपयुक्त होती हैं, और कम कोबाल्ट सामग्री वाली मिश्र धातुएं फिनिशिंग के लिए उपयुक्त होती हैं। स्टेनलेस स्टील जैसी कठिन मशीनिंग वाली सामग्रियों के लिए सामान्य प्रयोजन वाले सीमेंटेड कार्बाइड का मशीनिंग जीवन अन्य सीमेंटेड कार्बाइड की तुलना में कहीं अधिक लंबा होता है।

(2) मोल्ड सामग्री

सीमेंटेड कार्बाइड का उपयोग मुख्य रूप से कोल्ड वर्किंग डाइज़ जैसे कोल्ड ड्रॉइंग डाइज़, कोल्ड पंचिंग डाइज़, कोल्ड एक्सट्रूज़न डाइज़ और कोल्ड पियर डाइज़ के लिए किया जाता है।

कार्बाइड कोल्ड हेडिंग डाइज़ में प्रभाव या तीव्र प्रभाव की घिसाव-प्रतिरोधी कार्य परिस्थितियों में अच्छी प्रभाव कठोरता, फ्रैक्चर कठोरता, थकान शक्ति, बेंडिंग शक्ति और अच्छा घिसाव प्रतिरोध होना आवश्यक है। आमतौर पर मध्यम और उच्च कोबाल्ट तथा मध्यम और मोटे दाने वाले मिश्र धातु ग्रेड, जैसे कि YG15C, का उपयोग किया जाता है।

सामान्यतः, सीमेंटेड कार्बाइड की घिसाव प्रतिरोधकता और कठोरता के बीच संबंध विरोधाभासी होता है: घिसाव प्रतिरोधकता बढ़ने से कठोरता घटती है, और कठोरता बढ़ने से घिसाव प्रतिरोधकता घटती ही है। इसलिए, मिश्र धातु के प्रकार चुनते समय, प्रसंस्करण वस्तु और प्रसंस्करण कार्य परिस्थितियों के अनुसार विशिष्ट उपयोग आवश्यकताओं को पूरा करना आवश्यक है।

यदि चयनित ग्रेड उपयोग के दौरान जल्दी दरार पड़ने और क्षति होने की संभावना रखता है, तो अधिक मजबूती वाला ग्रेड चुना जाना चाहिए; यदि चयनित ग्रेड उपयोग के दौरान जल्दी घिसने और क्षति होने की संभावना रखता है, तो अधिक कठोरता और बेहतर घिसाव प्रतिरोध वाला ग्रेड चुना जाना चाहिए। निम्नलिखित ग्रेड हैं: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C। बाएं से दाएं जाने पर, कठोरता घटती है, घिसाव प्रतिरोध घटता है और मजबूती बढ़ती है; इसके विपरीत, इसका उल्टा सत्य है।

(3) मापने के उपकरण और घिसाव-प्रतिरोधी भाग

कार्बाइड का उपयोग माप उपकरणों की घिसाव-प्रतिरोधी सतह की परतों और भागों, ग्राइंडर के सटीक बियरिंग, सेंटरलेस ग्राइंडर की गाइड प्लेट और गाइड रॉड, खराद मशीनों के ऊपरी भाग और अन्य घिसाव-प्रतिरोधी भागों के लिए किया जाता है।

बंधनकारी धातुएँ आम तौर पर लौह समूह की धातुएँ होती हैं, जिनमें आमतौर पर कोबाल्ट और निकेल शामिल हैं।

सीमेंटेड कार्बाइड के निर्माण में, चयनित कच्चे माल के पाउडर का कण आकार 1 से 2 माइक्रोन के बीच होता है और शुद्धता बहुत उच्च होती है। कच्चे माल को निर्धारित अनुपात में मिलाया जाता है और अल्कोहल या अन्य माध्यमों को गीली बॉल मिल में गीली पिसाई के लिए मिलाया जाता है ताकि वे पूरी तरह से मिश्रित और बारीक हो जाएं। मिश्रण को छान लें। फिर, मिश्रण को दानेदार बनाया जाता है, दबाया जाता है और बाइंडर धातु के गलनांक (1300-1500 डिग्री सेल्सियस) के निकट तापमान तक गर्म किया जाता है, जिससे कठोर अवस्था और बाइंडर धातु एक यूटेक्टिक मिश्रधातु बनाते हैं। ठंडा होने के बाद, कठोर अवस्थाएं बाइंडर धातु से बनी ग्रिड में वितरित हो जाती हैं और एक दूसरे से कसकर जुड़कर एक ठोस इकाई बनाती हैं। सीमेंटेड कार्बाइड की कठोरता कठोर अवस्था की मात्रा और कण आकार पर निर्भर करती है, यानी कठोर अवस्था की मात्रा जितनी अधिक होगी और कण जितने महीन होंगे, कठोरता उतनी ही अधिक होगी। सीमेंटेड कार्बाइड की मजबूती बाइंडर धातु द्वारा निर्धारित होती है। बाइंडर धातु की मात्रा जितनी अधिक होगी, फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ उतनी ही अधिक होगी।

1923 में, जर्मनी के श्लर्टेर ने टंगस्टन कार्बाइड पाउडर में 10% से 20% कोबाल्ट को बाइंडर के रूप में मिलाकर टंगस्टन कार्बाइड और कोबाल्ट की एक नई मिश्र धातु का आविष्कार किया। इसकी कठोरता हीरे के बाद दूसरे स्थान पर थी। यह पहला सीमेंटेड कार्बाइड था। इस मिश्र धातु से बने औजार से स्टील काटते समय, धार जल्दी घिस जाती थी और यहाँ तक कि उसमें दरार भी पड़ जाती थी। 1929 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के श्वार्ज़कोव ने मूल संरचना में एक निश्चित मात्रा में टंगस्टन कार्बाइड और टाइटेनियम कार्बाइड मिश्रित कार्बाइड मिलाकर स्टील काटने में औजार के प्रदर्शन में सुधार किया। यह सीमेंटेड कार्बाइड के विकास के इतिहास में एक और महत्वपूर्ण उपलब्धि है।

सीमेंटेड कार्बाइड में उच्च कठोरता, घिसाव प्रतिरोध, अच्छी मजबूती और कठोरता, ताप प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध जैसे उत्कृष्ट गुण होते हैं, विशेष रूप से इसकी उच्च कठोरता और घिसाव प्रतिरोध क्षमता, जो 500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी लगभग अपरिवर्तित रहती है, और 1000 डिग्री सेल्सियस पर भी उच्च कठोरता बनाए रखती है। कार्बाइड का व्यापक रूप से औजार सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है, जैसे कि टर्निंग टूल्स, मिलिंग कटर, प्लानर, ड्रिल, बोरिंग टूल्स आदि, कच्चा लोहा, अलौह धातु, प्लास्टिक, रासायनिक फाइबर, ग्रेफाइट, कांच, पत्थर और साधारण स्टील को काटने के लिए। इसका उपयोग ताप-प्रतिरोधी स्टील, स्टेनलेस स्टील, उच्च मैंगनीज स्टील, टूल स्टील आदि जैसी कठिन मशीनिंग वाली सामग्रियों को काटने के लिए भी किया जा सकता है। नए कार्बाइड टूल्स की काटने की गति अब कार्बन स्टील की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक है।

कार्बाइड का उपयोग रॉक ड्रिलिंग टूल्स, माइनिंग टूल्स, ड्रिलिंग टूल्स, मापने के टूल्स, घिसाव-प्रतिरोधी पार्ट्स, मेटल एब्रेसिव्स, सिलेंडर लाइनर्स, प्रिसिजन बेयरिंग्स, नोजल्स, मेटल मोल्ड्स (जैसे वायर ड्राइंग डाई, बोल्ट डाई, नट डाई और विभिन्न फास्टनर मोल्ड्स) बनाने में भी किया जा सकता है। सीमेंटेड कार्बाइड के उत्कृष्ट प्रदर्शन ने धीरे-धीरे पहले के स्टील मोल्ड्स की जगह ले ली है।

बाद में, लेपित सीमेंटेड कार्बाइड भी सामने आया। 1969 में, स्वीडन ने टाइटेनियम कार्बाइड लेपित औजार को सफलतापूर्वक विकसित किया। इस औजार का आधार टंगस्टन-टाइटेनियम-कोबाल्ट कार्बाइड या टंगस्टन-कोबाल्ट कार्बाइड होता है। सतह पर टाइटेनियम कार्बाइड की परत की मोटाई केवल कुछ माइक्रोन होती है, लेकिन समान ब्रांड के मिश्र धातु औजारों की तुलना में, इसकी सेवा अवधि 3 गुना बढ़ जाती है और काटने की गति 25% से 50% तक बढ़ जाती है। 1970 के दशक में, कठिन मशीनिंग योग्य सामग्रियों को काटने के लिए लेपित औजारों की चौथी पीढ़ी सामने आई।

सीमेंटेड कार्बाइड का सिंटरिंग कैसे किया जाता है?

सीमेंटेड कार्बाइड एक धातु पदार्थ है जो कार्बाइड और एक या अधिक दुर्दम्य धातुओं के बाइंडर धातुओं के पाउडर धातु विज्ञान द्वारा बनाया जाता है।

Mप्रमुख उत्पादक देशों

विश्व में 50 से अधिक देश सीमेंटेड कार्बाइड का उत्पादन करते हैं, जिनकी कुल उत्पादन क्षमता 27,000-28,000 टन है। प्रमुख उत्पादक देश संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस, स्वीडन, चीन, जर्मनी, जापान, यूनाइटेड किंगडम, फ्रांस आदि हैं। विश्व सीमेंटेड कार्बाइड बाजार लगभग संतृप्त हो चुका है और बाजार में प्रतिस्पर्धा बहुत तीव्र है। चीन में सीमेंटेड कार्बाइड उद्योग का विकास 1950 के दशक के उत्तरार्ध में शुरू हुआ। 1960 से 1970 के दशक तक चीन के सीमेंटेड कार्बाइड उद्योग का तेजी से विकास हुआ। 1990 के दशक की शुरुआत में, चीन की कुल सीमेंटेड कार्बाइड उत्पादन क्षमता 6000 टन तक पहुंच गई और कुल उत्पादन 5000 टन तक पहुंच गया। रूस और संयुक्त राज्य अमेरिका के बाद, चीन विश्व में तीसरे स्थान पर है।

WC कटर

① टंगस्टन और कोबाल्ट सीमेंटेड कार्बाइड
इसके मुख्य घटक टंगस्टन कार्बाइड (WC) और बाइंडर कोबाल्ट (Co) हैं।
इसका ग्रेड "वाईजी" (चीनी पिनयिन में "कठोर और कोबाल्ट") और औसत कोबाल्ट सामग्री के प्रतिशत से मिलकर बना है।
उदाहरण के लिए, YG8 का अर्थ है औसत WCo=8%, और शेष टंगस्टन कार्बाइड का टंगस्टन-कोबाल्ट कार्बाइड है।
टीआईसी चाकू

② टंगस्टन-टाइटेनियम-कोबाल्ट कार्बाइड
इसके मुख्य घटक टंगस्टन कार्बाइड, टाइटेनियम कार्बाइड (TiC) और कोबाल्ट हैं।
इसका ग्रेड "वाईटी" (चीनी पिनयिन उपसर्ग में "कठोर, टाइटेनियम") और टाइटेनियम कार्बाइड की औसत सामग्री से मिलकर बना है।
उदाहरण के लिए, YT15 का अर्थ है औसत WTi=15%, और शेष टंगस्टन कार्बाइड और कोबाल्ट सामग्री के साथ टंगस्टन-टाइटेनियम-कोबाल्ट कार्बाइड है।
टंगस्टन टाइटेनियम टैंटलम उपकरण

③ टंगस्टन-टाइटेनियम-टैंटलम (नायोबियम) सीमेंटेड कार्बाइड
इसके मुख्य घटक टंगस्टन कार्बाइड, टाइटेनियम कार्बाइड, टैंटलम कार्बाइड (या नायोबियम कार्बाइड) और कोबाल्ट हैं। इस प्रकार के सीमेंटेड कार्बाइड को सामान्य सीमेंटेड कार्बाइड या सार्वभौमिक सीमेंटेड कार्बाइड भी कहा जाता है।
इसका ग्रेड "YW" (चीनी भाषा में "कठिन" और "वान" का ध्वन्यात्मक उपसर्ग) और एक अनुक्रम संख्या, जैसे YW1, से मिलकर बना होता है।

प्रदर्शन विशेषताएँ

कार्बाइड वेल्डेड इंसर्ट

उच्च कठोरता (86～93HRA, जो 69～81HRC के बराबर है);

अच्छी तापीय कठोरता (900～1000℃ तक, 60HRC तापमान बनाए रखता है);

घर्षण प्रतिरोधकता अच्छी है।

कार्बाइड कटिंग टूल्स हाई-स्पीड स्टील की तुलना में 4 से 7 गुना अधिक तेज होते हैं और इनकी टूल लाइफ 5 से 80 गुना अधिक होती है। मोल्ड और मापने वाले टूल्स के निर्माण में, इनकी सर्विस लाइफ अलॉय टूल स्टील की तुलना में 20 से 150 गुना अधिक होती है। यह लगभग 50HRC तक के कठोर पदार्थों को काट सकता है।

हालांकि, सीमेंटेड कार्बाइड भंगुर होता है और इस पर मशीनिंग नहीं की जा सकती, और जटिल आकृतियों वाले इंटीग्रल टूल बनाना मुश्किल होता है। इसलिए, अक्सर अलग-अलग आकृतियों के ब्लेड बनाए जाते हैं, जिन्हें वेल्डिंग, बॉन्डिंग, मैकेनिकल क्लैम्पिंग आदि के माध्यम से टूल बॉडी या मोल्ड बॉडी पर लगाया जाता है।

विशेष आकार की पट्टी

सिंटरिंग

सीमेंटेड कार्बाइड सिंटरिंग मोल्डिंग में पाउडर को दबाकर एक बिलेट बनाया जाता है, फिर उसे सिंटरिंग भट्टी में एक निश्चित तापमान (सिंटरिंग तापमान) तक गर्म किया जाता है, एक निश्चित समय (होल्डिंग टाइम) तक रखा जाता है, और फिर ठंडा करके आवश्यक गुणों वाला सीमेंटेड कार्बाइड पदार्थ प्राप्त किया जाता है।

सीमेंटेड कार्बाइड सिंटरिंग प्रक्रिया को चार बुनियादी चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

1: निर्माण कारक को हटाने और पूर्व-सिंटरिंग की अवस्था में, सिंटर किए गए पिंड में निम्नलिखित परिवर्तन होते हैं:
प्रारंभिक चरण में तापमान बढ़ने के साथ, सांद्रण अभिकर्मक धीरे-धीरे विघटित या वाष्पीकृत हो जाता है, और अभिसरित पदार्थ अलग हो जाता है। प्रकार, मात्रा और अभिसरण प्रक्रिया भिन्न-भिन्न हो सकती हैं।
पाउडर की सतह पर मौजूद ऑक्साइड अपचयित हो जाते हैं। सिंटरिंग तापमान पर, हाइड्रोजन कोबाल्ट और टंगस्टन के ऑक्साइड को अपचयित कर सकता है। यदि निर्वात में निर्माण कारक को हटाकर सिंटरिंग की जाती है, तो कार्बन-ऑक्सीजन अभिक्रिया प्रबल नहीं होती। पाउडर कणों के बीच संपर्क तनाव धीरे-धीरे समाप्त हो जाता है, बंधित धातु पाउडर का पुनर्स्थापन और पुन: क्रिस्टलीकरण शुरू हो जाता है, सतही विसरण होने लगता है, और ब्रिकेटिंग की मजबूती में सुधार होता है।

2: ठोस अवस्था संधारण चरण (800℃–यूटेक्टिक तापमान)
तरल अवस्था के प्रकट होने से पहले के तापमान पर, पिछली अवस्था की प्रक्रिया को जारी रखने के अलावा, ठोस-अवस्था प्रतिक्रिया और प्रसार तेज हो जाते हैं, प्लास्टिक प्रवाह बढ़ जाता है, और सिंटर किए गए पिंड में काफी संकुचन होता है।

3: द्रव अवस्था संधारण चरण (यूटेक्टिक तापमान – संधारण तापमान)
जब सिंटर्ड बॉडी में तरल अवस्था प्रकट होती है, तो संकुचन तेजी से पूरा हो जाता है, जिसके बाद मिश्र धातु की मूल संरचना और संरचना बनाने के लिए क्रिस्टलीय परिवर्तन होता है।

4: शीतलन चरण (सिंटरिंग तापमान – कमरे का तापमान)
इस अवस्था में, विभिन्न शीतलन स्थितियों के साथ मिश्रधातु की संरचना और अवस्था संघटन में कुछ परिवर्तन होते हैं। इस विशेषता का उपयोग सीमेंटेड कार्बाइड को गर्म करने के लिए किया जा सकता है ताकि इसके भौतिक और यांत्रिक गुणों में सुधार हो सके।